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1、作者简介 :叶登胜, 1965年生, 高级工程师 , 博士; 现任川庆钻探工程有限公司井 下作业公司副总经理、总工程师, 主要从事油气田开发压裂酸化工艺研究、技术服 务、科技管理、新技术开发与推广等工作。地址:(610051 四川省成都市二环路北四 段瑞丰巷 6 号。电话 :(028 86019198 。E -mail:y edsvip. sina. com 四川盆地南部页岩气藏大型水力压裂作业先导性试验 叶登胜 尹丛彬 蒋海 方泽本 李建忠 川庆钻探工程有限公司井下作业公司 叶登胜等 . 四川盆地南部页岩气藏大型水力压裂作业先导性试验. 天然气工业 , 2011, 31(4 :48-50.
2、摘 要 四川盆地南部的古生界页岩发育, 储集了丰富的天然气资源。由于页岩气 藏渗透率极低 , 通常都需要水力压裂改造才能获得经济的开采。为此, 针对区块内某 一口页岩气井志留系龙马溪组和寒武系筇竹寺组储层特征和技术改造难点, 分别从 工艺优化、设备配套、供液配套、高低压连接到质量控制等方面进行了详细的分析, 将整体配套技术应用于现场作业并取得了成功, 证实了采用大型水力压裂作业技术 对页岩气藏实施增产改造是可行的, 为下一步页岩气藏的规模化、效益化开发提供 了技术支撑。 关键词 页岩气 开发 水力压裂 先导性试验 四川盆地 南 志留纪 寒武纪 DOI:10. 3787/j. issn. 100
3、0-0976. 2011. 04. 011 页岩气属于非常规天然气 1, 在一定地质条件下可聚集成藏并达到经济开采价 值 2-3 。页岩气藏因其 储层物性差、孔隙度和渗透率低, 需要应用水力压裂技术才能获得经济的开 采。 四川盆地南部古生界页岩气藏资源丰富, 中国石油天然气集团公司在2006年初 步评估该区下寒武统筇竹寺组和下志留统龙马溪组页岩气资源量为6. 810128. 41012m 34-5。Wx 井是威远地区部署的一口页岩气井, 该井古生界页岩地层为 一套浅海相碎屑岩沉积 , 其中龙马溪组埋藏深度为1503. 61543. 3m, 主要岩性为灰 黑色粉砂质页岩、碳质页岩、硅质页岩夹泥质
4、粉砂岩, 沉积厚度分布不均 , 一般分布 在 0200m 。筇竹寺组埋藏深度介于2619. 02821. 0m, 主要岩性为深灰、灰黑色粉 砂质页岩、碳质页岩和泥质粉砂岩, 其厚度在该区分布较稳定 , 厚度为 400600m, 往威远的东南方向变厚。两个层位页岩气藏内裂缝不发育, 基质平均渗透率 0. 00018mD, 总孔隙度为 3%4%, 储层的孔隙度较低 , 储层储集空间主要是吸附气为主, 游离气以裂缝性游离气为主, 孔隙性游离气次之。 2010年, 分别对 Wx 井的龙马溪组和筇竹寺组实 施了大型水力压裂作业 , 试验获得了成功。 1 先导性试验的难点及对策 由于页岩气藏岩性特别致密,
5、 对作业井的压裂特征参数不清楚, 试验潜在风险 高、难度大 , 加上页岩气藏压裂作业井规模大、排量高, 需要动用的设备也多 , 在工 艺设计、地面配套等方面需要进行难点与对策分析。1. 1 工艺技术方面 由于页岩储层压裂时易产生多裂缝, 液体滤失严重 , 人工裂缝宽度受限 , 支撑剂 进入地层难度大 ; 加之页岩储层孔隙度、基质渗透率极低, 外来液体的侵入容易引 发二次伤害 , 对压裂裂缝导流能力有较大影响。为了有效补偿液体滤失, 并确保缝宽 适度, 采用大排量施工、小粒径、低密度、低砂比、段塞式加砂模式; 为了减少压 裂液对地层的二次伤害 , 选用低成本、低含水不溶物的滑溜水液体体系。针对首
6、次 试验对地层压裂特征参数不清楚的情况, 主压裂前进行小型测试压裂, 并辅以连续油 管带井下压力计实测井底处理压力, 求取准确的地层压裂参数以指导优化主压裂。 针对潜在的页岩气藏高破裂压力难题, 结合室内对地层矿物成分的分析和酸溶蚀实 验, 利用连续油管进行小型的酸化 # 48# 天 然 气 工 业 2011年 4月 预处理 , 可以适当的解除近井地区的滤饼堵塞, 缓解井眼附近的应力集中, 有效 地降低地层的破裂压力。1. 2 供液配套方面 与常规水力压裂相比 , 页岩气藏压裂作业属于高排量(大于 10m 3/min 、超大规 模(大于 2000m 3 , 常规供液模式已不适用 , 需要有针对
7、性地进行配套优化。1. 2. 1 供液管汇 为满足设计施工排量12m 3 /min, 在低压管汇连接上 , 液罐之间采用 304. 8mm 管汇和同尺寸分配器连接 (常规作业用的是 244. 5mm , 液罐和 304. 8mm 主分配器之间采用152. 4mm 管 汇连接 , 其中靠近混砂车的8 个液罐采用双管线连接 , 并将其固定为主供液罐 , 以确 保施工后期高排量下的顺利供液。1. 2. 2 供液方案 在供液上 , 总体原则采用远近搭配供液方式。提前对液罐进行编号规划, 施工时 供液采取由远到近的方式, 逐步向主供液罐靠拢 , 所有液罐采用自身泵供液方式。如 果自身泵出现故障 , 则立
8、即用备用潜水泵向相邻液罐转液。 1. 2. 3 混砂车吸入及排出管汇 混砂车吸入采用 101. 6mm 管线与 304. 8mm 分配器连接 , 排出采用 101. 6mm 管线与高低压分配器连接。总体为/12 进 6出 0。1. 3 高压流程配套方面 从压裂车到井口处高压流体通道要满足高排量的需求, 还要考虑超大规模带来 的长时间对管路冲刷影响, 另外, 常规的井口装置无法满足高排量的注入, 会带来较 大的节流效应 , 需要对整个流程进行重新配套优化。 1 为满足高排量注入 , 采用 4根 76. 2mm 高压管线注入 , 目的是降低单根管线 流速, 减少携砂液对高压管线及阀件的冲蚀, 同时
