CN106703778A - 一种页岩气提高裂缝改造体积的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种页岩气提高裂缝改造体积的方法，包括以下步骤：(1)精细分析评价页岩的脆性指数；(2)选择合适数量的簇射孔；(3)每段都进行诱导测试压裂；(4)进行酸预处理；(5)判断页岩原始水平应力差相对于主裂缝净压力的大小，对裂缝进行进一步的处理；(6)根据射孔的簇数及射孔总数情况投球。本发明通过精细分析评价页岩的脆性指数、选择合理射孔参数、水平井每段都进行诱导测试压裂、控制好主裂缝的净压力和加缝内转向剂的方法，能在页岩气井压裂过程中提高网络裂缝或体积裂缝的产生，从而提高裂缝改造体积，最终提高页岩气压裂后裂缝导流能力。

Description

一种页岩气提高裂缝改造体积的方法

技术领域

本发明涉及页岩气在压裂中提高裂缝改造体积的方法。

背景技术

页岩气是近年来潜力巨大的非常规天然气资源，压裂技术是页岩气开发的一项关键的技术，基于页岩气藏的特征，为了确保其开发的经济有效性，必须对其进行体积改造(SRV)，也就是从长、宽、高三维方向对页岩储层进行网络压裂，形成具有有效导流能力的网络裂缝。

目前的页岩气体积压裂技术主要采用多簇射孔及大液量、大排量、低砂液比等方法，至于能否形成真正的三维方向的网络裂缝或体积裂缝，就不得而知了，因目前国内的裂缝监测工作还远远没有跟上，就有限的几口井裂缝监测结果而言，只能看到每段内都有裂缝起裂，起裂后裂缝延伸的长度有一定的差异性。至于每簇是否都有裂缝起裂就无从得知。而且起裂的裂缝至少有一半以上显示是单一裂缝形态，裂缝的复杂性程度很低，距离体积压裂的裂缝复杂性程度的要求相去甚远。

此外，应用裂缝净压力曲线分析及压后G函数叠加导数曲线分析结果也佐证了目前的页岩气压裂技术远未实现预期的网络裂缝或体积裂缝的目标。如彭水海相龙马溪组页岩气的分析结果表明，压后单一裂缝的比例高达50％以上，有一定的裂缝复杂性占比40％左右，真正的体积裂缝占比仅10％左右。即便在开发效果最好的涪陵焦石坝页岩气田，压后分析结果表明，单一裂缝仍占有相当的比例(应在40％左右)，网络裂缝或体积裂缝占比不到20％，剩下的约40％是有一定复杂性的裂缝。因此，目前国内所谓的页岩气体积压裂技术，仍有很大的挖潜空间，有必要发明一种页岩气提高裂缝改造体积的方法，以至少解决上述各种问题的其中之一。

发明内容

为解决页岩气压裂后难以产生网络裂缝或体积裂缝的难题，发明了一种页岩气提高裂缝改造体积的方法，其能够有效解决起裂难、单一裂缝形态，裂缝的复杂性程度低等难题。

为达上述目的，本发明提供一种页岩气提高裂缝改造体积的方法，其包括以下步骤：

(1)精细分析评价页岩的脆性指数；

(2)选择合适数量的簇射孔；

(3)每段都进行诱导测试压裂；

(4)进行酸预处理；

(5)判断页岩原始水平应力差相对于主裂缝净压力的大小，对裂缝进行进一步的处理；

(6)根据射孔的簇数及射孔总数情况投球。

所述的页岩气提高裂缝改造体积的方法，其中，步骤(5)中，在页岩原始水平应力差远小于主裂缝净压力的情况下，需要控制主裂缝的净压力，直至主裂缝长度达到预期的目标缝长。

所述的页岩气提高裂缝改造体积的方法，其中，在天然裂缝是张开型的情况下，以多级滑溜水及胶液交替注入模式，继续沟通天然裂缝系统。

所述的页岩气提高裂缝改造体积的方法，其中，步骤(5)中，在主裂缝净压力远小于页岩原始水平应力差的情况下，在天然裂缝内注入转向剂。

所述的页岩气提高裂缝改造体积的方法，其中，采用支撑剂替代转向剂。

所述的页岩气提高裂缝改造体积的方法，其中，第一次转向采取将70-140目支撑剂与40-70目支撑剂按比例混合的方法；第二次转向采取将70-140目支撑剂与30-50目支撑剂按比例混合的方法；第三次转向采取将40-70目支撑剂与30-50目支撑剂按比例混合的方法。

所述的页岩气提高裂缝改造体积的方法，其中，若步骤(1)中得出的脆性指数在60％以上，在步骤(2)中采取4-8簇的簇射孔；若脆性指数低于60％，采取2-3簇的簇射孔。

