江汉涪陵页岩气压裂技术概述

探访涪陵页岩气

4月13日中午时分，我们从居于重庆东南部的涪陵县城出发，去探访中国首个大型页岩气田。此刻的重庆已经烈日高照，俨然已入夏季，沿着蜿蜒的山路翻越了几座高耸的山顶之后，便来到山坳间的一片开阔之地，鲜红色的井口管道是这里最为醒目的工业存在，与四周山体的黑色岩石形成强烈对比。这里是典型的喀斯特地貌，岩石面经过长时间风化呈黑色，似烧焦状，“焦石”由此得名。

在重庆话中，“坝”是平地的意思，这里因为地势相对平缓，被当地人称为“焦石坝”。

乌江，清澈透明的水流从贵州省崇山峻岭中自南向北而来，在涪陵与气势磅礴的长江相汇。正是在这个充满水的灵气的地域内，自夏商时期便有了人类居住的历史。此前很长的一段时间里，焦石坝作为涪陵榨菜的主产区而闻名遐迩，在这些工业化装置到来之后，它又被贴上了另一个标签――页岩气“大粮仓”。涪陵页岩气田首口发现井――焦页1HF井井场便位居于此。2012年11月28日，焦页1HF井试气成功获得高产工业气流20.3万方。离焦页1HF井半小时车程的位置，是焦页9号平台所在地。在这儿，勘探、钻井等过程已经基本完成进入试气阶段。在焦页1HF井获得重大突破后，耸立的井架和纵横交错的输气管道像棋盘一样散落在川东南地区的山间地头。

今日的焦石坝，正在发生革命性的巨变，而世世代代长在这里的居民，也因为屋前田头的井架和来来往往的橘色工装，生活正在悄然改变。

“功勋井”

美国页岩气革命给中国页岩气开发带来了许多借鉴意义。而与之相比，中国南方海相页岩气地质条件更为复杂，从国外直接引进技术常常“水土不服”。

焦石坝，西、北临长江，南跨乌江，属山地丘陵地貌，构造主体区页岩气层底埋深2250-3500m。焦石坝地质情况与美国一马平川的大平原相比，情况复杂的多。即便对于外国石油巨头来说，这也是艰难的挑战。中国石化在这儿完成了突破。

事实上，对于焦石坝的研究可以追溯到上世纪50年代，在近长达60年的勘探研究中，主要进行的是常规天然气勘探研究工作，完成少量的二维地震和构造评价。2009年，中石化勘探南方分公司在这一地区开展系统的地质调查。调查表明，该地区龙马溪组有优质页岩层发育。

页岩气开采压裂技术分析与思考

摘要：目前，社会进步迅速，页岩气存储于致密泥页岩地层中，页岩连续分布、区域广，含有一定量的黏土矿物，塑性强，在高应力载荷下易发生形变，页岩储层具有低孔低渗等特性，需对页岩储层进行改造才具备商业开发价值。目前涪陵区块和川东南区块，均已实现页岩气大规模开发，形成一套成熟的页岩气开采工艺，工艺实施需借助现场施工实现，只有严格把控施工质量，确保工艺有效实施，才能够实现对页岩气资源的高效开发。下文对此进行简要的阐述。

关键词：页岩气；开采压裂技术分析；思考

引言

伴随着油田行业的深入发展，如今能源紧缺问题已经成为了社会性现实。页岩气储层低孔低渗，往往要投入巨大的精力对其进行压裂改造才能够保障产能稳定。水力压裂中压裂液性能带来的影响十分直观与突出。

1页岩气压裂施工质量技术现状

当前，经常使用的技术大多是多级压裂、清水、压裂、水力喷射压裂、重复压裂与同步压裂等等，页岩气开发过程中所使用的储层改造技术还有氮气泡沫压裂和大型水力压裂也是国内外目前的主流压裂技术。影响页岩气产量的主要原因是裂缝的发育程度，如何得到较多的人造裂缝是压裂设计主要应该考虑的。如何才能得到有效而又经济的压裂成果，在实行水力压裂以前，经常要实行压裂的设计。然而，压裂设计的工作确双有许多，最为主要的核心应属压裂效果的模拟，经过压裂的模拟才可以预测裂缝发育的宽度及长度，从而知道压裂能否顺利成功。

