肖佳林 李奎東 高東偉 包漢勇

（ 1中國石化江漢油田分公司石油工程技術(shù)研究院; 2中石化重慶涪陵頁巖氣勘探開發(fā)有限公司；3中國石化江漢油田分公司勘探開發(fā)研究院 ）

1 概述

涪陵頁巖氣田分布于重慶市涪陵、南川、武隆等區(qū)縣境內(nèi)，其中五峰組—龍馬溪組含氣頁巖資源量大、分布廣，已累計(jì)提交探明地質(zhì)儲(chǔ)量6008.14×108m3[1]。在焦頁1HF井取得重大突破并投產(chǎn)后，按照中國石化部署，江漢油田分公司在實(shí)施開發(fā)試驗(yàn)井組基礎(chǔ)上，2014年啟動(dòng)了焦石壩區(qū)塊一期產(chǎn)能建設(shè)，2015年12月底建成年產(chǎn)能50×108m3，成為全球除北美之外最大的頁巖氣田，2016年12月累計(jì)建成產(chǎn)能70×108m3，開發(fā)井成功率達(dá)到100%，平均單井無阻流量為39.3×104m3/d[2]。近幾年來，圍繞優(yōu)質(zhì)高效建成國家級(jí)頁巖氣示范區(qū)的總體目標(biāo)，通過技術(shù)創(chuàng)新、集成創(chuàng)新和管理創(chuàng)新，積極踐行一體化開發(fā)模式，實(shí)現(xiàn)了從“涪陵試驗(yàn)”到“涪陵示范”的跨越。涪陵海相大型頁巖氣田高效勘探開發(fā)，標(biāo)志著復(fù)雜地質(zhì)地表?xiàng)l件下頁巖氣商業(yè)開發(fā)的重大突破，實(shí)現(xiàn)了中國頁巖氣開發(fā)技術(shù)從起步到引領(lǐng)的跨越，引領(lǐng)了頁巖氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展，對改善能源結(jié)構(gòu)、保障國家能源安全具有重大意義。

焦石壩區(qū)塊產(chǎn)建過程中積極實(shí)踐了一體化高效開發(fā)模式，整個(gè)工作流程和思路以勘探與開發(fā)、地面與地下、科研與生產(chǎn)一體化研究和現(xiàn)場實(shí)施為基礎(chǔ)，以油公司模式、市場化運(yùn)作、制度化體系及協(xié)同化服務(wù)為保障，實(shí)現(xiàn)了高水平、高速度、高質(zhì)量、高效益開發(fā)（圖1）。產(chǎn)建實(shí)施過程中強(qiáng)化了頂層設(shè)計(jì)對高效建產(chǎn)的支撐，注重突出“采氣管理、產(chǎn)能建設(shè)”核心業(yè)務(wù)，逐步建立了以“扁平化架構(gòu)、科學(xué)化決策、專業(yè)化管理、社會(huì)化服務(wù)、效益化考核、信息化提升”為核心內(nèi)涵的油公司管理模式。

圖1 一體化開發(fā)模式

2 水平井組拉鏈壓裂整體參數(shù)設(shè)計(jì)思路的提出和具體內(nèi)涵

吳奇等人[3]認(rèn)為，對于頁巖氣儲(chǔ)層而言，常規(guī)意義上的“藏”通常是指頁巖氣核心區(qū)或“甜點(diǎn)”區(qū)。地質(zhì)工程一體化，就是圍繞提高單井產(chǎn)量這個(gè)關(guān)鍵問題，對鉆井、壓裂等工程技術(shù)方案進(jìn)行不斷調(diào)整和完善，在區(qū)塊、平臺(tái)和單井3種尺度，分層次、動(dòng)態(tài)地優(yōu)化工程效率與開發(fā)效益，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)開發(fā)和效益開發(fā)。地質(zhì)工程一體化是以提高單井產(chǎn)量為最終目的，以地質(zhì)手段細(xì)致剖析氣藏儲(chǔ)層特征，選用適應(yīng)性的技術(shù)及參數(shù)完成工程設(shè)計(jì)，配合一體化的高效管理和工程實(shí)施來完成氣田建產(chǎn)開發(fā)，并且根據(jù)鉆完井和壓裂排采效果開展綜合評價(jià)及壓裂后評估，完善參數(shù)優(yōu)化地質(zhì)工程模型，形成動(dòng)態(tài)環(huán)路，持續(xù)不斷提高單井產(chǎn)量[4]。地質(zhì)工程一體化動(dòng)態(tài)綜合研究和三維儲(chǔ)層模型的及時(shí)有效應(yīng)用，是非常規(guī)油氣實(shí)現(xiàn)效益開發(fā)公認(rèn)的最佳途徑[5-7]。