9、能较好地防止高压流程震动, 保证 流程安全。 2 为保证长时间、大排量加砂井控安全, 设计加工了一套与原井口配套的、适 用于套管注入的压裂专用特殊六通, 既能满足压裂作业时大排量的注入需求, 有效减 小井口的节流 , 又能在作业后不动井口条件下直接排液生产。 3 高压注入主管线旋塞阀采用76. 2m m 大通径旋塞阀 , 减少节流压力和冲 蚀。 4 施工采用 2套高压密度计、 2套压力传感器对 5 通过优化配置水马力 , 整个注 入系统共采用总计26000马力(1 马力=735. 499W 的 H Q 2000型压裂车组 13台。 6 配备仪表车和混砂车各2台, 2台仪表车同时采集和处理, 混
10、砂车 1 台用于施 工, 1台备用 , 以确保整个作业流程的连续性。 2 现场实施情况 2. 1 Wx 井压裂设计参数 Wx 井压裂设计参数如表1 所示。 表 1 Wx 井水力压裂设计主要参数表 设计参数 筇竹寺组 龙马溪组 作业井段 26522704m 1503. 61543. 3m 注入方式作业管串作业排量套管注入 139. 7mm 套管2837m (壁厚:9. 17mm, 钢级:BG95S 12m 3/min 准备液量 滑溜水 :2115m 3 盐酸:20m 3 滑溜水 :2250m 3 盐酸:15m 3线性胶:270m 3 支撑剂量 4070目低密度陶粒 :60m 3 100目石英砂
11、:3. 8m 3 4070目低密度陶粒 :4m 3 4070目石英砂 :85m 3 2040目石英砂 :10m 3100目石英砂 :5m 3 2. 2 现场质量控制 (QA/QC 为确保页岩气藏首次压裂施工严格受控, 特制定了一套近乎苛刻的QA/Q C 6 工艺方法。包括 :配液罐清洁情况查验、配液用水质量分析、添加剂材料复核、配 液前实验小样的配制、配液过程中进行质量控制、施工前液体质量检查、施工过程 中液体切换的监控等。 2. 2. 1 配液设备的质量控制 配液前对设备进行检查 (车辆、管线洁净情况 , 要求配液设备工况良好 , 无残 酸、残碱、残菌、铁锈、油污及其他机械杂质, 确认所有阀
12、门操作灵活并无渗漏, 确 认罐上搅拌器是否运转正常, 检查合格后方可使用。 2. 2. 2 入井材料的质量控制 配液用水检测 (数量、外观、机械杂质、pH 值 , 要求配液用水达到注入水标 准。配液前对入井添加剂材料的品名、数量、包装、生产批次进行检查, 要求现场 添加剂材料必须与室内抽样试验的添加剂材料相吻合。对支撑剂同样要进行抽检和 产品取样保存 , 现场核对材料包装信息与实验室检测批号一致等。 2. 2. 3 现场执行状况 , # 49#第 31卷第 4 期 开 发 工 程 压裂液混合期间的质量检测测试; 配液期间专业人员对配液过程进行全程监控, 严格控制配液程序的规范化; 施工期间 ,
13、 严格控制不同液体之间的有序切换。2. 3 现 场作业 2010年 7 9月, 在 Wx 井标准化的作业现场 , 分别对筇竹寺组、龙马溪组页岩气 层成功实施了水力压裂作业(图 1 。作业期间 , 供液流畅有序 , 多种支撑剂的转换有 条不紊 , 压裂车长时间泵注依然保持平稳, 2台仪表车监控与采集正常 , 整个作业流 程严格按照设计运行 , 现场试验取得了圆满成功。 图 1 现场作业全景照片 2. 3. 1 筇竹寺组页岩气层压裂 施工曲线如图 2 所示。注入地层总液量1800. 51m 3 , 支撑剂 16. 7m 3 (26. 55t 。其中 100目石英砂 3. 4m 3(5. 38t ,
14、 4070目陶粒 13. 3m 3(21. 17t 。泵注压力 63. 564. 4M Pa, 施工 排量 6. 4m 3/min, 最高砂浓度 58kg/m 3 , 平均砂浓度 35kg /m 3 (段塞式加砂模式 。 图 2 筇竹寺组页岩气层水力压裂施工曲线图 2. 3. 2 龙马溪组页岩层压裂 施工曲线如图 3 所示。施工泵注压力36. 140MPa, 施工排量 10. 110. 2m 3 /min, 平均砂浓度 115kg /m 3。注入地层总液量2036m 3, 支撑剂 163. 4t 。 图 3 龙马溪组页岩气层水力压裂施工曲线图 3 认识与建议 1 四川盆地页岩气藏压裂施工的成功
15、, 标志着采用大型水力压裂作业技术对页 岩气藏实施增产改造是可行的。通过对Wx 井 2 次作业的先导性试验 , 积累了宝贵 的经验 , 包括施工组织、地面配套、质量控制等, 初步形成了页岩气藏大型水力压裂 作业的配套技术 , 为下一步页岩气藏的水力压裂作业打下了坚实的基础。 2 Wx 井页岩气藏水力压裂先导性试验只是一个开始, 还需要对大型水力压裂整 体配套技术进行优化、完善, 在未来的作业中针对大型水力压裂作业的环保问题也 要引起重视。另外 , 页岩气藏的压裂机理、效果预测、压裂模拟、支撑剂优化铺置 等研究国内还处于初级阶段, 还需要更加深入地开展研究工作。 参 考 文 献 1张金川 , 薛
16、会, 张德明 , 等. 页岩气及其成藏机理 J. 现代地 质, 2003, 17(4 :466. 2刘洪林 , 王莉, 王红岩 , 等. 中国页岩气勘探开发适用技术 探讨J. 油气井测试 , 2009, 18(4 :68-71. 3张金川 , 金之钧 , 袁明生 . 页岩气成藏机理和分布 J.天然 气工业 , 2004, 24(7 :15-18. 4陈尚斌 , 朱炎铭 , 王红岩 , 等. 中国页岩气研究现状与发展 趋势J. 石油学报 , 2010, 31(4 :689-694. 5李其荣 , 杜本强 , 隆辉, 等. 蜀南地区天然气地质特征及勘 探方向 J. 天然气工业 , 2009, 29