2页岩气压裂开采中对环境的影响

页岩气压裂在开采的过程当中必定会因为一些噪声及废水废气等开采事故灾害对环境造成一些污染影响，通常会对水资源进行大量的消耗以及地下水层进行污染。目前，有些专家和环保人士在对页岩气压裂开采的过程也是提出了很多相关环境污染的影响问题，同时，岩气压裂在开采过程中确实造成了较为严重的环境污染。

涪陵页岩气田柱塞气举排水采气应用认识

摘要：针对涪陵页岩气田部分气井高产水、低产气、井口压力低、高气水比的生产特征及复杂的地层和井眼轨迹情况，结合柱塞气举排水采气现场试验，提出页岩气井柱塞运行初期调试方法和工作制度优化方法，提高了柱塞举升效率，保证了气井连续携液生产。涪陵页岩气田气井实施柱塞气举后，单井日均产气量提高0.95万方，形成了针对性的“一井一策”柱塞气举运行制度。

关键词：涪陵页岩气田；柱塞气举；运行调试；工作制度优化

0 引言

涪陵页岩气田的开发采用长水平段分段加砂压裂技术，产出水均为返排压裂液，受页岩气井产量、压力快速递减的影响，涪陵页岩气田部分气井表现出产水量大、产气量低、井口压力低、气井积液严重的问题，气井间开周期变长。为保证气井连续携液生产，2018年开始开展了10余口气井柱塞气举排水采气现场试验，实现了柱塞气举在页岩气井排水采气的应用，取得了较好的应用效果。由于柱塞运行过程受多方面因素的影响，柱塞制度需实时跟踪和调整，工作制度的调整是柱塞工艺管理的重点和难点。

1 柱塞气举排水工艺概述

1.1 工艺原理柱塞气举排水采气工艺原理是在油管内放置一个柱塞作为举升气体和被举升液体之间一种固体的密封界面，依靠地层积蓄的天然气推动柱塞及其上部积液从井底上行，将柱塞上部积液排到地面。柱塞上行时，由于柱塞阻挡了积液的下落，减少了滑脱损失，大大提高了举升效率[1]。

1.2 柱塞气举周期阶段划分

根据涪陵页岩气田气井柱塞运行过程瞬时数据分析（图1），柱塞气举一个运行周期可分为四个阶段：①关井恢复阶段：该阶段完成柱塞的下落和柱塞启动套压恢复；②柱塞排液阶段：开井气体推动柱塞及柱塞上部液体向上运行排出井口，气井积液解除，井底回压降低；③依靠气井续流排液阶段：续流阶段产量高于临界携液流量，气井能通过自身能量携液生产；④低于临界携液流量续流积液阶段：当气井低于临界携液流量时，套压返高、油压降低、油套压差升高，井筒积液。

涪陵页岩气加密井钻井井控技术探讨

第32卷第1期2019年01月江汉石油职工大学学报Journal of Jianghan Petroleum University of Staff and Workers

涪陵页岩气加密井钻井井控技术探讨

陈祖萍（中石化江汉石油工程有限公司钻井一公司，湖北潜江433121 ）［摘要］涪陵页岩气田加密井网的部署为井控工作提出了更高要求，井下压裂作业更是对同区域钻井施工井下安全、井控安全带来严重影响。分析压裂作业对地层及钻井施工的影响，针对相邻平台钻井、压裂同时施工，已压裂地层后续钻井等情况，分析井控风险，制定相应的施工方案和技术安全措施，以达到降低井控风险的目的，确保加密井的钻井施工安全。［关键词］涪陵；页岩气；加密井；井控技术；压裂作业［中图分类号］TE28+3 ［文献标识码］A ［文章编号］1009—301X（2019）01—0031—03