涪陵地區(qū)地處四川盆地和盆邊山地過渡地帶，地質(zhì)條件屬山地—丘陵地貌，橫跨長江南北、縱貫烏江東西兩岸?？紤]交通運(yùn)輸條件、山地地理環(huán)境等影響，如何充分利用地質(zhì)地形條件實(shí)現(xiàn)地面平臺(tái)的最優(yōu)化、地下資源動(dòng)用的最大化成為頁巖氣田高效開發(fā)的關(guān)鍵問題。頁巖氣開發(fā)中涉及基礎(chǔ)理論、關(guān)鍵地質(zhì)和工程力學(xué)等多個(gè)方面，地質(zhì)工程一體化技術(shù)的有效應(yīng)用成為解決上述問題的重要手段[8-15]。頁巖氣平臺(tái)主要通過井組間改造體積的交叉覆蓋，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)能釋放的目的，多井開展工廠化壓裂較單井壓裂而言能溝通更大范圍的儲(chǔ)層有利區(qū)域，形成更大的儲(chǔ)層改造體積，具有明顯的優(yōu)勢[16]。在氣藏地質(zhì)、氣藏工程、鉆井工程、采氣工程和地面工程緊密結(jié)合的前提下，工廠化壓裂改造也成為地質(zhì)工程一體化技術(shù)實(shí)現(xiàn)并推廣應(yīng)用的關(guān)鍵途徑。就焦石壩區(qū)塊而言，一方面可通過優(yōu)化布井模式，減少平臺(tái)建設(shè)、節(jié)約用地，采用交叉式全覆蓋布井方案和經(jīng)濟(jì)優(yōu)化型“井工廠”平臺(tái)布局[17]；另一方面，該區(qū)域相對復(fù)雜的山地環(huán)境給“工廠化”壓裂車組、設(shè)備配套、場地、供水供液等后勤保障提出了更高要求，相比同步壓裂，拉鏈壓裂模式不僅對地面配套車組等相關(guān)需求更低，同時(shí)可靈活應(yīng)對現(xiàn)場施工發(fā)生的異常情況，擇機(jī)選井選段進(jìn)行壓裂作業(yè)，具有實(shí)施難度較低、受場地限制較小等優(yōu)勢。

因此，在涪陵頁巖氣田開發(fā)過程中應(yīng)用“井工廠”拉鏈壓裂施工模式，將地面工程參數(shù)設(shè)計(jì)、施工組織與地質(zhì)特征、井網(wǎng)井距相匹配，同時(shí)集成應(yīng)用設(shè)備組配優(yōu)化等多項(xiàng)技術(shù)，可全面提升生產(chǎn)時(shí)效，進(jìn)而為大型頁巖氣田開發(fā)實(shí)現(xiàn)大突破、大提速提供必要保障。目前國內(nèi)外對于“工廠化”拉鏈壓裂機(jī)理研究和現(xiàn)場實(shí)踐應(yīng)用方面取得了豐富成果[18-26]，通過多井—井組交叉壓裂造立體縫網(wǎng)可溝通儲(chǔ)層、充分動(dòng)用地質(zhì)儲(chǔ)量（圖2）。與北美相比，涪陵地區(qū)頁巖氣開發(fā)地表環(huán)境差、地質(zhì)條件復(fù)雜，國外頁巖氣開發(fā)技術(shù)可借鑒而不能復(fù)制，該區(qū)域頁巖氣實(shí)現(xiàn)商業(yè)開發(fā)面臨諸多挑戰(zhàn)。從平面分布上來看，一期產(chǎn)建區(qū)由北向南及外擴(kuò)，埋深、巖礦、天然裂縫等地質(zhì)力學(xué)特征發(fā)生一定變化，同時(shí)縱向上非均質(zhì)性明顯，各小層巖性、電性、裂縫發(fā)育特征亦存在差異，如何在地質(zhì)工程一體化理念下開展壓裂工程設(shè)計(jì)，成為實(shí)現(xiàn)氣田高效開發(fā)的關(guān)鍵。

