渝东南地区常压页岩气开发技术研究与应用

基础应用

是

张烨、陆朝晖、张健强、潘林华、贺培、张义、余华文

页岩气钻探理论与储层改造技术

主要技术内容：

（1）针对页岩储层钻井井壁稳定性问题，构建了考虑地层产状、地层力学性质的各向异性、泥浆及其滤液沿层理面渗流、井眼轨迹等因素的影响井壁稳定性分析计算模型并进行了推导，明确了天然裂缝、地应力、渗透率和天然裂缝等对井壁稳定的影响，以此为依据，进行页岩储层防坍塌钻井液体系的研究与优选。该技术在彭水和黔江等常压页岩储层进行了应用，提升了钻井过程的井壁稳定性，大大降低了钻井周期，水平井单井钻井成本最大降低0.15亿元，累计节约成本近0.7亿元。

（2）基于页岩储层可压裂性问题，进行脆性指数模型的构建，形成了一种考虑页岩各个阶段力学性能、利用应力-应变曲线和超声波速度的页岩脆性系数评价方法，提高了岩石脆性评价的准确性和合理性。基于各向异性、脆性系数、应力敏感系数、天然裂缝发育程度等压裂裂缝展布的主要影响因素，从实验方法、测试装置及综合评价方法三方面，研究形成了1 套页岩多参数可压裂性评价体系。

（3）针对页岩复杂裂缝扩展研究难点问题，设计和研发了页岩复杂裂缝扩展模拟实验系统，可进行压裂改造和压后渗透率同步测试；考虑页岩储层剪切滑移作用，研发了构建了考虑三轴应力和流体压力的剪切和摩擦系数测试系统，可进行三轴应力和孔隙压力作用下的页岩剪切和摩擦滑移规律研究。构建了页岩储层复杂裂缝扩展数值模拟，研究了天然裂缝、水平主应力差、储层物性等对复杂裂缝扩展的影响。为提高渝东南常压页岩气储层开采效果，并降低压裂成本，在裂缝扩展、压裂液作用机理等研究成果基础上，从分段方案、射孔方案、施工参数、压裂材料等方面进行了优化研究与应用对比，有效提高了单井产量，形成了适合渝南常压页岩储层的压裂优化技术，实现精细化分段及射孔压裂参数优化。实现了彭水区块常压页岩气产量的重大突破，单井日产量达到6万立方米，落实彭水区块页岩气资源量超过5000亿立方米。目前各井累计产气3300万立方米，累计销售气量1280万立方米，实现产值约0.25亿元。

（4）页岩复杂裂缝扩展过程中，支撑剂在复杂裂缝中存在分流现象，基于页岩复杂裂缝支撑剂运移与展布问题，构建了页岩复杂裂缝支撑剂运移与展布评价实验系统和水平井分簇压裂支撑剂分流评价系统，实验仪器能够考虑复杂裂缝，仪器尺度大。利用实验系统进行了支撑剂运移与展布评价模拟，明确了次级裂缝角度、天然裂缝宽度、施工流量、支撑剂参数等对支撑剂运移与展布的影响，利用实验测试结果，构建了支撑剂在复杂裂缝总的分流规律预测多因素模型。

（5）利用脉冲式液体泵注的水锤效应，提出了页岩脉冲水力压裂工艺技术，针对脉冲水力压裂进行了实验测试方法的研究，形成了脉冲水力压裂裂缝扩展模拟系统，利用有限元数值模拟方法，构建了脉冲水力压裂裂缝扩展数值模型，研究了储层物性、脉冲参数等对裂缝展布的影响，明确了脉冲水力压裂的增渗机理及其影响因素。

科技创新点：

（1）首次构建了考虑全应力-应变曲线的脆性指数评价方法和考虑各向异性、脆性系数、应力敏感系数、天然裂缝发育程度的可压裂性综合评价方法。

（2）基于有限元数值模拟方法，构建了高精度页岩复杂裂缝扩展全三维数学模型，形成了以精细化分段分簇和施工参数优化为主的常压页岩储层压裂优化技术。

（3）创新性研发了创新性研发了1套页岩复杂裂缝支撑剂运移与展布评价实验装置和水平井多段分簇压裂支撑剂分流评价模拟装置。

（4）首次提出了脉冲水力压裂工艺方法，明确了脉冲水力压裂增渗机理。

科技创新贡献：

成果在彭水、黔江等区块近20口井进行了钻井、压裂等技术的推广应用。钻井累计进尺超过6万米，降低钻井周期200天，优质页岩段钻遇率提升到100%，水平井单井钻井成本最大降低0.15亿元，累计节约成本近0.7亿元；压裂施工成功率100%，累计节约压裂成本近0.7亿元；各项累计节约成本近1.4亿元。

通过技术集成，实现了彭水区块常压页岩气产量的重大突破，单井日产量达到6万立方米，落实彭水区块页岩气资源量超过5000亿立方米。目前各井累计产气3300万立方米，累计销售气量1280万立方米，实现产值约0.25亿元，通过就地利用解决了当地天然气紧张局面。

成果佐证清单

序号

成果类型

成果名称

完成人

刊物、出版社或

授权单位名称

年、卷、期、页或专利号

1

重庆市科技进步二等奖

渝东南地区常压页岩气开发技术研究与应用

张烨、陆朝晖

重庆市人民政府

2017.12

2

发明专利权

水平井两井同步或异步多段分簇压裂室内实验井筒装置及方法

潘林华、张烨、程礼军、陆朝晖、邓智、张健强、余华文

国家专利局

2017.06.13

3

发明专利权

一种模拟页岩复杂裂缝铺砂的装置和方法

李少荣、陆朝晖、贺培、程礼军、张健强、潘林华、张义

国家专利局

2017.06.09

4

发明专利权

基于岩石应力‑应变曲线和超声波纵波速度的页岩脆性指数测定方法

潘林华、程礼军、张烨、陆朝晖、贺培、张义

国家专利局

2017.10.10

5

发明专利权

一种井下水力脉冲分段压裂增渗装置及方法

陆朝晖、潘林华、张烨、邓智、贺培、陶洪华、 蒙春

国家专利局

2017.07.18

6

发明专利权

一种阻断式水力脉冲生成装置及方法

潘林华、程礼军、张烨、陆朝晖、贺培、黄帅、张义、蒙春

国家专利局

2017.10.27

7

论文

页岩储层体积压裂裂缝扩展机制研究

潘林华、程礼军、张士诚

岩土力学

2015，36（1）：205-211

8

论文

页岩水平井多段分簇压裂起裂压力数值模拟

潘林华、程礼军、张烨

岩土力学

2015，36（12）：3639-3645

9

论文

页岩水力压裂裂缝扩展规律实验研究

张烨、潘林华、 周彤

科学技术与工程

2015，15（5）：11-16

10

论文

龙马溪组页岩应力敏感性实验评价

张烨、潘林华、 周彤

科学技术与工程

2015，15（8）：37-41

11

论文

页岩储层复杂裂缝扩展研究

潘林华、张烨、陆朝晖

断块油气藏

2016，23（1）：90-94

12

论文

基于高压脉动水力压裂的脉动波传播机理研究

贺培、熊继有、陆朝晖、潘林华、秦大伟

水动力学研究与进展A辑

2016，31（6）：117-123