低滲油氣藏水力壓裂技術(shù)(復(fù)合壓裂)

2023年2月2日低滲透油氣層壓裂技術(shù)

匯報(bào)內(nèi)容一、低滲油氣層的特點(diǎn)及壓裂存在的難點(diǎn)二、水力壓裂存在的主要問題三、國外低滲油氣層水力壓裂情況四、低滲油氣層壓裂情況(復(fù)合壓裂)一、

低滲透油氣層的主要特點(diǎn)及壓裂改造存在的難點(diǎn)1、低滲油氣藏儲(chǔ)層特征（1）基質(zhì)低滲、特低滲；（2）孔喉細(xì)??；（3）比表面大；（4）存在啟動(dòng)壓力；（5）應(yīng)力敏感性突出；（6）粘土礦物與其它充填礦物；(7)大部分有微裂縫存在；（8）巖石致密，地應(yīng)力高。2、低滲油氣層水力壓裂的困難：（1）基質(zhì)低滲、特低滲：

壓力傳導(dǎo)慢，要求壓裂規(guī)模較大，擴(kuò)大瀉流面積。（2）孔喉細(xì)小，比表面大：孔喉細(xì)小，比表面大造成了高束縛水飽和度。而在儲(chǔ)層原始狀態(tài)，原始含水飽和度一般大大低于束縛水飽和度。外來水基液體一旦與儲(chǔ)層接觸，地層強(qiáng)烈吸水。水量增加形成的水膜（水合層）使油氣流道減小，甚至產(chǎn)生完全水鎖。低滲油層吸水傷害可達(dá)25%～50%；特低滲油層可達(dá)50%～90%；致密氣藏更為嚴(yán)重，很多實(shí)例可以說明氣井在作業(yè)過程中若操作不當(dāng)會(huì)造成減產(chǎn)、停產(chǎn)，且產(chǎn)能不能恢復(fù)。（如橋61井）。氣測滲透率（mD）水鎖嚴(yán)重程度SW<10%SW10—20%SW20—30％SW30—50%SW>50%K<0.1mD嚴(yán)重嚴(yán)重中等中等較弱0.1<k<1mD嚴(yán)重中等較弱較弱弱1<k<10mD嚴(yán)重中等較弱弱無10<k<100mD中等較弱弱無無100<k<500mD較弱較弱無無無k>500mD弱無無無無水鎖損害程度與滲透率及含水飽和度的關(guān)系(樊世忠)注：嚴(yán)重－油/氣有效滲透率可能下降90％；

中等－油/氣有效滲率可能下降50—90％；

較弱－油/氣有效滲透率可能下降20—50％；

弱－油/氣有效滲透率可能下降0—20％；

無－對油/氣有效滲透率幾乎無影響。

水鎖效應(yīng)與初始含水飽和度和滲透率值有密切關(guān)系。初始含水飽和度和滲透率越低，水鎖損害越嚴(yán)重。（4）非達(dá)西滲流規(guī)律造成啟動(dòng)滲流壓差：低滲儲(chǔ)層固液界面上的表面作用、毛管作用、電化學(xué)作用增強(qiáng)，導(dǎo)致非達(dá)西滲流的啟動(dòng)壓差。這導(dǎo)致了儲(chǔ)層抵抗傷害的能力極差，傷害后的恢復(fù)能力極差。這就對壓裂后放噴時(shí)機(jī)要求特高。

（5）應(yīng)力敏感性和干擾應(yīng)力：低滲透儲(chǔ)層因依靠微裂縫導(dǎo)流，因此有較強(qiáng)應(yīng)力敏感性，而有些情況下應(yīng)力敏感性傷害不可恢復(fù)。這就對壓后放噴速度提出要求。

（6）粘土礦物與其它充填礦物：低滲透的主要原因是孔隙中粘土礦物存在，存在的方式為孔襯和充填，且多是敏感型礦物，含量在5%～20%，形態(tài)多為膜狀、橋狀、團(tuán)狀、鱗片狀等，與水作用后膨脹、分散。這種水敏性傷害一般達(dá)40%，最高80%～90%。這是水基流體打開儲(chǔ)層傷害的第二位影響因素。

