浅层页岩气压裂技术总结

2012年11月,筠连地区浅层页岩气井压裂施工阶段总结报告,汇报主要内容,第一部分地质概况第二部分设计依据和压裂工艺第三部分压裂工作量完成情况第四部分典型井例分析第五部分压裂难点与存在问题分析第六部分下步改进意见与建议,地质概况,第一部分地质概况,沐爱区域乐平组煤层厚度等值线图,地质概况,乐平组煤层气勘探评价井位部署图,勘探开发目的层是二叠系上统乐平组。乐平组自上而下发育2#、3#、4#、7#、8#、9#煤层等六套煤层。其中，2#、3#、7#、8#煤层发育连续、稳定。,地质概况,勘查区块内大部分区域的煤岩煤层气含气量大于10m3/t；YSL3、YSL4井的煤岩组分分析以有机组分为主，占85%；YSL3、YSL4井分析煤岩灰分约26%、挥发份约7%，全硫低于3%；顶底板力学性质（如下表）,YSL4井煤层及顶板岩石力学性质测定结果表,YSL3井煤层及顶板岩石力学性质测定结果表,沐爱地区乐平组煤芯煤层气含量测试结果,YSL3、YSL4井7+8#煤层含气饱和度测试较高；YSL1井岩芯分析砂岩孔隙度小、渗透率低，是煤岩层很好的隔层。,YSL3和4井乐平组煤岩含气饱和度数据表,沐爱YSL1煤层隔层孔隙度、渗透率实验数据,地质概况,地质概况,沐爱区域乐平组煤层注入/压降试验数据表,沐爱区域乐平组煤层地破试验数据表,试井分析结果,渗透率0.0200.18md，渗透性较差；储层压力梯度0.941.7510-2MPa/m，为常压高压储层，地层倾角大的区域高于地层倾角平缓区域；闭合压力梯度1.785.3510-2MPa/m，较高异常高，随地层倾角增加而升高。,地质概况,岩石力学实验,Z105井岩心三轴试验结果,Z105井岩心地应力大小结果,昭105井岩石力学实验显示，煤层杨氏模量低，泊松比高，地层最小主应力9.7MPa。,地质概况,工区煤层总体特征,（1）煤层集中发育于二叠系上统乐平组（P2l）的上岩性段，区域内2#、3#、7#、8#煤层普遍发育，局部发育4#、9#煤层，（2）煤层顶、底板岩性，以泥岩、炭质泥岩为主，局部为泥质粉砂岩或细砂岩。（3）煤岩渗透性较差，储层压力为常压。（4）煤层的闭合应力较高，基本在0.018MPa/m以上，压裂改造效果可能以形成水平缝为主。（5）各煤层含气量均较高，2#、3#、8#煤层局部区域较低（6）煤层含水量较少。（7）粘土矿物20%左右。（8）杨氏模量低，泊松比高，煤层软。（9）微裂缝较发育，主次裂隙近直角相交，充填物主要为粘土。,第二部分设计依据与压裂工艺,煤层节理、裂缝发育，压裂液效率低、滤失大，难以形成长缝；煤层低温、易吸附，易受伤害；支撑剂反吐、煤粉反吐难以控制。煤岩较软，人工裂缝形态复杂，形成的裂缝不规则。,煤层压裂难点,设计总体原则：（1）选择性能较好的液体，尽量降低对储层的伤害；（2）选择对储层最有利的支撑剂组合，充填微裂缝，利于主缝延伸，提高导流能力；（3）单井采用常规压裂，丛式井采用干扰压裂工艺；（4）预防支撑剂、煤粉返吐及镶嵌敏感；（5）在获得初步效果的基础上进行多种模式评价；（6）在对比、总结、评估的基础上选择更适合本区的压裂模式。,设计原则,压裂工艺设计,1）采用粉砂降滤减小压裂液向地层的滤失速度，减少煤粉的出量；同时裂缝向下延伸起到很好的遮挡作用；2）选择干净活性水，降低伤害瓜胶冻胶类植物胶压裂液，对煤层伤害率达8789%。纤维素胶清洁压裂液伤害率在40%左右。