随着涪陵页岩气开发的不断深入,焦石坝区块布井越发密集，频繁进行的大型体积压裂作业对区块内地层压力、地质结构产生较大影响，同时，随着页岩气的不断采出，气藏压力也在随之改变，不同区域地层压力变化速率也不尽相同。动态变化的地层压力，与原始地震资料、邻井数据已有较大差异，严重影响到后续钻井施工质量和井控安全。因此，有必要分析邻井压裂对地层压力产生的影响，针对相邻平台钻井、压裂同时施工，已压裂地层后续钻井等情况，推荐相应的井控技术措施，以保证施工安全。1涪陵页岩气加密井钻井井控技术难点1）涪陵工区地质条件复杂.多套压力体系并存.钻井液密度过高易导致上部地层漏失，密度过低易导致下部地层溢流，井控风险性较大。2）页岩气属于非常规裂缝气藏，页岩层理缝孔隙度渗透率极低.需压裂改造方可实现商业化产量。压裂后形成的地层异常高压，会导致钻井过程全怪值居高不下、井口溢流等工况发生；压裂缝网加速了页岩气的运移和聚集.在井筒内快速聚集形成气柱.从而导致井喷频发；压裂缝网同时增加了井漏发生的可能性， “漏喷同存”现象使井控问题的处理难度增大。3）压裂改造后的气层变活跃.钻井液循环长期带出大量可燃气体.循环排气时效长，给进入井内的气体充分聚集、运移的时间，增加了井控风险。4）当溢流在水平段时,气体膨胀很小，循环罐体积变化很小或没有变化。且水平段永远不是真正的水平.水平段的上下起伏，易使气体圈闭在“顶部口袋中”，因而，直到大量气体充满这些“顶部上袋”,然后才开始进入井的斜井段和垂直段，井队人员才能测量到溢流。此时.溢流可能出现在比正常预期浅的部位，到达地面的时间也将比预期的要短，增大了检测难度。即使能迅速检测到并能迅速关井，其潜在的溢流量比直井大得多，因而无法准确计算地层压力。5）滞留在地层的压裂液进入井筒中.导致钻井液性能发生改变，也会影响到井下安全。6）不同区块的压裂作业和生产模式不同，对后续钻井作业产生的影响也不尽相同。如江东区块压裂后并未采气生产•地层压力增高，后续钻井施工极易发生溢流;一期产建区单井累计产量一亿方,地层压力已经逐渐衰减，后续钻井施工的井漏风险增加。7）随着焦石坝主体区块加密井的布局，各井间距被进一步压缩。经过各种分析验证的所谓井间安全距离并非绝对安全，在复杂的地质条件和压力系统下，存［收稿日期］2018-09-28［作者简介］陈祖萍（1974-）.女，大学•工程师•主要从事井控教学和管理工作

深层页岩压裂工艺优化与现场应用

涪陵区块深层页岩埋藏深、地应力高，压裂改造时存在施工压力高、缝宽窄，改造体积偏小、压后初产效果差等问题。通过开展深层页岩地质特征参数和综合评价可压性研究，分析压裂改造面临的技术难点并提出了技术对策。通过采用“少簇多段，前置高粘液体促缝、低粘减阻水提高复杂度、长段塞加砂”等工艺措施达到“增大改造体积，提高加砂强度”改造目标，试验井压后初期产量达到11×104m3/d，为深层页岩气储层压裂改造提供了技术借鉴。

标签：深层页岩；水平井；压裂工艺；改造体积

1 前言

涪陵区块深层页岩相较浅层地质条件更加复杂，表现为分属多个构造带，构造形态多样，断裂发育，断裂周围及构造翼部地层倾角25-60°。同时由此造成造成地应力大小、方位复杂多变、天然裂缝发育程度差异。深层页岩气的地质特征及其对压裂的影响也发生了较大变化，压裂改造中存在施工压力高、缝宽窄、加砂困难，形成复杂缝和增大改造体积难度大等问题，同时压后效果不理想。因此，有必要开展深层综合评价可压性研究，进一步优化压裂施工工艺。

2 涪陵深层页岩压裂改造难点及技术对策

涪陵PJ区块深层页岩，位于逆断层下盘挤压应力环境，埋深3800-4000m，地层倾角大于30°，TOC含量为2-3.5%，孔隙度3%，石英含量46-55%，岩心及成像测井显示裂缝发育程度变低。与浅层相比相比储层物性变差，同时应力增加以及地层倾角增大带来的三向应力状态变化，都对压裂改造造成影响，主要表现在以下四个方面：