（7）微裂縫：微縫提供了主要流道，縫面孔是溝通儲(chǔ)集體與微縫通道的門戶，是主要保護(hù)對象。保護(hù)由縫（天然縫、人工裂縫）、到縫面孔、到儲(chǔ)集體。（8）巖石致密，應(yīng)力高，導(dǎo)致破裂壓力和裂縫延伸壓力高。

二、壓裂存在的問題加砂規(guī)模小，砂比低對地層和裂縫處理技術(shù)單一入井液對油氣層的傷害大壓裂工藝技術(shù)針對性不強(qiáng)壓裂液濾失量大，效率低裂縫寬度較小、鋪砂濃度低，施工易砂堵壓后管理不科學(xué)壓裂后穩(wěn)產(chǎn)時(shí)間短,累計(jì)產(chǎn)量低三、國外低滲油氣層水力壓裂情況1、在印第安納州格伯?？h對薩利姆層的一口油井。物性：h:3.66m;:5%;k:0.42×10-3m2最初完井時(shí)，用濃度5%的8500加侖（32m3）稠化鹽酸預(yù)處理，然后進(jìn)行加砂壓裂，加砂1430Kg。壓后初產(chǎn)1.59m3/D，但30天內(nèi)迅速遞減到0.48m3/d。八個(gè)月后，又用15%的鹽酸進(jìn)行了酸化，酸化后初產(chǎn)1.27m3/d，但7天內(nèi)遞減到0.48m3/d。又3個(gè)月后，進(jìn)行水力壓裂：壓裂液為膠化水（112.5m3），100目粉砂9100Kg，20-40目砂26390Kg，10-20目砂2275Kg，排量3.2m3/min，最高砂比960Kg/m3。壓后初產(chǎn)122m3/d，120天后產(chǎn)量14.3m3/d。（SPE6627）2、Molve、Kalinovac和StariGradac三個(gè)凝析氣田上進(jìn)行了壓裂。這三個(gè)氣田都位于匈牙利邊境附近的北克羅地亞地區(qū)，是Pannonian盆地內(nèi)Drava拗陷的主要組成部分。（SPE226-232）與壓裂試驗(yàn)有關(guān)的巖性如下：（1）裂縫孔隙度和滲透率發(fā)育的泥盆系碳酸鹽片麻巖；（2）三迭系下統(tǒng)石英巖和中粗碎屑巖，帶明顯的微裂縫及孔洞性孔隙；（3）來自Molve和Kalinovac氣田、三迭系中統(tǒng)極不均質(zhì)的早生白云巖（有幾乎垂直的裂縫）以及來自StariGradac氣田為粗碎屑巖；（4）Molve氣田侏羅系下統(tǒng)晚生鮞粒白云巖；（5）Molve氣田第三系中新統(tǒng)碳酸鹽類巖石。Kalinovac氣田同一地質(zhì)年代的地層為低滲碎屑巖。StariGradac氣田在該層不含烴類。三疊系和侏羅系的白云巖非均質(zhì)現(xiàn)象十分嚴(yán)重，它有大量與主構(gòu)造線平行、南—西南走向的裂縫。埋藏深度（m）3300-3800凈厚度（m）10-100孔隙度（%）4-10含水飽和度（%）30-50滲透率（md）0.003-30原始地層壓力（MPa）45-49地層溫度（C）180-195破裂梯度（Mpa/m）0.017-0.023

地層參數(shù)表分項(xiàng)Molve氣田Kalinorac氣田SG氣田井號152325263133351112埋藏深度（m）33073527334033153378344033253465356037853766凈厚度（m）54161006533/3066504155縫高（m）1003310010043/7566355958地層壓力（MPa）46.544.043.444.543.4/47.747.544.749.947.6地層溫度（C）180180180180180180180180180196193滲透率（10-3md）10032003160/744150545孔隙度（%）1051077/67454最小水平應(yīng)力（MPa）55.966.455.375.065.6/54.259.065.065.296.2壓裂液類型①IIIIIIIIIIIIIII壓裂液量（m3）9071681050895983529459102503141020總液量（m3）1723245143512601474474152417563885321892加砂量（t）ISP133//10468/105184//66HSP495541964413838216398101164442最大加砂濃度（Kg/m3）1200120020006007207008401200120013501100施工排量（m3/min）4.83.25.64.05.64.04.84.84.05.65.6施工注釋②CCCTSTSCCCC產(chǎn)量注釋③EDEDGDEFEEE