活性水对储层的伤害在20%左右。,工艺设计,（3）用覆膜砂将支撑剂网在套管以外，采用小排量过顶替；选择性中上部进行射孔。（4）采用三维压裂软件模拟优化结果设计加砂方案。,工艺设计,根据浙江油田页岩气项目部要求，以沐爱储层地质特征为依据，进行三种模式压裂设计，形成以光套管注入、高排量、活性水携砂为主的煤层气压裂配套工艺技术。,三种模式设计,工艺设计,三种压裂液体系的液体性能数据表,支撑剂：1、石英砂：要求在28MPa条件下，破碎率14%；2、低温可固化覆膜石英砂：在52MPa条件下，破碎率5%；3、导流能力：在15MPa条件下石英砂的导流能力90m2.cm。,工艺设计,压裂施工管柱结构：光套管压裂方式；压裂施工工序：通井洗井射孔下部层加砂压裂关井放喷填砂上部层加砂压裂放喷、返排下泵。,压裂管柱结构数据表,压裂施工设备备用表,工艺设计,工艺设计,1）施工砂堵的处理预案施工砂堵：立即停泵，用2mm油嘴控制放喷，放通后，用压裂车返洗井。洗通后，再试挤，如压力正常，再正常加砂。2）施工中异常情况的处理预案（1）压力上升过快（通常净压力与时间双对数曲线斜率大于1）或压力急剧下降：停止加砂，开始顶替。（2）井口或地面管线漏：立即停泵，关井口闸门，整改后重新施工，如是注前置液阶段，前置液量要适当多打；如是加砂阶段，则开始顶替，如已无法顶替，则用油嘴控制放喷。,砂堵与异常情况的处理,自2012年6月6日至11月15日，共设计施工29井次54个层位的压裂施工。,压裂工作量,第三部分压裂工作量完成情况,压裂工作量,压裂施工井统计,压裂工作量,10个层位施工顺利；4个层位在施工过程中出现加砂困难的情况；以YSL105-2井C2+C3号层最为典型，该井因加砂未达到设计要求返工一次。,102井组7口井施工简况：,压裂工作量,12个层位施工顺利；2个层位在加砂施工过程中出现压力上升快的情况；1901-1和1901-3井在施工过程中出现了互串的现象，后面的井层采取了中途停泵的措施成功避免了互串的情况。,1901井组7口井施工简况：,压裂工作量,204井组4口井8个层位施工均比较顺利。12口单井18个层位中YSL33一口井施工压力较高。,其它井组施工简况：,施工规模小结,第四部分施工规模与典型井例分析,C2+C3层：压裂液平均用量：631.6m3；平均加砂量19.3m3；施工排量：5-7.2m3/min；平均砂比7.1%。C7+C8层：压裂液平均用量：736.5m3；平均加砂量：41m3；施工排量：5-7.2m3/min；平均砂比8.2%。,压裂分析,C2+C3层：地层破裂压力：13.3-26.5MPa；平均停泵压力：17.1MPaC7+C8层：破裂压力:22.7-46MPa；平均停泵压力：16.4MPa38%左右的井没有明显的破裂压力。破裂压力变化幅度大，说明各井的岩石物性差异大，储层在平面上的非均质性较强。,施工压力,压裂分析,施工顺利井,典型井例分析,YSL1901-6,射孔数据表,测井解释成果,施工顺利井,典型井例分析,YSL1901-6,压裂难点与对策,施工顺利井,典型井例分析,YSL1901-6,山西模式配方：0.05%杀菌剂+1%KCL,三维压裂软件模拟优化结果：,裂缝剖面,加砂方案,施工顺利井,典型井例分析,YSL1901-6,压裂液用量：712m3加砂量28.7m3；施工排量5-7m3/min；平均砂比8.1%施工压力18.7-22.4MPa,该井破裂压力明显（23MPa），排量提至7m3/min时裂缝均匀延伸，造逢充分；也说明裂缝连通性好，充填物少，具有一定的渗透性。