①井筒沿程摩阻增加，由此造成井口施工压力高和注入排量受限，同时地应力增加，裂缝延伸难度增大导致造缝宽度窄。

对于深部页岩储层，由垂向应力、最大和最小水平主应力组成的原岩应力和孔隙压力与浅部岩层差异较大。水力压裂时岩层的起裂压力与原始最大最小主应力、孔隙压力、抗张强度等密切相关，具体关系式如下式：

（式1-1）

其中Pb为岩层破裂时的起裂压力，Pp为孔隙压力，T0为岩层抗拉强度，、为地层原始最小和最大水平主应力。

涪陵页岩气田裂缝复杂度的有效方式研究

江汉石油职工大学学报　

Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｊｉａｎｇｈａｎ　Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｔａｆｆ　ａｎｄ　Ｗｏｒｋｅｒｓ　第２９卷第６期　

涪陵页岩气田裂缝复杂度的有效方式研究　

王小军　

（长江大学．湖北武汉４３０１００）　

［摘要］涪陵页岩气田地质构造复杂多样．针对一些区域大尺度天然裂缝、构造缝发育的问题，开展暂堵转向压裂　工艺研究。受天然裂缝程度、地应力、地质构造等影响．压裂施工受大尺度天然裂缝的诱导，缝内净压力较主体区偏　低，人工裂缝复杂度有一定幅度降低。产气剖面资料进一步验证暂堵压裂＿Ｔ－艺是一种提高涪陵页岩储层人＿Ｙ－裂缝复　杂度的有效方式。　［关键词］　涪陵；页岩气田；大尺度天然裂缝；暂堵转向　［中图分类号］　ＦＥ１２２．２［文献标识码］Ａ［文章编号］１ｏ０９　３ｏ１Ｘ（２０１６）０６－－一００３２一ｏ４　

引　言　

随着涪陵页岩气开发的深入，受天然裂缝程度、地　

应力、地质构造等影响，破碎带储层在压裂施工曲线特　

征、缝网改造复杂度及产气效果方面．与主体区蒡异较　

大，工艺分析受大尺度天然裂缝的诱导影响．人工裂缝　

复杂度降低。因此有必要开展提高页岩裂缝复杂度的　

有效方式的研究，调研发现暂堵转向压裂技术在国内外　

砂岩油气藏有一定的应用．在页岩气压裂领域尚为窄　

白。本文结合涪陵页岩气田特征．从暂堵转向机理、】　

艺方式，开展了页岩暂堵　【艺的研究．有效提高丁页　

人工裂缝复杂度，为涪陵页岩气产能建没提供－ｒ订力的　

技术支撑。　

１存在问题　

１．１天然裂缝及施工压力特征　涪陵页岩气田由于断裂带地层变化复杂且剧烈，大　

尺度天然裂缝发育，其中东南部漏失带成像测井和取芯　

结果显示大尺度天然裂缝发育，地层破碎，裂缝歼度较　大，例如涪陵页岩气田导眼井成像（图１）。　

图ｌ涪陵页岩气田导眼井成像测井图　

从焦页Ａ井压裂施工曲线分析（图２）．小压和施工　

压力显示挤酸压力、施工延伸压力、停泵压力、压力梯度　

小粒径支撑剂在涪陵页岩压裂中的应用及分析

李玥

【摘要】涪陵页岩储层改造主要采用混合压裂+组合加砂模式.其中,小/中/大粒径支撑剂的综合作用不仅是形成复杂裂缝网络的关键因素,也是不同尺度裂缝系统形成有效支撑的重要保障.在页岩复杂缝网中,一方面可利用小粒径支撑剂好携带、粒径小的优势进入远端尺寸较小的分支缝中进行支撑,以提高整个裂缝系统的导流能力;另一方面利用小粒径支撑剂打磨射孔孔眼和梳理裂缝弯曲程度,减小摩阻,降低压力消耗,提高缝内净压力,利于形成复杂缝网系统.结合地质特征、压裂工艺需求及现场实践情况,对涪陵压裂用小粒径支撑剂适应性进行了分析,认为该类支撑剂具有降低摩阻、封堵微裂缝和支撑分支缝等作用,对于促进页岩储层复杂缝的形成具有重要作用.

