一种页岩气的压裂设计方法

李健伟(长城钻探压裂公司压裂酸化技术研究所， 辽宁 盘锦 124107)

一种页岩气的压裂设计方法

李健伟(长城钻探压裂公司压裂酸化技术研究所， 辽宁 盘锦 124107)

本文描述了一种页岩气压裂施工的设计方法，主要包括压裂甜点优选、优化压裂段簇及射孔参数、优化压裂施工参数、优选压裂材料、优选分段工具等内容。该方法在实践中提高了页岩气储层改造效果，提高了单井产量，降低了施工成本。

页岩气;压裂设计;设计方法

页岩气的勘探开发是一项多学科、多专业、多工种密切配合的系统工程，需要对钻井、固井、压裂、试采和生产等工程和现场作业经验进行系统性、针对性和快速地积累和总结[1]。目前为止，我国实现有效开发的页岩气田还很少，由于地质条件、工艺技术都处于探索阶段，主要靠大量借鉴国外的工程作业经验，存在着压裂改造效果不理想、开发成本高等问题。因此，要想实现页岩气的经济有效开发，推动我国页岩气勘探开发进程，研究和探索适用于页岩气的压裂设计方法，具有重大而深远的现实意义。

1 页岩气压裂改造需要解决的问题

调查研究表明，我国页岩气压裂改造中主要存在以下几点问题。①压裂改造效果不理想；②工艺技术处于探索阶段，开发效率低，成本高；③作业设计依赖区域地质信息经验，忽视单井地质参数的变化；④只关注工程作业是否成功，缺乏有效的完井后评估[2]。

2 页岩气压裂改造的设计方法

2.1 优选压裂甜点

页岩气水平井压裂甜点优选主要以水平段岩性特征、岩石矿物组成、油气显示、电性特征为基础，结合岩石力学参数、三向应力状态、破裂压力剖面、固井质量进行优选。射孔簇需避开套管接箍位置，对于同一段内的各簇要选择物性相当、岩性变化小的层段。

2.2 优化压裂段簇及射孔参数

(1)优化簇间距。簇间距的优化，可以从油藏模拟和诱导应力场计算两方面着手来实现。油藏模拟采用等效导流能力和多重网格加密的方法建立裂缝网络模型，模拟不同簇间距下的压后日产和累产。诱导应力场计算是在合理的簇间距下，两个诱导应力差值大于原场水平主应力差值时，应力反转，迫使裂缝转向，有利于缝网形成。储层原始水平主应力差值越大，段内各簇裂缝产生裂缝干扰所需缝内净压力越大。

(2)优化单段簇数。利用簇间距优化油藏模拟模型，模拟单段不同簇数下累产情况进行对比，结果表明，累计产量随簇数增加而增大，且随簇数增加增幅减小。结合模拟结果，综合考虑单段簇数保持在3-4簇为宜。

(3)优化射孔参数。依据录井气测、TOC含量、天然裂缝发育、地应力部位、破裂压裂差异情况、弹性模量、泊松比、孔隙度、固井质量等因素，优选储层品质和完井品质有效结合的射孔位置，对单段簇数、簇长、射孔孔眼密度、孔径、射孔相位角、穿深等主要射孔参数进行优化。

2.3 优化压裂施工参数

(1)优选加砂模式。通过压裂模拟软件对相同加砂量、不同加砂模式下裂缝参数对比可得出前段塞+后连续式加砂既能保证裂缝导流能力，又能大大增加储层改造体积。

(2)优化施工规模。施工规模设计主要考虑用液量和加砂规模对裂缝半长、改造体积等参数的影响。为了确保改造效果，应结合水平段穿行轨迹，考虑各层段气测显示及储层物性、岩性情况，施工限压影响等，对单段施工规模设计优化。

(3)设计施工排量。一般，排量越高缝网越复杂，越有利于页岩气体积改造，所以页岩气压裂施工排量的优化主要是进行不同排量下的井口压力预测，在管柱及设备的承压范围内可以实现的排量作为施工排量。

(4)设计泵注程序。根据钻遇小层、矿物含量、脆性指数等参数对各层段进行分类，进行差异化设计。

(5)设计压后返排。不同岩石脆性的地层，对压后返排的时机及返排制度优化的要求也不同。应用吸附气模型的气藏数值模型结合井筒流动模型，模拟压后返排过程中的气液两相流，根据模拟结果设计最短的排液周期或出现峰值气量时对应的返排时机及排液制度。

(6)压后评估研究。①利用压裂施工资料对远井储层信息进行反演研究，由此修正后续气井的压裂设计;②对裂缝的形态及几何尺寸进行评估，尤其是裂缝的形态;③对压后产气动态与各种参数的敏感性进行分析，据此对后续气井的裂缝参数和压裂施工参数进行优化。

2.4 优选压裂材料

(1)酸液。现场压裂酸浓度15%配方较12%配方溶蚀率高，接近20%配方溶蚀率。15%配方与20%配方酸岩反应三维扫描刻蚀形态相似，但成本较低。因此，15%酸配方浓度前期泵注更适宜。

(2)压裂液。页岩气缝网压裂施工规模大，施工技术难点多，要求压裂液具有低粘度、低摩阻、耐盐性能强、低伤害、低成本、环境友好、可连续混配等相关性能。因此，选取滑溜水压裂液做为页岩气的主体压裂液施工。

(3)支撑剂。页岩压裂形成的裂缝宽度较小，特别是支缝和微缝系统，且对导流能力要求低，多采用小粒径支撑剂。主裂缝是复杂缝网与井筒连接的主要通道，不同级别裂缝间导流合理衔接可以进一步提高压裂效果；滑溜水携砂性能较差，为提高支撑剂运移距离以及铺置效果，优先考虑低密度支撑剂。

2.5 优选分段工具

根据页岩气储层改造需要和国内外页岩气开发实践采用桥塞+射孔连作分段压裂技术。

3 结语

针对页岩气地区广泛发育海相页岩沉积的特点，围绕完井品质要求，探索出适应页岩气压裂改造的设计方法，并在四川威远和黄金坝地区进行了现场应用，取得了良好的实施效果。解决了压裂施工成本高、效率低、获取油气难等一系列问题。

[1]吴奇，梁兴，鲜成钢，李峋.地质-工程一体化高效开发中国南方海相页岩气[J].中国石油勘探，2017,20(4)：1-23.

[2]曾义金.页岩气开发的地质与工程一体化技术[J].石油钻探技术，2014,42(1)∶1-6.