淺談頁巖氣水平井分段壓泵優(yōu)化方法

楊兆津 宋銳　賴欣

摘 要：隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，人們的生活水平逐漸提高，而頁巖氣資源的出現(xiàn)有效的緩解了能源供給問題，為能源安全提供了有效的保障。但頁巖氣水平井分段壓裂形成存在復(fù)雜性裂縫量化表征困難以及壓裂優(yōu)化方法不成熟問題，本文就頁巖氣水平井分段壓裂存在的問題進行討論，促使頁巖氣得到更好的開發(fā)。

關(guān)鍵詞：頁巖氣;水平井;分段壓泵;優(yōu)化方法

前言

由于頁巖氣裂縫復(fù)雜且需要的考慮的因素較多，因此頁巖氣水平井壓裂優(yōu)化方法比常規(guī)的油氣井壓裂方法更為復(fù)雜和困難，隨著科學技術(shù)的不斷進步，在采用常規(guī)砂巖水平井分段壓裂設(shè)計方法的基礎(chǔ)上，又融入了新的審計原理，對網(wǎng)絡(luò)裂縫的縫長和多導(dǎo)流能力進行優(yōu)化。

一、復(fù)雜性裂縫量化表征新方法

（一）裂縫復(fù)雜指數(shù)的新定義

在水平井分段壓裂產(chǎn)生裂縫時，假設(shè)其分支裂縫相互平行，且都與水力裂縫垂直，并在水利裂縫范圍中對稱。根據(jù)原有的裂縫復(fù)雜指數(shù)的定義，將分支裂縫的平均長度和水力裂縫長度的比值乘以4就是裂縫復(fù)雜性指數(shù)，此定義認為分支裂縫滲透面積與滲流干擾波是重合的，但實際上分支裂縫的密集程度沒有達到裂縫滲透面積與滲流干擾波的重合程度。因此，針對這一情況又提出了一個新的定義：不同分支裂縫的長度與水力裂縫的長度相除，得到分支裂縫的縫寬，然后分支裂縫的縫寬與水力裂縫長度的比值乘以4，其值即為裂縫復(fù)雜性指數(shù)，表達式為：Fc1=IhI1

（1+If1）（1+Iw）其中：Fc1為裂縫負雜性指數(shù);Ih為縫高的垂直長度;I1為縫長的延伸長度;IF1為縫間干擾因子;Iw為縫寬非平面擴展因子。

（二）分支裂縫滲流面積的確定

頁巖基質(zhì)的滲透性會對滲流區(qū)域有一定的影響，為此，針對這一情況應(yīng)將應(yīng)力干擾區(qū)疊加面積的近似值可以當作分支裂縫滲透波及面積。在計算應(yīng)力干擾區(qū)疊加面積時，首先先計算水力裂縫的誘導(dǎo)應(yīng)力傳播區(qū)域，然后再計算分支裂縫的誘導(dǎo)應(yīng)力傳播區(qū)域，最后將這兩個區(qū)域的面積疊加就是應(yīng)力干擾區(qū)疊加面積。要是水力裂縫的傳播速度比分支裂縫的半縫長，可以用原始水平應(yīng)力差來壓縮水力裂縫的誘導(dǎo)應(yīng)力傳播區(qū)域，但要注意的是，要是分支裂縫的壓力小，且誘導(dǎo)應(yīng)力傳播距離有限，可以不考慮以水平應(yīng)力差為界，直接計算水力裂縫和分支裂縫的滲流干擾波及面積。

（三）分支裂縫的延伸長度的確定

水力裂縫在擴展過程中要是遇到天然裂縫其曲線就會呈現(xiàn)出鋸齒狀波動。出現(xiàn)的壓力波動可以反映出分支裂縫距水平井筒的遠近，壓力波動的幅度可以反映出分支裂縫的長度和寬度。利用壓裂施工曲線可以將分支裂縫延伸的用液量的近似值計算出來，而分支裂縫的排量分配。目前還沒有很好的計算方法，假設(shè)排水量1/10～1/5，且分支裂縫的底部壓力比臨界應(yīng)力強度因子低，則分支裂縫不再延伸，運用同樣的方法，可以計算出第二個分子裂縫的長度和寬度，以此類推，可以將各個裂縫的長度和寬度都計算出來，其裂縫復(fù)雜性指數(shù)也可以按照上述的公式計算出來。