【期刊名称】《江汉石油职工大学学报》

【年(卷),期】2016(029)006

【总页数】4页(P14-17)

【关键词】页岩;小粒径;支撑剂;封堵;降滤;复杂缝网

【作者】李玥

【作者单位】长江大学,湖北武汉 430100

【正文语种】中文

【中图分类】TE357 与常规气藏压裂相比，目前涪陵页岩压裂主要以复杂缝网为改造目的，在复杂缝网中会形成很多尺寸大小不等的微裂缝，随着裂缝的不断延伸，远端裂缝的尺寸越来越小。在压裂过程中需要加入不同粒径的支撑剂进行分级支撑，建立裂缝的高导流能力来保障涪陵页岩气的长期稳产。涪陵页岩气压裂一般采用组合粒径支撑剂，即80/100目、40/70目及30/50目支撑剂的组合模式，对复杂缝网进行分级支撑，主要是用中/大粒径支撑剂支撑主缝系统形成高导流能力通道，小粒径支撑剂对支缝甚至微缝系统进行远端支撑，从而保证整个缝网系统的导流能力。笔者结合涪陵页岩气地质条件和压裂工艺，针对小粒径支撑剂的工艺适应性进行分析和研究，进而为压裂支撑剂选择及工艺参数优化提供指导和依据。

页岩压裂裂缝起裂及延伸扩展机理不同于常规砂岩储层：一是具有施工规模大、液量大、加砂量多、排量高、砂比低等特点；二是压裂液滤失量大，容易产生脱砂、对砂比的提升较敏感；三是加砂的目的不是实现裂缝的支撑，而是要增加缝内流动阻力，以达到增加缝内净压力并实现裂缝转向。

页岩气开发水力压裂技术综述

一、本文概述

随着全球能源需求的日益增长，页岩气作为一种清洁、高效的能源，正逐渐受到广泛关注。作为页岩气开发中的核心技术之一，水力压裂技术在提升页岩气开采效率和产量方面发挥着至关重要的作用。本文旨在全面综述页岩气开发水力压裂技术的最新研究进展、应用现状以及未来发展趋势，以期为相关领域的科研人员、工程技术人员和政策制定者提供有益的参考和借鉴。

文章首先介绍了页岩气及其开发背景，阐述了水力压裂技术在页岩气开发中的重要性和意义。接着，文章对水力压裂技术的基本原理和流程进行了详细阐述，包括压裂液的选择、压裂设备的设计与选型、压裂施工过程中的关键参数控制等方面。在此基础上，文章重点综述了水力压裂技术在页岩气开发中的应用现状，包括压裂工艺的优化、压裂液体系的改进、压裂效果的评估等方面。文章还对水力压裂技术面临的挑战和问题进行了深入分析，如环境保护、水资源利用、技术创新等方面的挑战。

文章展望了水力压裂技术在页岩气开发中的未来发展趋势，提出了加强技术研发、优化压裂工艺、提高压裂效率、强化环境保护等方面的建议。通过本文的综述，旨在推动水力压裂技术在页岩气开发中的进一步发展，为实现清洁、高效的能源利用和可持续发展做出积极贡献。

二、页岩气开发概述

页岩气，作为一种重要的非传统天然气资源，近年来在全球范围内受到了广泛的关注。它主要赋存于页岩地层中，以游离态或吸附态存在，具有开采难度大、技术要求高的特点。页岩气的开发对于满足全球能源需求、优化能源结构、减少环境污染等方面具有重要意义。

页岩气的开发过程主要包括勘探、钻井、完井、压裂、采气等阶段。其中，水力压裂技术是页岩气开发中的核心技术之一。通过向井筒内注入高压、大流量的压裂液，使页岩层形成裂缝，进而增大页岩气的渗流通道，提高采收率。水力压裂技术的成功与否，直接关系到页岩气开发的效益和成本。

在全球范围内，北美地区的页岩气开发起步较早，技术成熟，产量稳居世界前列。尤其是美国的页岩气革命，不仅推动了本国能源结构的转型，也对全球能源市场产生了深远的影响。欧洲、亚洲等地也相继开展了页岩气勘探开发工作，但由于地质条件、技术水平、环保政策等因素的限制，开发进度和规模相对较慢。