油藏資料與壓裂參數(shù)

方案1方案2調(diào)整液量（m3）140前置液量（m3）300前置液量（m3）145攜砂液量（m3）830壓裂液量（m3）660壓裂液量（m3）680加砂量（t）850104（ISP）加砂量（t）85074（ISP）490（HSP）408（HSP）加砂步驟70m3+120Kg/m3（ISP）加砂步驟55m3+120Kg/m3（ISP）90m3+240Kg/m3（ISP）55m3+240Kg/m3（ISP）155m3+480Kg/m3（ISP）150m3+480Kg/m3（ISP）140m3+720Kg/m3（HSP）150m3+720Kg/m3（HSP）140m3+840Kg/m3（HSP）75m3+840Kg/m3（HSP）115m3+960Kg/m3（HSP）75m3+960Kg/m3（HSP）75m3+1080Kg/m3（HSP）75m3+1080Kg/m3（HSP）65m3+1200Kg/m3（HSP）60m3+1200Kg/m3（HSP）排量（m3/min）4.8排量（m3/min）5.6（前置液）4.8（攜砂液）

典型施工方案

壓裂效果Mol-15井該井于1986年夏季壓裂。優(yōu)化設(shè)計(jì)的裂縫半長為820m。一年期凈現(xiàn)值為10.9*106美元，兩年期為18.5*106美元。最佳裂縫半長（xf）為820m時(shí)的加砂量應(yīng)為1450t。實(shí)際上只加了579t，實(shí)際裂縫半長為400m。相應(yīng)的無因次裂縫導(dǎo)流能力為FCD=7。實(shí)際施工效果為1年期凈現(xiàn)值9.6*106美元，2年期為15.1*106美元。動(dòng)態(tài)預(yù)測一年內(nèi)日產(chǎn)量為2.3*105m3/d，實(shí)際日產(chǎn)量為2.4*105m3/d，年累計(jì)1.1*108m3。而優(yōu)化設(shè)計(jì)效果為（同時(shí)期對比）日產(chǎn)量3.2*105m3/d，年累計(jì)1.5*108m3。壓裂后不穩(wěn)定試井求得其裂縫長為340m。

四、低滲油田壓裂情況(復(fù)合壓裂)中原油田橋口白廟深層氣層壓裂地質(zhì)簡況

橋口—白廟地區(qū)是一個(gè)油氣資源很豐富的地區(qū)，1987年探明天然氣地質(zhì)儲(chǔ)量216.73億米3，并發(fā)現(xiàn)橋口地區(qū)分布有沙三3和沙三4亞段兩套含氣層系，白廟地區(qū)沙二下---沙三4亞段各層系以含氣為主，獲工業(yè)氣流的井層主要分布在沙二下、沙三1和沙三2亞段。橋口氣田氣層綜合地質(zhì)特征：最深的氣層見于4744.0；含氣井段長，最長的超過1000m；一般為粉砂巖，巖性致密，膠結(jié)物含量高達(dá)17.5%；單層厚度薄，一般0.5-2m，最大7.8m，物性和厚度橫向變化都較大，相鄰井之間砂層對比非常困難。平均孔隙度為9%，滲透率0.3*10-3μm2。沙三3和沙三4亞段最高壓力系數(shù)為1.49。凝析油含量400-1000g/m3，為高含凝析油的凝析氣藏。

白廟氣田氣層綜合地質(zhì)特征：它與橋口氣田地質(zhì)特征相類似，所不同的是它的儲(chǔ)層物性相對較好些，氣層平均孔隙度為11%，滲透率11*10-3μm2。自上而下物性由好變差，單井產(chǎn)量由高變低，層間差異較大，沙二下氣層孔隙度15.5%，滲透率為9.9-39.3*10-3μm2，而沙三3-4氣層物性很差，平均孔隙度7.5%，滲透率小于0.5*10-3μm2。各個(gè)層系最高壓力系數(shù)為1.6。復(fù)合壓裂技術(shù)

通過壓前地層預(yù)處理，優(yōu)選壓裂液體系和支撐劑，采用變粘度、二次交聯(lián)、復(fù)合破膠、復(fù)合降濾、變支撐劑粒徑、變排量、高砂比、優(yōu)化加砂程序、強(qiáng)制閉合等工藝技術(shù)，盡可能地消除和減小地層傷害，改善支撐剖面，提高裂縫導(dǎo)流能力，實(shí)現(xiàn)壓后增產(chǎn)和有效期的延長。低傷害