17、(10 :21-23. 6JIN L , VEL T RI D, KR AU SE D, et al. L arg e -scale hydraulic fractur ing in a fr ontier ar ea in ChinaCM paper 77680-M S presented at the SPE A nnual T echnical Co nfer ence and Ex-hibitio n, 29September-2O ctober 2002, San Antonio , T ex-as, U SA. N ew Y or k:SPE, 2002. 2011-02-12 编
18、辑 韩晓渝 # 50# 天 然 气 工 业 2011年 4月 Key words:Sichuan Basin, south, shale g as, seismic ex plorat ion, t echnique, pro gr ess, seismic data pro cessing and interpretat ion DOI:10. 3787/j. issn. 1000-0976. 2011. 04. 009 Li Zhirong , pro fessor , bor n in 1965, has long been eng aged in research o f geo ph
19、ysical explo ration and comprehensiv e manag ement. Add:N o. 1, Sec. 1, H uang yang Street, H uang yang T ow n, Cheng du, Sichuan 610213, P. R. China Tel:+86-28- 85762286 E -mail:L izhir_sccnpc. com. cn Logging evaluation of shale gas reservoirs in the southern Sichuan Basin Qi Bao quan 1, 2, Yang X
20、iaobing 1, Zhang Shudong 1, 2, Cao Zhen 1 (1. L ogging Comp any , Chuanqing Dr illing Engineer ing Co. , L td. , CN PC, Chongqing 400021, China; 2. Southw est Petr oleum Univ er sity , Chengd u, Sichuan 610500, China NATUR. GAS IND. VOLUME 31, ISSUE 4, pp. 44-47, 4/25/2011. (ISSN 1000- 0976; In Chin
21、ese Abstract:L og inter pr etatio n of shale gas reserv oir s is still at the initial stag e in China. Shale g as reservo ir s have different log ging re -sponse character istics compared wit h conv entio nal g as r eser vo irs. T herefor e, the influences of o ver lapping baseline selectio n and l-
22、i tho log ical var iatio n should be taken into account w hen shale g as reservo ir s ar e identified by use o f the $logR cr oss plo t (por osity and resistiv ity log s. It is crit ical to recog nize different g eo lo gical features, evaluate t he v alidity of fr act ur es, and analy ze the in -sit
23、u st ress by use of the Fo rmation M icro Imager (F M I. L og inter pr etatio n patter ns fo r shale gas reservo ir s are established by the ac -co rding ly selected r ational log ging items based on pr eliminary pro cessing o f some petro physical par ameters of the shale gas reserv oir s in the W
24、x w ell. T hey are o f gr eat significance to log interpretation and evaluation of shale g as reservo irs in the future. Key words:shale g as, r eser vo ir, fracture, par ameter, log inter pr etation, Sichuan Basin, south DOI:10. 3787/j. issn. 1000-0976. 2011. 04. 010 Qi Baoquan , senior eng ineer,