涪陵页岩气压裂试验参数对产能的影响分析

刘湘

【摘要】页岩气作为一种重要的非常规能源，具有资源潜力大，开采寿命长等优点。目前，涪陵页岩气田已成功开发，涪陵页岩气藏自身的独特性决定了其产能的影响因素的复杂多样性。对气田内压裂完成的20余口水平井的试验参数及试气产量进行了统计，对比评价了不同水平段长度、不同簇间距、压裂段数、规模、方位角、不同压裂材料等试验参数对水平井压裂后产能的影响，为后期有效优化设计和指导页岩气水平井分段压裂施工提供依据，为实现涪陵页岩气田大规模高效开发提供技术支撑。%Peculiarity of Fuling shale gas reservoir leads to complicated

and various impacts on gas productivity .This paper made statistics for test

parameters and gas testing yield of over 20 fractured wells and evaluated

in comparison test parameters including different horizontal interval

length ,different cluster spacing ,number and azimuth of frac‐tured

intervals and different fracturing materials that impact gas productivity of

fractured horizontal wells ,thus offer‐ing a reference for improving staged

fracturing of shale gas horizontal wells and a technical support for

页岩气开发水力压裂技术综述 2

页岩气开发水力压裂技术综述

唐颖，唐玄，王广源，张琴

TANGYing,TANGXuan,WANGGuang-yuan,ZHANGQin

中国地质大学（北京）/海相储层演化与油气富集机理教育部重点实验室，北京100083KeyLaboratoryofMarineReservoirEvolutionandHydrocarbonAccumulationMechanism,MinistryofEducation/ChinaUniversityofGeosciences(Beijing),Beijing100083,China

摘要：世界页岩气资源丰富，但由于页岩地层渗透率很低，目前还没有广泛开发。水力压裂技术是页岩气开发的核心技术之一，广泛用于页岩储层的改造。介绍了水力压裂作业的压裂设计、裂缝监测、压裂液配制和添加剂选择，以及常用的压裂技术，包括多级压裂、清水压裂、同步压裂、水力喷射压裂和重复压裂。结合国外页岩气开发的实例和国内压裂技术的应用情况，分析了各种压裂技术的适用性。研究认为，清水压裂是现阶段中国页岩气开发储层改造的适用技术，开采长度（厚度）大的页岩气井，可以使用多级分段清水压裂技术。同步压裂技术是规模化的页岩气开发的客观需要。关键词：页岩气；开发技术；水力压裂；工艺技术；清水压裂中图分类号：P618.1文献标志码：A文章编号：1671-2552（2011）02/03-0393-07

TangY,TangX,WangGY,ZhangQ.Summaryofhydraulicfracturingtechnologyinshalegasdevelopment.GeologicalBulletinofChina,2011,30(2/3):393-399

Abstract:Shalegasresourceintheworldisrich,butithasn'tbeendevelopedatsofarbecauseofextremelylowpermeability.Hy-draulicfracturingtechnology,asoneofthecoretechnologiesinshalegasdevelopment,iscurrentlywidelyusedinshalereservoirsre-constructiontoincreaseproduction.Thispaperintroduceshydraulicfracturingoperationincludingfracturingdesign,fracturemonitor-ing,fracturingfluidspreparationandadditivesoption,aswellasfracturingtechnologyincludingmulti-stagefracturing,waterfractur-ing,simultaneousfracturing,hydrojetfracturing,refracturingandsooninuseandexperimentinshalegasdevelopmentintheUSA.Itanalyzestheapplicabilityofvariousfracturingtechniquesonthebaseofshalegasdevelopmentcaseinforeigncountryanddomesticfracturingtechnology.ThispaperholdsthatwaterfracturingissuitedforChinashalegasdevelopmentatthisstage,andwatermultistagefracturingcouldbeusedinthickshalereservoirs.Simultaneousfracturingisnecessaryofthelarge-scaleshalegasdevelopment.Keywords:shalegas;developmenttechnology;hydraulicfracturing;technology;waterfracturing