《致密气藏加砂压裂实验评价技术与应用》集成梳理了致密气藏加砂压裂实验评价类型、实验原理、实验设备、实验评价参数、实验测试及数据处理方法,详细介绍了岩石力学、地应力、脆性指数、加砂压裂材料、大尺寸真三轴水力压裂裂缝起裂与扩展、支撑剂缝内铺置特征、裂缝导流能力等实验评价技术,并以致密砂岩气藏和页岩气藏为例,阐述了致密气藏加砂压裂实验评价结果在裂缝起裂及扩展研究、加砂压裂入井材料优选、施工排量和施工规模优化、压裂工艺措施选择等方面的应用。
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作为世界上重要的非常规天然气资源,致密砂岩气及页岩气分布广泛、资源规模巨大。随着勘探开发的深入和技术的进步,两者也成为全球天然气产量的主要增长点。
在中国,非常规天然气已成为天然气增储上产的重要资源,据自然资源部2018年资料,致密砂岩气可采资源量为12×10(12)m3,页岩气可采资源量为21.8×10(12)m3。早在20世纪60年代,中国就开始了致密砂岩的勘探开发,随着致密气藏加砂压裂技术的进步,先后发现了四川盆地须家河组、鄂尔多斯盆地苏里格以及塔里木三个致密砂岩大气区,其中鄂尔多斯盆地的苏里格致密气田已成为中国最大的天然气田,2019年产气量达254.5×10(8)m3。在页岩气开发方面,早在1966年,中国第一口页岩气井——四川盆地威远5井,在古生界寒武系筇竹寺组海相页岩中获得了日产气2.46×10(4)m3,但由于技术不足,未规模开发。随着技术的进步,中国从2005年开始掀起了页岩气的勘探开发热潮,现已建立了长宁一威远、云南昭通等多个国家级页岩气工业化开发先导性示范区,2019年,中国石油西南油气田川南地区页岩气年产能已达100×10(8)m3。
致密砂岩储层具有低孔隙度、低渗透率,黏土矿物含量较高、种类较多,储层敏感性较强,自然产能极低的特征,需要通过加砂压裂提高气井产量,同时加砂压裂面临水锁伤害严重、主缝延伸困难、压裂液效率低、确定最优支撑缝长和导流能力难度大等问题。页岩储层具有孔隙度、渗透率极低,岩石脆性强,天然裂缝发育等特征,必须依靠加砂压裂形成复杂的裂缝,扩大储层改造体积从而实现对资源的有效动用,加砂压裂也面临裂缝复杂程度受限、滑溜水携砂能力不足、大量返排液的回收与处理难度大等问题。以上这些问题,对加砂压裂技术提出了更高的要求,同时,致密气藏加砂压裂技术的不断进步和完善,也显著地提高了致密砂岩气和页岩气的勘探开发效果。
致密气藏加砂压裂储层改造实验评价是加砂压裂工艺设计、施工参数、施工规模、人井材料选择的重要依据。中国石油西南油气田分公司工程技术研究院具备在高温(最高200℃)、高压(最高200MPa)条件下开展压裂机理、工艺模拟及优化、入井材料评价等方面的实验评价能力。通过多年的技术攻关和实践,形成了岩石力学、地应力、脆性指数、断裂韧性、储层可压性、储层敏感性、压裂液、支撑剂、暂堵转向材料、返排液水质分析及重复利用、大尺寸真三轴水力压裂裂缝起裂与扩展、支撑剂缝内铺置特征、裂缝导流能力等方面的实验评价技术。上述技术在四川盆地川中须家河储层和四川盆地长宁龙马溪组储层中加砂压裂实验评价技术的应用,有效地提高了致密气藏加砂压裂施工参数设计的针对性和经济性,现场应用取得了较好的效果,提高了气藏的勘探开发质量和效益。
第一章 致密气藏加砂压裂实验评价技术发展
第一节 致密气藏加砂压裂发展历程及技术进展
第二节 致密气藏加砂压裂实验评价技术进展
第二章 致密气藏加砂压裂实验评价方法及分类
第一节 实验评价方法分类
第二节 实验评价设备及材料
第三节 实验评价参数选择
第四节 实验评价依据
第三章 储层物性特征实验评价技术
第一节 岩石矿物成分
第二节 储层微观结构
第三节 储层物性参数
第四章 岩石力学及地应力实验评价技术
第一节 岩石力学
第二节 地应力
第三节 脆性指数
第四节 断裂韧性
第五节 储层可压性评价
第五章 储层敏感性实验评价技术
第一节 储层敏感性流动实验评价
第二节 储层敏感性非流动实验评价
第六章 加砂压裂材料性能实验评价技术
第一节 压裂液类型及性能评价
第二节 支撑剂类型及性能评价
第三节 暂堵转向材料类型及性能评价
第四节 返排液水质分析及重复利用实验评价
第七章 加砂压裂工艺模拟实验评价技术
第一节 大尺寸真三轴水力压裂裂缝起裂与扩展
第二节 支撑剂缝内铺置特征实验评价
第三节 裂缝导流能力实验评价
第八章 致密气藏加砂压裂技术现场应用
第一节 砂岩加砂压裂现场应用
第二节 页岩加砂压裂现场应用
参考文献