圖2 拉鏈壓裂多井交叉立體布縫示意圖

單井—井組儲(chǔ)層改造體積最大化和裂縫系統(tǒng)復(fù)雜化是壓裂改造的核心目標(biāo)。不同于常規(guī)儲(chǔ)層，頁巖儲(chǔ)層壓裂的目標(biāo)在于有效改造體積最大化、改造體積內(nèi)裂縫復(fù)雜程度最大化[27]。在識(shí)別天然裂縫、地應(yīng)力等地質(zhì)特征及避免井間相互干擾的前提下，如何交叉立體布縫、造大體積復(fù)雜縫網(wǎng)是實(shí)現(xiàn)地質(zhì)工程一體化設(shè)計(jì)的技術(shù)關(guān)鍵。拉鏈壓裂的“整體參數(shù)設(shè)計(jì)”，意味著開展壓裂工程設(shè)計(jì)時(shí)不再是單獨(dú)的一口井或者一個(gè)平臺(tái)，而是在氣田產(chǎn)建的一體化開發(fā)模式下，著眼水平井組所在區(qū)域地質(zhì)背景、井網(wǎng)井距分布、儲(chǔ)量充分有效動(dòng)用等多方面需求，結(jié)合鄰井生產(chǎn)情況、鉆井水平段穿行層位、空間位置交叉立體布縫，從單井層面提升至區(qū)域多個(gè)井組整體開發(fā)，具體工程參數(shù)設(shè)計(jì)時(shí)從儲(chǔ)層平面、橫向、縱向多個(gè)層次整體考慮、整體布局、整體實(shí)施。

3 基于地質(zhì)工程一體化理念的拉鏈壓裂參數(shù)設(shè)計(jì)

地質(zhì)條件優(yōu)越是高產(chǎn)的基礎(chǔ)，與之相適應(yīng)的壓裂工程工藝是高產(chǎn)的關(guān)鍵手段。通過不斷探索、持續(xù)實(shí)踐，涪陵頁巖氣田水平井分段壓裂實(shí)施過程中將地質(zhì)條件變化與壓裂工程設(shè)計(jì)、地面施工流程與地下立體布縫相結(jié)合，為氣田實(shí)現(xiàn)井組大規(guī)模整體高效開發(fā)提供了可行的技術(shù)實(shí)施路線?；诘刭|(zhì)工程一體化理念的拉鏈壓裂整體參數(shù)設(shè)計(jì)，重點(diǎn)圍繞全面提高單井產(chǎn)能，將氣藏地質(zhì)、氣藏工程、鉆完井工程、壓裂試氣各專業(yè)深度融合，具體從壓前關(guān)鍵地質(zhì)因素識(shí)別分析、多層次立體布縫工程參數(shù)設(shè)計(jì)、復(fù)雜地質(zhì)條件下施工參數(shù)動(dòng)態(tài)調(diào)整等方面開展優(yōu)化。

3.1 壓前關(guān)鍵地質(zhì)因素識(shí)別分析

隨著涪陵氣田開發(fā)區(qū)域由一期產(chǎn)建區(qū)向外圍擴(kuò)展，地質(zhì)條件發(fā)生一定變化，具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：①埋深整體增加，由主體區(qū)的2300～2800m逐步增加至3000～4000m，地層壓實(shí)作用增強(qiáng)，閉合應(yīng)力增大，裂縫延伸困難，復(fù)雜度受限，自支撐效應(yīng)減弱，對有效支撐的要求更高；②構(gòu)造形態(tài)趨于復(fù)雜，同一區(qū)塊不同區(qū)域分屬多個(gè)構(gòu)造帶，應(yīng)力大小、方向多變，不同構(gòu)造位置地應(yīng)力存在明顯差異；③裂縫發(fā)育特征多變，尤其是天然裂縫產(chǎn)狀特征差異明顯、部分區(qū)域斷裂發(fā)育，上述地質(zhì)條件變化可能對裂縫擴(kuò)展、壓裂施工及壓后產(chǎn)能造成一定影響。