,施工顺利井,典型井例分析,YSL102-5,中间模式配方：0.05%杀菌剂+1%KCL+1%表面活性剂,YSL102-5井C2+C3号层破裂压力明显，易造缝且造缝比较充分，煤层进砂后不敏感，压裂施工难度小。该井的设计思路是，在小排量的水力作用下将地层压开，逐步提高排量扩充缝宽和逢高且增加逢长同时将近井地带的煤粉推至裂缝远端，利用粉砂进行降低裂缝滤失率，同时两步段塞反复打磨裂缝边角，加砂中后期设计中顶，试探地层敏感程度，确保达到设计改造的目的。,施工顺利井,典型井例分析,YSL1901-1,YSL1模式配方：0.1%杀菌剂+2%KCL+2%表面活性剂+1%煤粉分散剂,YSL1901-1井C7+C8#总液量1035m3，加砂量37.7m3；平均砂比8.2%.该井破裂压力不明显，施工压力：25-32MPa，砂比从3%依次提高到14.9%。加砂中期压力出现明显下降（18MPa），但加砂施工顺利。分析该井层多裂缝发育，裂缝处于半充填状态，虽有一定滤失，但滤失不大。,施工异常井,典型井例分析,YSL102-6,中间模式配方：0.05%杀菌剂+1%KCL+1%表面活性剂,测井解释数据,施工异常井,典型井例分析,YSL102-6（C2+3),异常点：压力上升快、波动明显。在注完前置液开始以3%砂比加50/100目粉砂，加至1m3时由于压力有上升的趋势停砂需改变施工程序。,难度分析：该井施工难度大，煤层偏向于多孔、松散至弱胶结状态，不利于人工裂缝形成，压裂过程中煤层进砂敏感。技术措施：1、减少粉砂使用量，防止通道堵塞；2、采取多级段塞式加砂；3、适当降低砂比；,施工异常井,典型井例分析,YSL102-6,施工异常井,典型井例分析,YSL102-6,结果：用液347.9m3，分四个段塞，设计加砂10.1m3实际加砂10.9m3，其中50/100目粉砂1m3，20/40目石英砂9.9m3，砂比3%-8.9%，平均砂比5.9%。施工压力29.1-23.1（Mpa），停泵压力17.4。30min后压降到12.3Mpa。,施工异常井,典型井例分析,YSL31、YSL32、YSL33对比分析,YSL31施工异常情况：起始压力高达33MPa、被迫停泵，重新施工时地层进砂敏感，多级段塞加砂也没达到设计加砂量。设计加砂量27.59m3、砂比10.2%；实际加砂9.9m3、砂比5.5%；,施工异常井,典型井例分析,YSL31、YSL32、YSL33对比分析,YSL32施工异常情况：同YSL31。设计加砂量24.71m3、砂比10.5%；实际加砂19.2m3、砂比7%；,施工异常井,典型井例分析,YSL31、YSL32、YSL33对比分析,YSL33井技术措施：1）起泵压力较高时，降低或取消段塞中的粉砂使用量，改为中砂打磨；2）设计两套方案，压力较高或段塞进入地层后压力升高影响后期施工可酌情提高前置液使用比例，执行备用泵注程序（第二套方案），砂比控制在10%以内；,施工异常井,典型井例分析,YSL31、YSL32、YSL33对比分析,YSL33井施工方案一,施工异常井,典型井例分析,YSL31、YSL32、YSL33对比分析,YSL33井施工方案二,施工异常井,典型井例分析,YSL31、YSL32、YSL33对比分析,因压力高采用第二套方案，设计加砂量12