我国火山岩油气藏压裂技术研究进展-.pdf

第 3 0卷第 2期 OI L AND GAS F I EL D DE VEL OP ME NT 我国火山岩油气藏压裂技术研究进展 郭洋杨胜来 中国石油大学 北京 ， 北京1 0 2 2 4 9 油 与田开发 摘 要 我 国对火 山岩油气藏 的投入 开发 较少 ， 整体研 究程度较低 。为加 快对火 山岩储层 的研究 ， 探 索 有效 的开发方式 ， 对近年来火 山岩储 层的压 裂技术进行 了总结 。报 告 了新型压裂液 、 压 裂诊断监测 和压裂控制技术 三方面 的研 究现状 ， 分析其存 在 问题 ， 对 比各项 技术 的优 缺 点和适 用性 ， 展 望其未 来发展趋势。 提 出我国火山岩压裂技术需加强的方面 研制清洁压裂液， 提高压裂监测技术， 建立完 善的压 裂理论模型 ， 编制切实有效 的压裂预 测软件， 积累丰 富的压裂施工经验。 关 键词 火 山岩储 层 ； 压裂液 ； 监测 ； 控制 ； 技术进展 文 献标 识码 A 文章 编 号 1 0 0 6 5 5 3 9 2 0 1 2 0 2 0 0 4 9 0 3 0前言 火山岩储集 层作 为一种 特殊的油气储 集层类型 越来越受到关注口 ] 。我国先后在克拉玛依、 四川 、 渤海 湾 、 辽河和松辽等盆地 中发现火 山岩气藏 。该类储层 埋藏深 ， 温度高 ， 岩性复杂 ， 岩石坚硬 ， 基质致密 ， 存在 大量 微裂缝 和孔洞 ， 自然产能低 ， 必须通过有效 的增 产改造技术才能使其具有工业开采价值 ] 。总结我国 近年来火山岩储层在压裂过程中采取的措施 ， 对存在 的问题进行分析 ， 为将来的开发提出建议。 1新型压裂液 根据火 山岩深气层 的地质 特点和压裂 工艺的总 体需要 ， 压裂液体系必须具备以下性能要求 a 良好的流变性能 ； b 延迟交联性 ； c 良好的返排性能 ； d 低滤失性能 ； e 低摩阻性能。 1 ． 1 交联 酸 携砂压 裂 针对新疆 油田石炭 系深层 火山岩油藏重复酸化 效果变差 ， 研 制了由稠化剂 、 交联剂 、 交联延迟剂 、 破 胶剂等组成的新型耐高温交联酸体系 C Y Y 一 1 2 0 。 该体 系是 由丙烯酰胺等单体共聚的高分子聚合物 ， 易溶于 水和盐酸水溶液， 具有抗高温、 抗盐性能。交联酸携砂压 裂成功应用于石西油田 S H1 1 3 2和井玛东 3井[ 3 ] ， 证实 其对深层火山岩气藏的有效性。 1 ． 2 超高温压裂液 大庆徐家 围子深层火山岩储气层 ， 最高温度超过 1 7 0 C， 最大厚度超过 1 2 0 IT I 。采用国产羟丙基瓜尔胶 作稠化剂 ， 有机硼、 有机钛复配体系作交联剂 ， 过硫酸 盐作破胶剂配制压裂液 。 2 0 0 2 ～ 2 0 0 5年 ， 该液体系在徐 家 围子地 区 1 2口深气井 2 4层进行压裂施工 ， 施工工 收稿 日期 2 0 1 1 -1 1 0 3 基 金项 目 国家 自然科 学基金项 目“ 超深层油气藏岩石物性垂向分布规律及 渗流特 征研究 ” 5 0 8 7 4 1 1 4 。 作 者简 介 郭洋 1 9 8 6 一 ， 女 ， 黑龙江宾县人 ， 硕士研究 生 ， 从事油气 田开发研究 。 4 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 5 0 天 熟 与 与 石 油 N A T UR AL GA S AN D O1 L 2 01 2年 4月 艺成功率 1 0 0％， 单层最大规模加 陶粒 1 0 0 11 3 。 ， 取得了 良好的现场应用效果 ， 大幅度提高了单井产能 。 