浅层页岩气压裂技术总结

浅层页岩气压裂技术总结第1页/共58页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第2页/共58页

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第3页/共58页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。第4页/共58页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）编号深度(m)抗压强度MPa软化系数抗拉强度MPa弹性模量

×104MPa泊松比干燥状态饱和状态YSL4-7+8顶313.59-314.026.933.010.430.311.1380.24YSL4-7+8底318.76-319.4015.527.530.490.781.2670.23层

位岩性深度/m压力与层理关系抗压强度软化系数抗拉强度/MPa变形特性干燥/MPa饱和/MPa弹性模量×104Mpa泊松比2+3煤底板细砂岩506.40-506.81⊥31.6321.270.671.521.4630.197+8煤顶板砂岩526.98-527.50⊥34.8124.710.711.691.6720.207+8煤底板砂岩535.37-536.05⊥18.1711.840.650.941.2580.23YSL4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第5页/共58页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。井号主力煤层实测含气量储层压力水分灰分挥发分兰式体积兰式压力饱和度GCdafPMadAdVdafVLdafPLdafS实测YSL-037+825.659.061.0128.9010.8144.802.5773%YSL-047+815.633.910.7640.329.1534.531.9668%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、渗透率实验数据样品号岩心井号岩性深度(m)层位孔隙度（%）渗透率（10-3μm2）YSL10053YSL1深灰色粉砂岩608.30P13.110.000439YSL10063YSL1深灰色砂岩604.87P3.020.000207YSL10082顶YSL1深灰色砂岩595.71P2.950.0000245地质概况第6页/共58页地质概况井号储层压力压力梯度渗透率表皮系数调查半径储层温度MPa╳10-2MPa/mmdm°CYSL2-1V6.40.960.02-0.385.7131.54YSL39.061.750.0380.00174.8229.5YSL43.911.310.027-1.874.0825.9YSL65.810.9360.18-1.515.1323.06YSL118.81.020.02-3.44.9333.39YSL145.871.060.12-3.449.7131.25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井号闭合压力闭合压力梯度破裂压力破裂压力梯度压力计深度MPa╳10-2MPa/mMPa╳10-2MPa/mMYSL2-1V11.851.7812.631.9663.93YSL315.793.0516.743.23517.38YSL415.895.3617.795.99296.64YSL613.572.1914.042.26621.28YSL1115.91.8216.611.91855.65YSL1410.941.9311.372.01550.38试井分析结果渗透率0.020～0.18md，渗透性较差；储层压力梯度0.94～1.75×10-2MPa/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1.78～5.35×10-2MPa/m，较高～异常高，随地层倾角增加而升高。第7页/共58页地质概况岩石力学实验岩心号岩性取

芯

深

度m实验条件实验结果围压MPa杨氏模量MPa泊松比体积压缩系数1/MPa抗压强度MPa2号煤岩594.91-595.20856900.263×10-481.3井号岩心号取芯深度m岩性实验条件实验结果（MPa）围压MPa抗压强度地层最小主应力Z105井509-1号594.91-595.2煤岩569.99.7509-3号15100.9Z105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。第8页/共58页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9页/共58页第二部分设计依据与压裂工艺①煤层节理、裂缝发育，压裂液效率低、滤失大，难以形成长缝；②煤层低温、易吸附，易受伤害；③支撑剂反吐、煤粉反吐难以控制。④煤岩较软，人工裂缝形态复杂，形成的裂缝不规则。煤层压裂难点第10页/共58页设计总体原则：（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。设计原则第11页/共58页压裂工艺设计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87～89%。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。工艺设计第12页/共58页（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。工艺设计第13页/共58页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。模式液体配方支撑剂组合YSL1模式0.1%杀菌剂+2%KCL+2%表面活性剂+1%煤粉分散剂50～100目石英砂+20～40目石英砂+可固化覆膜石英砂中间模式0.05%杀菌剂+2%KCL+1%表面活性剂50～100目石英砂+20～40目石英砂山西模式0.05%杀菌剂+1%KCL50～100目石英砂+20～40目石英砂三种模式设计工艺设计第14页/共58页模式液体杀菌率(%)润湿角表面张力伤害率（%）1#

山西模式0.05%杀菌剂+1%KCL955034.424.62#YSL1井模式0.1%杀菌剂+2%KCL+2%表面活性剂+1%煤粉分散剂9944.823.514.43#中间模式0.05%杀菌剂+2%KCL+1%表面活性剂985028.621.2三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≥90μm2.cm。工艺设计第15页/共58页压裂施工管柱结构：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。注入方式钢级下入深度m外径mm壁厚mm内径mm抗内压强度MPa抗外挤强度MPa51/2″套管N80

139.707.72124.2653.3643.29压裂管柱结构数据表序号设备名称单位数量负责单位12000型压裂车台52混砂车台13仪表车台14高压管汇车台15低压管汇车台16配液车台17砂罐车满足分装20/40目石英砂要求8液罐满足承装800m3活性水要求压裂施工设备备用表工艺设计第16页/共58页工艺设计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第17页/共58页