25、bo rn in 1966, is mainly eng ag ed in log int erpretation and manag ement. Add:Dashiba, Jiangbei Dist rict, Cho ng qing 400021, P. R. China Tel:+86-23-67352039 E -mail:qbq66163. co m A pilot test of large -scale hydraulic fracturing in shale gas reservoir of the southern Sichuan Basin Ye Deng sheng
26、, Yin Congbin, Jiang H ai, Fang Zeben, Li Jianzhong (Dow nhole Ser vices Comp any , Chuanqing Drilling E ngineering Co. , L td. , CN PC, Chengd u, S ichuan 610051, China NATUR. GAS IND. VOLUME 31, ISSUE 4, pp. 48-50, 4/25/2011. (ISSN 1000- 0976; In Chinese Abstract:N at ur al gas resources ar e fo u
27、nd abundant in the Palaeo zo ic shales o f the so ut her n Sichuan Basin. Ho wever , due t o t heir ex-t remely lo w permeability , cost -effect ive commer cial pro duction of shale g as r eser vo irs there w ill be achieved usually by hydraulic fracturing st imulatio n. T herefo re, thr ough a case
28、 st udy o f the first shale g as w ell in this blo ck, a deep inv est igat ion w as made into the character istics o f the r eser vo irs and t he technical difficulties in the st imulatio n of shale g as r eser voirs in the Silurian Lo ng max i and Cambr ian Qiongzhusi fo rmations fr om the aspects
29、of the o pt imizatio n of techno log y, equipment coo rdinat ion, feed flow com plement, high/low pressur e joint, and qua lit y co ntr ol. T hen the integ rated matching technolog ies w ere applied in field o per ations w ith suc -cess. T he results show that lar ge scale hydraulic fracturing is fe
30、asible fo r enhancing the r ecover y o f shale gas r eservo irs. F ur ther -mo re, this pr ovides technical suppo rt fo r cost -effectiv e development and commercial product ion of shale g as reservo ir s. Key words:shale g as, develo pment, pilot test, hydraulic f racturing , southern Sichuan Basin
31、, Silurian, Cambr ian DOI:10. 3787/j. issn. 1000-0976. 2011. 04. 011 Ye Dengsheng , senior eng ineer , bor n in 1965, holds a Ph. D deg ree He is being mainly engag ed in research of fr acturing and acid-i zing, technical ser vices, t echnolog y management and new techno log y development and pr omot ion. Add:N o. 6, Ruifeng L ane, No rth Sec. 4, 2nd Circle R d. , Cheng du, Sichuan 610051, P. R. China Tel:+86- 28-86019198 E -mail:y edsvip. sina. com #126#Na tura l Gas I ndustry , V ol. 31, Issue 4, 2011