所述的页岩气提高裂缝改造体积的方法，其中，在步骤(6)中，按每段的总射孔数的60％设计投球数量。

所述的页岩气提高裂缝改造体积的方法，其中，在步骤(1)中，采用X射线衍射分析法、地球物理测井方法以及页岩岩石力学实验的方法进行综合评价，以获得页岩的脆性指数。

所述的页岩气提高裂缝改造体积的方法，其中，还包括步骤(7)，其为依次重复步骤(1)至步骤(6)，直到将所有段压裂完毕。

本发明的有益效果是：本发明通过精细分析评价页岩的脆性指数、选择合理射孔参数、水平井每段都进行诱导测试压裂、控制好主裂缝的净压力和加缝内转向剂的方法，能在页岩气井压裂过程中提高网络裂缝或体积裂缝的产生，从而提高裂缝改造体积，最终提高页岩气压裂后裂缝导流能力。

具体实施方式

下面将对本发明作进一步说明。

为解决页岩气压裂后难以产生网络裂缝或体积裂缝的难题，本发明提供了一种页岩气提高裂缝改造体积的方法，有效地解决了起裂难、单一裂缝形态，裂缝的复杂性程度低等难题。本发明通过精细分析评价页岩的脆性指数、选择合理射孔参数、水平井每段都进行诱导测试压裂、控制好主裂缝的净压力和加缝内转向剂的方法，有效解决了上述问题。具体步骤如下：

(1)、精细分析评价页岩的脆性指数

页岩的矿物组成主要分为硅酸盐岩类、碳酸盐岩类和黏土类三种。脆性矿物含量是影响页岩基质孔隙和微裂缝发育程度、含气性及压裂改造方式等的重要因素。页岩中黏土矿物含量越低，硅酸盐岩中石英、长石和碳酸盐岩中方解石等脆性矿物含量越高，岩石脆性越强，有利于诱导裂缝的产生，形成网状裂缝，易于实现体积改造，提高页岩气单井产量。而高黏土矿物含量的页岩塑性强，吸收能量，以形成平面裂缝为主，不利于页岩体积改造。

基于页岩矿物的主要特点，可采用本领域技术人员所公知的X射线衍射分析法、地球物理测井方法以及页岩岩石力学实验的方法进行综合评价，从而获得页岩的脆性指数。

当然，用于精细分析评价页岩的脆性指数并不限于以上列举的方法，只要能够实现准确地分析评价页岩的脆性指数即可。

(2)、选择合适数量的簇射孔

压裂管柱是通过其上设置的簇射孔来完成压裂的。根据步骤1中所计算的页岩的脆性指数来确定簇射孔的数量。

如果在步骤1中所计算的脆性指数在60％以上(含60％)，建议采取更多簇射孔，如4-6簇，或6-8簇，但不以此为限。

如果所计算的脆性指数低于60％，建议采取较少的簇射孔，如2-3簇，但不以此为限。

(3)、每段都进行诱导测试压裂

所述诱导测试压裂规模是主压裂规模的10％，可以裂缝净压力为目标函数，用成熟的商业模拟软件Meyer商业软件模拟不同排量、液量及黏度条件下的裂缝净压力的敏感性，从中选取综合的施工参数组合。

(4)、进行酸预处理

诱导测试后，按常规步骤，正常进行酸预处理措施，一般用常规盐酸，用量每段10-20m³，排量1-1.5m³/min。

(5)、判断页岩原始水平应力差相对于主裂缝净压力的大小，对裂缝进行进一步的处理

①如页岩原始水平应力差远小于主裂缝净压力(基于成熟的Meyer商业软件模拟)则要控制好主裂缝的净压力(通过Meyer商业软件模拟调节施工参数组合)，直到主裂缝长度达到预期的目标缝长后，再调节施工参数组合，使主裂缝净压力大幅度提升，从而张开微裂缝系统，实现裂缝复杂性的较大幅度提升。

如天然裂缝是张开型的，则要多级(如3-4次循环)滑溜水及胶液交替注入模式，利用滑溜水的低黏度特性沟通天然裂缝系统，利用胶液的高黏度特性延伸主裂缝，利用低粘滑溜水与胶液的黏度差(一般要求3-5倍)形成的粘滞指进效应，滑溜水呈指状快速推进到胶液的前缘，继续沟通天然裂缝系统。通过多次交替注入模式，实现大范围的主裂缝延伸及与主裂缝全程沟通的分支缝及微裂缝系统，实现裂缝改造体积的大副提升。

其中，页岩原始水平应力差远小于主裂缝净压力，是指二者的压力差在5MPa以上。需要说明的是，如果主裂缝净压力大于原始水平应力差，5MPa以内为佳，可达到比较理想的压裂效果。

