一種頁巖氣的壓裂設計方法

李健偉(長城鉆探壓裂公司壓裂酸化技術研究所， 遼寧 盤錦 124107)

一種頁巖氣的壓裂設計方法

李健偉(長城鉆探壓裂公司壓裂酸化技術研究所， 遼寧 盤錦 124107)

本文描述了一種頁巖氣壓裂施工的設計方法，主要包括壓裂甜點優選、優化壓裂段簇及射孔參數、優化壓裂施工參數、優選壓裂材料、優選分段工具等內容。該方法在實踐中提高了頁巖氣儲層改造效果，提高了單井產量，降低了施工成本。

頁巖氣;壓裂設計;設計方法

頁巖氣的勘探開發是一項多學科、多專業、多工種密切配合的系統工程，需要對鉆井、固井、壓裂、試采和生產等工程和現場作業經驗進行系統性、針對性和快速地積累和總結[1]。目前為止，我國實現有效開發的頁巖氣田還很少，由于地質條件、工藝技術都處于探索階段，主要靠大量借鑒國外的工程作業經驗，存在著壓裂改造效果不理想、開發成本高等問題。因此，要想實現頁巖氣的經濟有效開發，推動我國頁巖氣勘探開發進程，研究和探索適用于頁巖氣的壓裂設計方法，具有重大而深遠的現實意義。

1 頁巖氣壓裂改造需要解決的問題

調查研究表明，我國頁巖氣壓裂改造中主要存在以下幾點問題。①壓裂改造效果不理想；②工藝技術處于探索階段，開發效率低，成本高；③作業設計依賴區域地質信息經驗，忽視單井地質參數的變化；④只關注工程作業是否成功，缺乏有效的完井后評估[2]。

2 頁巖氣壓裂改造的設計方法

2.1 優選壓裂甜點

頁巖氣水平井壓裂甜點優選主要以水平段巖性特征、巖石礦物組成、油氣顯示、電性特征為基礎，結合巖石力學參數、三向應力狀態、破裂壓力剖面、固井質量進行優選。射孔簇需避開套管接箍位置，對于同一段內的各簇要選擇物性相當、巖性變化小的層段。

2.2 優化壓裂段簇及射孔參數

(1)優化簇間距。簇間距的優化，可以從油藏模擬和誘導應力場計算兩方面著手來實現。油藏模擬采用等效導流能力和多重網格加密的方法建立裂縫網絡模型，模擬不同簇間距下的壓后日產和累產。誘導應力場計算是在合理的簇間距下，兩個誘導應力差值大于原場水平主應力差值時，應力反轉，迫使裂縫轉向，有利于縫網形成。儲層原始水平主應力差值越大，段內各簇裂縫產生裂縫干擾所需縫內凈壓力越大。

(2)優化單段簇數。利用簇間距優化油藏模擬模型，模擬單段不同簇數下累產情況進行對比，結果表明，累計產量隨簇數增加而增大，且隨簇數增加增幅減小。結合模擬結果，綜合考慮單段簇數保持在3-4簇為宜。

(3)優化射孔參數。依據錄井氣測、TOC含量、天然裂縫發育、地應力部位、破裂壓裂差異情況、彈性模量、泊松比、孔隙度、固井質量等因素，優選儲層品質和完井品質有效結合的射孔位置，對單段簇數、簇長、射孔孔眼密度、孔徑、射孔相位角、穿深等主要射孔參數進行優化。

2.3 優化壓裂施工參數

(1)優選加砂模式。通過壓裂模擬軟件對相同加砂量、不同加砂模式下裂縫參數對比可得出前段塞+后連續式加砂既能保證裂縫導流能力，又能大大增加儲層改造體積。

(2)優化施工規模。施工規模設計主要考慮用液量和加砂規模對裂縫半長、改造體積等參數的影響。為了確保改造效果，應結合水平段穿行軌跡，考慮各層段氣測顯示及儲層物性、巖性情況，施工限壓影響等，對單段施工規模設計優化。

(3)設計施工排量。一般，排量越高縫網越復雜，越有利于頁巖氣體積改造，所以頁巖氣壓裂施工排量的優化主要是進行不同排量下的井口壓力預測，在管柱及設備的承壓范圍內可以實現的排量作為施工排量。

(4)設計泵注程序。根據鉆遇小層、礦物含量、脆性指數等參數對各層段進行分類，進行差異化設計。

(5)設計壓后返排。不同巖石脆性的地層，對壓后返排的時機及返排制度優化的要求也不同。應用吸附氣模型的氣藏數值模型結合井筒流動模型，模擬壓后返排過程中的氣液兩相流，根據模擬結果設計最短的排液周期或出現峰值氣量時對應的返排時機及排液制度。

(6)壓后評估研究。①利用壓裂施工資料對遠井儲層信息進行反演研究，由此修正后續氣井的壓裂設計;②對裂縫的形態及幾何尺寸進行評估，尤其是裂縫的形態;③對壓后產氣動態與各種參數的敏感性進行分析，據此對后續氣井的裂縫參數和壓裂施工參數進行優化。

2.4 優選壓裂材料

(1)酸液。現場壓裂酸濃度15%配方較12%配方溶蝕率高，接近20%配方溶蝕率。15%配方與20%配方酸巖反應三維掃描刻蝕形態相似，但成本較低。因此，15%酸配方濃度前期泵注更適宜。

(2)壓裂液。頁巖氣縫網壓裂施工規模大，施工技術難點多，要求壓裂液具有低粘度、低摩阻、耐鹽性能強、低傷害、低成本、環境友好、可連續混配等相關性能。因此，選取滑溜水壓裂液做為頁巖氣的主體壓裂液施工。

(3)支撐劑。頁巖壓裂形成的裂縫寬度較小，特別是支縫和微縫系統，且對導流能力要求低，多采用小粒徑支撐劑。主裂縫是復雜縫網與井筒連接的主要通道，不同級別裂縫間導流合理銜接可以進一步提高壓裂效果；滑溜水攜砂性能較差，為提高支撐劑運移距離以及鋪置效果，優先考慮低密度支撐劑。

2.5 優選分段工具

根據頁巖氣儲層改造需要和國內外頁巖氣開發實踐采用橋塞+射孔連作分段壓裂技術。

3 結語

針對頁巖氣地區廣泛發育海相頁巖沉積的特點，圍繞完井品質要求，探索出適應頁巖氣壓裂改造的設計方法，并在四川威遠和黃金壩地區進行了現場應用，取得了良好的實施效果。解決了壓裂施工成本高、效率低、獲取油氣難等一系列問題。

[1]吳奇，梁興，鮮成鋼，李峋.地質-工程一體化高效開發中國南方海相頁巖氣[J].中國石油勘探，2017,20(4)：1-23.

[2]曾義金.頁巖氣開發的地質與工程一體化技術[J].石油鉆探技術，2014,42(1)∶1-6.