针对松辽盆地南部深层火山岩气井埋藏深温度高 的情况 ，合成了新型羧甲基胍胶超高温压裂液体系。 2 0 0 8年 ，该压裂 液体系应用在 长深 5井 2 4 1号层 5 储层埋藏深 5 2 0 0 m， 温度 1 8 3 ℃ ， 压 裂施工取得成 功且增 产 效果好 。 1 ． 3高温低 浓度 低伤 害压 裂 液 长岭火 山岩气藏不仅埋 藏深 ， 地温高 ， 而且粘土 矿物含量高 ， 易膨胀 。因此 ， 通过实验优选 出稠化剂 、 有机硼延缓交联剂 、 有机 防膨剂 、 表活剂和螯合剂配 制 出新 的压裂液 ， 并采用胶囊分段破胶技术降低压裂 液浓缩伤害。室内评价其对岩心渗透率伤害率小于 l 5％， 其摩阻系数可降至清水的 6 0％， 在长岭火 山岩 气藏 S N1 1 6 井现成应用取得良好效果哺 ] 。 1 ． 4 高 防膨低 伤 害乳 化压 裂液 因吐哈油 田三塘湖盆地火山岩地层水敏性强 ， 故 采用乳化压裂液。通过油相的乳化形成油水两相降低 滤失 ， 同时大大减少水相 的用量 ， 起到较好的防膨作 用 。研究表 明， 油相 水相 1 1的乳化压裂液体系防膨 效率可达 7 6 ． 1 5％， 较水基压裂液提高 5 0 ． 0％， 滤失系 数降低 6 0 ． 0％～ 7 0 ． 0 ％【 。 同时 ，为解决压裂液在 4 0 ℃以下破 胶困难 的难 题 ， 现场采用胶囊和 A P S双元破胶技术 ， 应用效果 良 好 2 压 裂诊 断监测技术 火山岩气藏储层结构复杂 ， 天然裂缝 、 孔洞发育 和人工裂缝变化极其复杂 ，理论计算无法准确预测 ， 故采用实时监测技术研究裂缝形态和扩展规律 ， 指导 压裂参数优化设计 J 。 2 ． 1 压 裂诊 断及 控 制技 术 针对火山岩储集层压裂成功率低的难题 ， 谈光敏 建立了地层压降 曲线分析模 型及测试压裂诊断解释 图版 ， 并 阐述 了导致缝内低净压 、 近井高摩 阻、 高停泵 压力梯度 、 高滤失和无特征砂堵等疑难问题的机理和 原 因， 形成了相应的 5种不 同类型储集层 的诊断评价 标 准 和控 制处 理技 术 。 2 ． 2裂缝性火山岩压裂诊断研究与应用 针对裂缝性火山岩压裂 中出现 “ 三高 ” 高滤失 、 高停泵压力梯度 以及近井 高摩 阻 等疑难 问题 ， 以大 庆徐家围子深部火山岩储气层为例 ， 在国内首次运用 测试压裂解释技术 ， 评价了火山岩储气层 的定量特征 参数 ， 奠定了裂缝性火山岩储气层压裂控制措施研究 与 应用 的基 础 l 1 j 。该 技 术 先 校核 系统 摩 阻 ， 然后 利 用 Me y e r 和 C a s t i l l o 小 型 压裂 解 释模 型对 裂缝 参数 评 估 ， 得到诊断火山岩压裂施工评价参数标准 。 2 ． 3井下微 地震探 测 裂缝 技术 美国 P i n n a c l e 公司的井下微地震裂缝检测技术 ， 是 目前判断裂缝缝长最准确的方法之一 ， 原理见图1 l 1 。 该技 术 在 国 内有 应 用 ，但 在 火 山岩 油 藏 的应 用 还 较 少。在牛东 1 0 3井和牛东 8 4 1井分别进行裂缝监测。 压裂井 监测 爿 压 裂 缝 ll 检 波 { 。 ／i 图 1 井 下 微地 震 裂 缝 监 测 示 意 图 3压裂控制技术 3 ． 1 裂 缝的破 裂 和扩展 控 制技 术 为保证加砂压裂施工的顺利完成 ， 必须形成一条 足够宽度与长度 的主裂缝 ，才能大幅度提高产能I t 3 [ 。 但是 ， 在火 山岩 中存在着大量 的微裂缝 ， 必须 控制 裂 缝的延伸才能形成主裂缝。 三塘湖火山岩油藏压裂改造 面临高应力 、高滤 失 、 高缝 内扭曲 、 难控缝等技术难题。