②如主裂缝净压力远小于页岩原始水平应力差，则需考虑加缝内转向剂的方法，迫使裂缝发生一次或多次缝内转向。

与以前的转向剂不同，本发明采用支撑剂的组合方法实现缝内转向。第一次转向可采取将70-140目支撑剂与40-70目支撑剂按一定比例混合的方法。第二次转向可采取将70-140目支撑剂与30-50目支撑剂按一定比例混合的方法，第三次转向可采取将40-70目支撑剂与30-50目支撑剂按一定比例混合的方法。总的原则是越靠近缝端的转向，小粒径的应用比例越高些，以防止过快砂堵。

其中，主裂缝净压力远小于页岩原始水平应力差，也是指二者的压力差在5MPa以上。需要说明的是，如果二者的压力差在5MPa以内，可通过Meyer商业软件模拟调节施工参数组合。

(6)、根据射孔的簇数及射孔总数情况，投球

投直径19-22mm的尼龙球或其它能类似的封堵球。一般按每段的总射孔数的60％设计投球数量。投入的球主要在井筒处封堵已压开的射孔簇，或者封堵能进液的孔眼。

可一次投球，也可分多次投球，但多次投球的球数要按比例缩小，如分2次投球，每次可投30％，分3次投球，每次可投20％等。总的原则是尽可能封堵已压开裂缝，同时又避免封堵刚开始起裂的新缝。需要说明的是，投入的球主要在井筒处封堵已压开的射孔簇，或者封堵能进液的孔眼，按照60％的比例投球，剩余40％孔眼则不投球。

投球时机可在顶替液阶段进行，顶替液到位后，封堵球也基本到位。

泵注程序的设计要将原先的注入模式按投球的次数分为相应的模式，如多次的前置液-携砂液-顶替液模式，以与投球后新起裂的裂缝相匹配。

(7)、依次重复(1)-(6)的步骤，直到将所有段压裂完毕。

综上所述，本发明的有益效果是：设计合理、工艺简单、成本低廉、便于操作、压裂施工成功率高、施工效果明显，确保了在页岩气水平井中压裂施工中提高网络裂缝或体积裂缝的数量，在一定程度上提高页岩气压裂效果，获得了更大的经济效益。

相关技术术语的名词解释虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (10)

1.一种页岩气提高裂缝改造体积的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)精细分析评价页岩的脆性指数；

(2)选择合适数量的簇射孔；

(3)每段都进行诱导测试压裂；

(4)进行酸预处理；

(5)判断页岩原始水平应力差相对于主裂缝净压力的大小，对裂缝进行进一步的处理；

(6)根据射孔的簇数及射孔总数情况投球。

2.根据权利要求1所述的页岩气提高裂缝改造体积的方法，其特征在于，步骤(5)中，在页岩原始水平应力差远小于主裂缝净压力的情况下，需要控制主裂缝的净压力，直至主裂缝长度达到预期的目标缝长。

3.根据权利要求2所述的页岩气提高裂缝改造体积的方法，其特征在于，在天然裂缝是张开型的情况下，以多级滑溜水及胶液交替注入模式，继续沟通天然裂缝系统。

4.根据权利要求1所述的页岩气提高裂缝改造体积的方法，其特征在于，步骤(5)中，在主裂缝净压力远小于页岩原始水平应力差的情况下，在天然裂缝内注入转向剂。

5.根据权利要求4所述的页岩气提高裂缝改造体积的方法，其特征在于，采用支撑剂替代转向剂。

6.根据权利要求5所述的页岩气提高裂缝改造体积的方法，其特征在于，第一次转向采取将70-140目支撑剂与40-70目支撑剂按比例混合的方法；第二次转向采取将70-140目支撑剂与30-50目支撑剂按比例混合的方法；第三次转向采取将40-70目支撑剂与30-50目支撑剂按比例混合的方法。

7.根据权利要求1所述的页岩气提高裂缝改造体积的方法，其特征在于，若步骤(1)中得出的脆性指数在60％以上，在步骤(2)中采取4-8簇的簇射孔；若脆性指数低于60％，采取2-3簇的簇射孔。

8.根据权利要求1所述的页岩气提高裂缝改造体积的方法，其特征在于，在步骤(6)中，按每段的总射孔数的60％设计投球数量。

9.根据权利要求1所述的页岩气提高裂缝改造体积的方法，其特征在于，在步骤(1)中，采用X射线衍射分析法、地球物理测井方法以及页岩岩石力学实验的方法进行综合评价，以获得页岩的脆性指数。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的页岩气提高裂缝改造体积的方法，其特征在于，还包括步骤(7)，其为依次重复步骤(1)至步骤(6)，直到将所有段压裂完毕。