高導(dǎo)流

深穿透技術(shù)思路

飽填砂技術(shù)特點(diǎn)

A.酸預(yù)處理優(yōu)化依據(jù)粘土礦物粘土礦物中離子孔襯充填沉淀濾餅、濾失帶壓裂液濾餅傷害嚴(yán)重spe28529蔡振華劉洪升張潔－23%《10%－30%

2mm8-68%

－3%－10%

10%壓裂過程中壓裂液的傷害主要包括濾液對地層的傷害和濾餅對支撐裂縫的傷害。前一種傷害通過開發(fā)防膨劑、助排劑、破膠劑等得到較好解決，后一種傷害，即這種過于穩(wěn)定的聚合物基壓裂液及其殘?jiān)鼘α芽p導(dǎo)流能力的傷害直到八十年代后期才引起了重視，以顆粒形式使用的破膠劑無法解決內(nèi)濾餅的傷害。

防止粘土膨脹，顆粒運(yùn)移、沉淀改變巖石物理性質(zhì)(K、等)強(qiáng)化破膠提高返排率前置酸和后置酸解除地層污染降低表面張力酸化前后巖心基本參數(shù)隔離液后置酸頂替施工過程前置酸停泵井筒溫度場變化情況（地面溫度18℃）B.低濃度變粘壓裂液體系壓裂過程中裂縫內(nèi)溫度變化模擬壓裂施工結(jié)束時(shí)裂縫內(nèi)溫度場模擬降低聚合物的濃度，采用二次交聯(lián)和復(fù)合破膠技術(shù)，優(yōu)化壓裂液配方，研究適合高攜砂性能的變粘壓裂液體系交聯(lián)劑的類型交聯(lián)時(shí)間（min）剪切降解pH范圍OCB-Ⅰ2-10可調(diào)無11-14OCB-Ⅱ2-8可調(diào)無11-14OCB-Ⅲ0.5不可調(diào)有10-13交聯(lián)性能表變粘壓裂液流變曲線前置凍膠液：340-180mpa.s；攜砂液：240－100mpa.s二次交聯(lián)延遲交聯(lián)

壓裂液的二次交聯(lián)性能實(shí)驗(yàn)曲線

復(fù)合降濾1#降濾劑2#降濾劑基質(zhì)濾失裂縫濾失未加降濾失劑固體降濾失劑固體+液體降濾失劑不同降濾措施下濾失系數(shù)a：沒加破膠劑交聯(lián)凍膠b：加入3/萬膠囊破膠劑c：加入2/萬APS+2/萬雙氧水復(fù)合破膠實(shí)驗(yàn)?zāi)z囊破膠

快速破膠

壓裂井返出液的PH值和粘度壓裂液表面活性優(yōu)選注：蒸餾水的表面張力為：72mN/m

在壓裂液加入4／萬FC－3B表面活性劑

壓裂液聚合物濃度對鋪砂層的傷害試驗(yàn)胍膠濃度增大，對導(dǎo)流能力的傷害也加大，胍膠濃度由0.4％增加到0.5％，導(dǎo)流能力下降11.3％壓裂液用量對導(dǎo)流能力的影響

C：支撐劑優(yōu)選20/40目（0.45-0.90mm)支撐劑物性評價(jià)破碎率(86Mpa)7.783.624.3315.3（80MPa）粉陶和粗陶性能表根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)選用支撐劑：粉砂(70/100目)

7#；中陶（20-40目）5#；粗陶(12/20目)9#。高閉合壓力（大于30MPa），分段放置的支撐劑的導(dǎo)流能力最大，另兩種導(dǎo)流能力接近。支撐劑的目數(shù)不同，與其他結(jié)果不同。12/20目的粗陶粒支撐縫口的作用，70/100目的粉陶支撐縫端支撐微裂縫起防，20/40目支撐劑放在中間支撐。三種組合隨中間組分比例的增加導(dǎo)流能力逐漸增大，閉合壓力增大，差距減小，原因是支撐劑被壓碎后，其孔隙通道被殘?jiān)氯?，粒徑不同所造成的影響變小，三種支撐劑的比例在1：3：1導(dǎo)流能力最大。