二、頁巖氣水平井分段壓泵優(yōu)化方法

（一）水平層里縫/紋理縫發(fā)育儲層

在壓裂水平層里縫/紋理縫發(fā)育儲層時，水利壓力即使不能全部與水平層里縫/紋理縫溝通，也能在一定程度上對水平層里縫/紋理縫進行溝通。頁巖最重要的特征就是層里縫/紋理縫的存在，要是層里縫/紋理縫呈多層疊置分布，它對水力裂縫的逢高的增長具有抑制的作用。隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，在遇到層里縫/紋理縫時，水力裂縫能很快的溝通并且延伸，但由于受試驗條件的限制，還未發(fā)現(xiàn)水力裂縫穿越第2條層里縫/紋理縫的情況，水力裂縫在穿越第一條層里縫/紋理縫后，就會消耗很大一部分能量，已經(jīng)沒有穿越第二條層里縫/紋理縫的能力，還有一種情況就是，層里縫/紋理縫被溝通后，其能量大部分被延伸的層里縫/紋理縫吸收，層里縫/紋理縫最理想的情況是不同層里縫/紋理縫都能被打開且得到最大程度的延伸，最終形成體積裂縫。為此，在打開第一條層里縫/紋理縫時，其延伸到達預(yù)期的縫長后，再注入高粘度膠液，并提高注入量，讓其能量盡可能的打開第二條層里縫/紋理縫，最后在注入低黏度滑溜水，以此類推，達到所有層里縫/紋理縫都被打開且延神的目的。

（二）天然裂縫發(fā)育儲層

在遇到天然裂縫發(fā)育儲層時，要先判斷該裂縫是張開型的還是潛在型的，其中張開型天然裂縫發(fā)育儲層，可以嘗試粉陶與常規(guī)大粒徑支撐劑混合施工的方法來降低壓裂液的失量，在張開型天然裂縫后，將粉陶與大粒徑支撐劑按照比例進行混合，然后一起注入到裂縫中，因為粉陶的流動阻力小，會先行進入到裂縫中，而大粒徑支撐劑流動阻力大，進入到裂縫中則顯得較為困難，要是天然裂縫的寬度不足，則大粒徑支撐劑就很難進入到其中。潛在型天然裂縫，可以先計算其張開壓力，要是張開壓力過大，裂縫的凈壓力相對較小，則天然裂縫在壓裂施工中是不能張開的，反之，張開壓力過小，天然裂縫在壓裂施工中是張開的，就會造成主裂縫的縫長難以計算出來，針對這一情況，在壓裂的初期就要選擇優(yōu)質(zhì)的施工參數(shù)，以此來控制天然裂縫的張開壓力，在主縫縫長滿足設(shè)計的要求后，在提高主裂縫的凈壓力，讓天然裂縫張開，進而最大限度的達到改造的目的。

（三）提高裂縫復(fù)雜性指數(shù)的技術(shù)措施

要想提高裂縫復(fù)雜性指數(shù)，就要增大天然裂縫的寬度和長度，延伸天然裂縫的主要技術(shù)措施：一降低壓裂液的黏度，讓其盡可能能多的進入到裂縫中，讓天然裂縫得有更好的延伸，然后再通過模型來計算其延伸的長度的寬度;二是控制粉陶加砂機及加量等，但目前還沒有可以模擬的定量。還有一種方法是主裂縫多次轉(zhuǎn)向，其主要技術(shù)措施：主裂縫中的壓力梯度越小，其轉(zhuǎn)向就越大，可以采用低黏度壓裂液來降低裂縫中的壓力梯度，此外，還可以提高主裂縫的凈壓力，除了優(yōu)化壓裂黏度、液量等參數(shù)，還可以采用人工轉(zhuǎn)向技術(shù)，如應(yīng)用縫的縫內(nèi)暫堵劑等。

結(jié)語

頁巖氣資源的出現(xiàn)有效的緩解了能源供給問題，為能源安全提供了有效的保障。但由于頁巖氣裂縫復(fù)雜且需要的考慮的因素較多，因此頁巖氣水平井壓裂優(yōu)化方法比常規(guī)的油氣井壓裂方法更為復(fù)雜和困難，針對這一情況，在常規(guī)砂巖水平井分段壓裂設(shè)計方法的基礎(chǔ)上，又融入了新的審計原理，這為頁巖氣資源的開發(fā)提供了便利的條件。

參考文獻

[1]趙小強.頁巖氣水平井裸眼分段壓裂酸化管柱下入技術(shù)[J].石化技術(shù)，2019，26（06）：89-90.