.9m3、砂比6.6%；实际加砂13m3、砂比7%；,施工异常井,典型井例分析,YSL31、YSL32、YSL33对比分析,通过3口井的施工情况分析,认为：该块原始地层压力较高,天然裂缝较发育,滤失较大造成地层进砂敏感,借鉴YSL31井、YSL32井的施工经验，优化了YSL33井的施工程序，才用小排量下裂缝起造，然后试探性的逐步提高排量，增加前置液比列，经现场压力情况分析，该层压裂不具备采用粉砂降滤的条件，决定取消两个粉砂的段塞，改用中砂打磨，且试探地层吞砂能力，正式加砂阶段砂比在小阶段下逐步提高，最高砂比控制在10%以下。施工中后期压力平稳，顺利完成施工任务。,问题分析,第五部分压裂问题分析,通过压裂井的施工分析，可以看出：使用活性水压裂液由于滤失的影响，相对用液量较大；煤层气压裂多裂缝、裂缝形态复杂的特点，使裂缝前进的流体阻力增大，从而使部分井层施工时出现异常压力值。进一步分析施工曲线，施工压力的主要有四种类型：,（1）压力比较稳定：现场乐平组煤层施工占43%左右，造逢和滤失与注入达到动态平衡，裂缝内压力基本稳定。这是比较好的类型，容易达到设计要求的加砂量。（2）压力波动类型：现场乐平组煤层施工占40%左右，由于煤层内渗透率和应力的非均质性以及煤层裂缝和微裂缝发育：导致滤失量和裂缝缝宽的频繁变化，难以稳定。这种异常压力类型必须控制排量和砂比。,问题分析,问题分析,压力稳定型,压力波动型,压力上升型,压力下降型,施工曲线分析,（3）压力上升：最难施工的类型。现场乐平组煤层施工占15%左右，可能是由于煤层渗透率较差或较致密，造成缝长的扩展受到限制，如果上升太快，可能是由于煤粉运移到裂缝端部或支撑剂桥堵。（4）压力下降：比较理想类型，现场乐平组煤层施工占2%左右，表明天然裂缝系统正在连通。但应注意低应力层等影响.由于煤层孔隙结构和渗流特性的复杂性，压裂施工效果不能仅仅依靠现场施工曲线，还应结合地质构造和将来的排采效果进行综合评价。,问题分析,通过对102井组7井次14个层位的压裂情况，可以看出在同一井组，同一层号的煤层地质参数差异较大，非均质性强；随着压裂裂缝的延伸，部分人工裂缝沟通了更多的天然裂隙，从而加大滤失条件；压裂施工压力升高，天然裂隙内流体压力升高，裂隙扩张增加导致滤失加大；由于煤层本身的低渗和可塑性，在导致裂隙扩张的同时也能形成了“压缩带”。,问题分析,结合储层分析,渗透率0.0200.18md，渗透性较差储层压力梯度0.941.7510-2MPa/m闭合压力梯度1.785.3510-2MPa/m闭合应力较高，基本在0.018MPa/m以上人工裂缝形态复杂，既有水平缝又有垂直缝，或水平缝和垂直缝交错形成；同一井组裂缝走向因素的影响导致压裂施工中互串的现象；,问题分析,问题分析,1、对储层的认识还不到位，特别是C2+C3层；2、平面构造不是很清楚，是否存在断层、储层变化；,第六部分下步改进意见与建议,结合前段时间所施工过的压裂井的经验，去伪存真，反复进行裂缝模拟，确保设计质量；根据浙江油田各级领导的安排，以整体设计为指导思路，借鉴前期施工成功和失败的经验与教训，保质保量完成后面的工作。,异常压力井泵注程序（压力25MPa）加大压裂起始阶段低排量的用液量，防止压敏且有利于煤层开裂；加大前置液用量到总液量的40-50%；分段注砂打磨降低施工难度，根据区块情况调整段塞砂的使用类型和使用比例，段塞阶段砂比应控制在5%以内。减少粉砂，