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井组层数YSL1井模式中间模式山西模式YSL10214644YSL2048422YSL19011464412口单井18第18页/共58页压裂工作量压裂施工井统计第19页/共58页压裂工作量

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：第20页/共58页压裂工作量

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：第21页/共58页压裂工作量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：第22页/共58页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%。压裂分析第23页/共58页

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：16.4MPa

38%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。施工压力压裂分析第24页/共58页施工顺利井典型井例分析YSL1901-6射孔数据表测井解释成果井

号压裂层序煤层号射孔井段备

注顶深（m）底深（m）厚度（m）YSL1901-6第二层C2611.8612.60.8C3623.1624.11.0626.1627.00.9第25页/共58页施工顺利井典型井例分析YSL1901-6储层特点压裂难点压裂对策薄互层分布，储隔层应力差较小单层进液量小，缝内摩阻高，缝高控制难（1）分C2+C3和C7+C8分层压裂，采取填砂分层法；（2）前置液变排量造缝、多级段塞打磨低杨氏模量塑性强、支撑剂易嵌入高强度支撑剂尾追压后压降速率大滤失较大前置液段塞降滤、低起步小增幅多级加砂闭合应力梯度高，区域非均质性强；室内实验及可借鉴资料少裂缝形态复杂，扩展规律和区域应力条件认识有限合理排量、优化前置液百分数、加强施工过程中的实时调控压裂难点与对策第26页/共58页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：裂缝剖面施工排量m3/min5-7支撑缝长m73.36前置液量m3285动态缝长m78.25携砂液量m3420缝高m15.55顶替液量m37.2支撑剂量m328.7总液量m3750平均砂液比%8.1加砂方案第27页/共58页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。第28页/共58页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。第29页/共58页施工顺利井典型井例分析YSL1901-1YSL1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。第30页/共58页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第31页/共58页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。第32页/共58页难度分析：

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第33页/共58页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。第34页/共58页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%；第35页/共58页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%；第36页/共58页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；第37页/共58页施工异常井典型井例分析YSL31、YSL32、YSL33对比分析项目序号液体名称排量m3/min纯液量m3砂

比％携砂液密度t/m3砂

量m3累计砂量m3时间min累计液量m3加砂类型1前置液3-545

1

1545

5-633.531.031.011.015.6879.150/100目粉砂5-620

10

3.3399.120/40目石英砂5-633.531.031.012.015.681335-665

10

10.8198前置液合计197

2.012.0140.51982携砂液5-65531.031.653.669.332545-65041.0425.668.533055-64051.0527.666.873475-63571.152.4510.16.083835-63091.182.712.85.274155-610101.2113.81.774255-68.3121.23114.81.48434

20/40目覆膜砂携砂液合计228.3

12.814.839.3434

3顶替液5-69.8

1

1.63444

合

计

435.1

14.814.881.5444

备注1)根据施工压力情况，泵注排量控制在5.0~7.0方。2)如果滤失过高，增加50方前置液，如滤失不大可减少粉砂用量，后期无法提高砂比至设计值，则后期砂比控制在10%以内3)顶替液阶段采用“逐台停车”的方法降低顶替排量4）按设计要求,严格控制顶替量，施工限压50MPaYSL33井施工方案一第38页/共58页施工异常井典型井例分析YSL31、YSL32、YSL33对比分析YSL33井施工方案二项目序号液体名称排量m3/min纯液量m3砂比％携砂液密度t/m3砂量m3累计砂量m3时间min累计液量m3加砂类型1前置液1.7-455118.3555-5.233.531.031.011.016.8289.150/100目粉砂5-5.227105.411620/40目石英砂5-5.233.531.031.012.016.821505-5.2651013215前置液合计2142.012.0150.42152携砂液5-5.24531.031.353.369.162615-5.24541.041.85.169.223075-5.23551.051.756.917.213435-5.23271.152.249.156.673765-5.22091.181.8114.223985-5.210101.21122.124085-5.28.3121.23112.91.7841720/40目覆膜砂携砂液合计195.310.912.940.44173顶替液5-5.29.811.96427合计419.112.912.992.7427备注1)根据施工压力情况，泵注排量控制在1.7-5.2方。2)如果滤失过高，增加50方前置液，如滤失不大可减少粉砂用量，后期无法提高砂比至设计值，则后期砂比控制在10%以内3)顶替液阶段采用“逐台停车”的方法降低顶替排量4）按设计要求,严格控制顶替量，施工限压50MPa第39页/共58页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%；第40页/共58页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。第41页/共58页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：第42页/共58页（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。问题分析第43页/共58页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第44页/共58页（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。问题分析第45页/共58页通过对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第46页/共58页渗透率0.020～0.18md，渗透性较差储层压力梯度0.94～1.75×10-2MPa/m闭合压力梯度1.78～5.35×10-2MPa/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