崔彦立等提出并 实施 了火山岩劈裂法和全程加砂法 ，该技 术效益 显 著 ， 对国内同类油藏有借鉴作用 。 3 ． 1 ． 1 劈裂 法 压 裂 液 以大 于岩 体 滤失 速度 和破 裂 速度 的 大排 量瞬间从孔眼高压喷射注入岩体。当注入液净压力克 服岩体的初始应力 、 流体压力和抗拉强度 ， 在岩体 中 发生水力劈裂作用并形成新裂缝 ， 保持注入压力和液 量来提高压裂液扩散距离和穿透深度 ， 并通过输入支 撑剂保持裂缝 张开隅 ] 。 3 ． 1 ． 2 全程 加砂 充填 法 压裂液 以低于岩体破裂压力 、 大于裂隙张开压力 的压力注人。在注入全过程使用陶粒 砂 以保障人工 主裂缝的延伸和支撑。 3 ． 1 _ 3 “ 千层饼” 和“ 仙人掌” 型地层处理法 刘合等针对 “ 千层饼” 型地层 ， 采取措施保证只开 启 3条以内的主裂缝 ，并使其正常延伸 ；钊‘ 对“ 仙人 掌” 型地层 ， 在尽量减少“ 小掌” 数量的同时， 控制 裂 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 液 的滤失是关键 ， 防止因“ 小掌” 过液不过砂导致裂缝 内局部砂浓度过高而造成砂桥导致施工失败 _ 】 钔 。 3 ． 1 ． 4 综合 处 理法 大庆探 区深层火山岩储 集层孔 洞一 裂缝 发育 ， 施 工 中存在多条裂缝同时破裂延伸的特点 ， 导致施工易 早期砂堵 、 压裂成功率低 、 改造规模小 、 增产效果差 。 张 国亮等通过理论与现场实践结合 ， 形成了以胶塞处 理近井高摩阻、粉砂封堵天然裂缝以及调整前置液 比 例 、 多段粉砂段塞注人为主的综合处理措施 ， 使火山岩 气藏压裂成功率 由 3 6 ． 0％提高到 9 0 ． 0％以上n 引 ， 提高 了火 山岩气藏的压裂增产效果。 3 ． 2降滤措施 常规砂岩裂缝形成过程中压裂液的滤失速度基本 不变 ，但在火山岩压裂施工中的压裂液的滤失速度变 化较大， 滤失速度随时间呈指数上升或梯度上升。 火山岩储层滤失主要发生在微裂缝 ， 根据石油天 然气行业标准 S Y ／ T 6 2 1 5 2 1 9 9 6 ， 将降滤失剂分为液态 和固态两类。 3 ． 2 ． 1 柴 油乳 化 柴油降滤失 的主要作用 机理是将柴油加入压裂 液 中 ， 与液体 中的乳化物质形成稳 定的乳化液 ， 在裂 缝延伸 过程 中 ， 乳化液 以整体进 入缝 隙 ， 堵塞喉道从 而减小液体滤失。温度不 同， 混入的柴油 比例也要调 整 。 3 ． 2 ． 2 0 ． 0 9 0 ～ 0 ． 2 2 4 m m粉陶或细陶 粉陶或粉砂 能在开启 的微 裂缝 中形 成堵 塞起到 降滤的作用 ， 在裂缝 闭合后支撑微裂缝。 3 ． 2 ． 3 二 元组 合 在火山岩储层 中 ， 微裂缝宽度不 同， 使用混合 的 支撑 剂颗粒进行组合充填 ，大体积单元颗粒用于架 桥 ， 小颗粒单元进行滤失控制。 4 结论 a 针对火山岩多微裂缝且高滤失 、 低孑 L 、 低渗等 特点 ， 研制新型的压裂液 ， 既满足制造裂缝 的要求 ， 又 减少其对储层 的污染。 b 火 山岩储层裂缝起裂和延伸规律研究 ， 是压裂 设计 的关键 ，故压裂实时监测技术有很大的发展空 间 。 c 需建立可反应火 山岩破裂过程的力 学数学模 型， 以便为压裂优化程序的编制提供理论依据。 第 3 O卷第 2期 OI L A N D GA S F I E L D DE V E L OP ME N T 油号田R 发 d 通过优化压裂参数 、 裂缝 高度控制技术 、 综合 降滤失技术 ， 优化支撑剖面和注入程序 ， 达到水 力裂 缝形态和导流能力最优化。 