20/40目支撐劑的粒徑較大，導(dǎo)流能力較高，比例增加導(dǎo)流能力有所增加。閉合壓力增加，優(yōu)勢逐漸減小。原因是支撐劑的破碎造成的。20/40目與70/100目3：1組合有較高的導(dǎo)流能力又能起到防砂的作用。不同鋪砂濃度導(dǎo)流能力實(shí)驗(yàn)

鋪砂濃度大于10Kg/m2應(yīng)用了粉陶0.09-0.224mm（70/100目）支撐劑支撐微裂縫，擴(kuò)大泄流面積。中陶粗陶高鋪砂濃度支撐，提高主裂縫的導(dǎo)流能力。D.高砂比

平均砂比>40%最高階段砂比：90%E.變排量

由低到高,高到低F.快速放噴

時(shí)機(jī)、速度

控制裂縫支撐剖面

放噴時(shí)機(jī)、放噴速度減少壓裂液對地層傷害利用余壓，返排出盡量多的壓裂液傳統(tǒng)返排的缺陷

2000米動(dòng)液面是個(gè)拐點(diǎn)，在2000米以上時(shí)，裂縫導(dǎo)流能力下降較快，大于2000米后，下降趨勢趨于平緩。因此，對壓后自噴排液的井，開始時(shí)一定要控制流量。

工藝演示

現(xiàn)場應(yīng)用油井24口,氣井19口;最小壓裂井段深度2471.5m、最大壓裂井段深度4363.6m；最小壓裂厚度3.8m，最大18.8m，最大地層溫度159℃；最大施工排量6.2m3/min，施工平均砂比45.2%；最大加砂量87m3，最大階段加砂比90%；施工成功率96%，有效率90.7％。應(yīng)用情況復(fù)合與常規(guī)壓裂效果對比表（油井）24口油井平均單井日增液15.1m3/d，日增油8.9t/d，平均單井累增油2164.3t，平均單井有效期410d(統(tǒng)計(jì)至2005年7月份中旬,6口井仍在有效期內(nèi))累增油51942.8t油區(qū)工藝壓裂井層(層)井深(m)加砂強(qiáng)度(m3/m)平均砂比(%)平均單井日增油(t/d)平均有效期(d)橋口復(fù)合92446.5-4001.14.645.28.14546常規(guī)62425.6-3502.31.625.66.5200馬廠復(fù)合82704.8-3159.24.445.69.0307常規(guī)72688.5-3155.81.526.25.2150應(yīng)用效果復(fù)合壓裂與常規(guī)壓裂效果對比表

（氣井）油區(qū)工藝壓裂井層(層)井深(m)加砂強(qiáng)度(m3/m)平均砂比(%)平均單井日增氣(104m3/d)平均有效期(d)橋口復(fù)合113831.6-4363.64.3145.52.90508常規(guī)124074.3-4504.43.1324.30.74135白廟復(fù)合73106.0-4032.34.1145.12.03425常規(guī)222889.4-4240.83.3725.50.46166應(yīng)用效果

復(fù)合壓裂CO2泡沫壓裂段塞增能壓裂井層732單井日增氣（m3）143202502017800單井累增氣（*104m3）382.715352.3應(yīng)用效果復(fù)合壓裂與CO2泡沫、段塞增能壓裂效果對比（白廟）復(fù)合壓裂與CO2泡沫、段塞增能壓裂效果對比（橋口）

復(fù)合壓裂CO2泡沫壓裂段塞增能壓裂井層1116單井日增氣（m3）245001718914329單井累增氣（*104m3）331188210應(yīng)用效果延長了穩(wěn)產(chǎn)期橋66-6（復(fù)合）和橋66-8（常規(guī)）對比應(yīng)用效果取得了橋口、白廟深層凝析氣藏壓裂改造的突破典型井:橋76井儲(chǔ)層參數(shù):層位沙三下井段3919.4-3963.6m，厚度24.8m，7層孔隙度8.7-12.6%，有效滲透率0.568md含油飽和度25.8-46.5%，電測解釋為氣干層，地層溫度148℃應(yīng)用效果應(yīng)用效果復(fù)合壓裂設(shè)計(jì)及施工參數(shù)：預(yù)前置酸：18m3變粒徑：0.15-0.225mm粉陶15m3；0.45-0.9mm中陶