e 不断积累火山岩储 层压裂经验 ， 分析 总结 ， 提 高压裂技术 的水平与适应性 。 参考文献 [ 1 ]秦建英 ， 张 莉 ， 徐 小兵． 火 山岩地 区管道施工技 术[ J ] ． 天 然 气与 石 油 ， 2 0 0 9， 2 7 5 2 1 2 4 ． [ 2 ]张显 忠 ， 冯程 滨 ， 谢 建华 ， 等 ． 深层致 密气层 增产 工艺技 术 [ A] ． 大庆油 田发现 4 O年论 文集[ c] ． 北 京 石 油工业 出版 社 ． 1 9 9 9 7 9 8 2 ． [ 3 ]王斌 ， 张健强 ， 郎建军， 等． 新疆 油田石炭 系油藏 交联 酸携 砂 压裂技 术应用[ J ] ． 钻 采工艺， 2 0 1 0 ， 3 3 6 5 6 6 0 ． [ 4 ]张浩， 谢 朝阳 ， 韩松 ， 等． 火 山岩深 气层压裂液体 系研 究 与应用U] ． 油田化学， 2 0 0 5 ， 2 2 4 3 1 0 3 1 2 ． [ 5 ]张应安 ， 刘光玉 ， 周 学平 ， 等． 新型羧 甲基胍胶超 高温压裂 液 在松辽南部深层火山岩 气井的应用 【 J ] ． 中国石油勘探 ， 2 0 0 9， 4 1 5 7 0 -7 3 ． [ 6 ]陈 波， 曾雨辰 ． 长岭 火山岩 气藏 高温低浓度低伤 害压裂液 研 究[ 7 ] ． 天然气勘探 与开发 ， 2 0 0 9 ， 3 2 1 5 7 6 1 ． [ 7 ]陈作 ， 庄维礼 ， 杜 长虹 ， 等． 火山岩储 层低伤 害压裂技术及 其应用[ T ] ． 天然气工业 ， 2 0 0 9 ， 2 9 9 9 1 9 3 ． [ 8 ]崔彦 立， 石 磊 ， 钱继贺 ， 等． 三塘湖火 山岩油藏压裂技 术的 研 究与应用[ I ] ． 油气井测试 ， 2 0 1 0 ， 1 9 4 1 0 1 3 ． [ 9 ]张佩 玉， 刘建伟 ， 滕强 ， 等． 牛 东火山岩油藏压裂技术研 究 与应用【 T ] ． 石油化工应 用， 2 0 1 0 ， 2 9 8 1 1 1 5 ． [ 1 0 ] 谈光敏． 火山岩气藏测试压裂诊断及控制技术【 J ] ． 断块油 气 田 ， 2 0 0 9， 1 6 3 9 9 1 0 1 ． [ 1 1 ] 张永平， 张士诚 ， 卫 秀芬． 裂缝性火山岩储 气层测试压裂诊 断特征参数研究与应用 U] ． 大庆石油地质与开发 ， 2 0 0 8 ， 2 7 2 9 1 9 3 ． [ 1 2 ] 王树 军， 刘 建伟 ， 高浩宏 ， 等． 井下微 地震裂缝检 测技 术在 火山岩压 裂中的应 用[ J ] ． 吐哈 油气， 2 0 1 1 ， 1 6 1 2 4 2 6 ． [ 1 3 ] 郭 洋，杨 胜来． 煤层气压裂和排 采技 术应 用现状与进展 [ I ] ． 天然气与石油， 2 0 1 1 ， 2 9 4 6 2 6 4 ． [ 1 4 ] 刘 合 ， 闫建文 ， 冯程 滨， 等． 松辽盆地 深层 火山岩 气藏压 裂新技术U] ． 大庆石油地质与开发， 2 0 0 3 ， 2 3 4 3 5 3 7 ． [ 1 5 ] 张国亮 ， 兰中孝 ， 刘 鹏． 大庆探 区深层火 山岩 气藏压裂施 工控制 [ J ] ． 石油勘探 与开发 ， 2 0 0 9 ， 3 6 4 5 2 9 5 3 4 ． [ 1 6 ] 孙 良田， 宋和 平 ， 王培 义 ， 等． 松 南火山岩储层压 裂降滤技 术U] ． 西安石油大学学报 ， 2 0 1 0 ， 2 5 6 3 2 3 4 ． 51 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m