埋深、構(gòu)造環(huán)境及天然裂縫產(chǎn)狀、縱向上層理發(fā)育特征存在一定差異，給壓裂工程針對性設(shè)計(jì)及現(xiàn)場實(shí)施帶來一系列問題和挑戰(zhàn)。儲(chǔ)層埋深、天然裂縫識(shí)別和地應(yīng)力分析，成為壓前地質(zhì)條件評估的關(guān)鍵因素。就焦石壩區(qū)塊五峰組—龍馬溪組頁巖儲(chǔ)層而言，室內(nèi)巖心實(shí)驗(yàn)反映隨圍壓（埋深）增加巖石破裂非線性特征愈加明顯、層理剪切滑移更加困難，巖石破裂和裂縫擴(kuò)展需要更高的能量；同時(shí)巖石塑性增加、破壞模式趨于單一，剪切滑移面由粗糙變得光滑平整，導(dǎo)流能力的保持能力降低。同一區(qū)塊常常因地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)帶來的微幅變化導(dǎo)致在壓裂改造和動(dòng)態(tài)分析中表現(xiàn)出截然不同的特征[28]。結(jié)構(gòu)弱面尤其是層理及高角度天然縫發(fā)育狀況對巖石微觀破裂機(jī)制、縫網(wǎng)形態(tài)具有重要影響，曲率可定量化表征天然裂縫的分布和產(chǎn)狀特征，可作為天然裂縫分析判別的重要指標(biāo)；地應(yīng)力強(qiáng)度和方向，可作為預(yù)判人工裂縫延伸方向和縫網(wǎng)展布重要依據(jù)，曲率、構(gòu)造應(yīng)力（張應(yīng)力、擠壓應(yīng)力）之間相互關(guān)聯(lián)，隨單井及周緣的構(gòu)造特征及產(chǎn)狀變化，地應(yīng)力強(qiáng)度和方向均發(fā)生變化，進(jìn)而影響裂縫擴(kuò)展形態(tài)。該區(qū)域K井微觀地應(yīng)力顯示水平段的現(xiàn)今最大水平主應(yīng)力方向與鄰井存在差異（圖3），同時(shí)K井水平段最大主應(yīng)力方向隨構(gòu)造發(fā)生細(xì)微變化，低隆起軸部應(yīng)力方向?yàn)楸北睎|向，兩翼為北東向，向斜軸部為近東西向。宏觀地應(yīng)力預(yù)測顯示了穿行區(qū)地應(yīng)力性質(zhì)的變化，水平段后半段應(yīng)力表現(xiàn)為弱拉張應(yīng)力（暖色調(diào)），前半段（第1～10段）則表現(xiàn)為強(qiáng)擠壓應(yīng)力（冷色調(diào)）（圖4）。因此，在進(jìn)行壓裂工程設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)結(jié)合不同井段地質(zhì)背景差異采取針對性思路和措施。

3.2 多層次立體布縫工程參數(shù)設(shè)計(jì)

如何實(shí)現(xiàn)不同地質(zhì)條件下儲(chǔ)層改造體積和裂縫復(fù)雜度的統(tǒng)籌優(yōu)化、多尺度裂縫的高效支撐成為壓裂工程參數(shù)設(shè)計(jì)的核心。“平面—橫向—段間”3層次的工程參數(shù)優(yōu)化（圖5），是實(shí)現(xiàn)水平井組拉鏈壓裂整體參數(shù)設(shè)計(jì)的具體手段。針對涪陵頁巖儲(chǔ)層特點(diǎn)，為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，應(yīng)從3個(gè)層次對工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)：①與平面井組所在區(qū)域地質(zhì)特征、井網(wǎng)井距分布相匹配的壓裂主體工藝、交叉布縫及裂縫參數(shù)設(shè)計(jì)；②從橫向波及寬度覆蓋全水平井筒考慮優(yōu)化段簇間距、簇?cái)?shù)及施工排量；③從段間多尺度人工裂縫擴(kuò)展與支撐考慮優(yōu)化不同層段壓裂液及支撐劑體系、泵注工藝。

圖3 K井地應(yīng)力平面分布及方向

圖4 K井宏觀地應(yīng)力立體圖

圖5 多層次工程參數(shù)優(yōu)化理念

就平面而言，一方面在于精細(xì)化分區(qū)與精細(xì)化設(shè)計(jì)相互結(jié)合、相互滲透?？紤]焦石壩區(qū)塊不同區(qū)域地質(zhì)特征存在差異，需在不同區(qū)塊復(fù)雜縫網(wǎng)形成主控因素分析的基礎(chǔ)上，對同一區(qū)塊開展精細(xì)化地質(zhì)工程綜合分區(qū)，明確不同分區(qū)主體改造思路，進(jìn)而指導(dǎo)分區(qū)內(nèi)井組、單井差異化設(shè)計(jì)。以焦石壩DJ區(qū)塊為例，埋深、構(gòu)造應(yīng)力特征為影響改造體積的主要因素，天然裂縫發(fā)育狀況次之，可依據(jù)埋深及應(yīng)力差異，將該區(qū)塊細(xì)分為兩個(gè)區(qū)域，1區(qū)為3500m以淺張性應(yīng)力環(huán)境—裂縫發(fā)育區(qū)，2區(qū)為3500m以深擠壓應(yīng)力環(huán)境—裂縫不發(fā)育區(qū)。與1區(qū)埋深、應(yīng)力環(huán)境及天然裂縫發(fā)育狀況相適應(yīng)，形成了針對淺層—張性應(yīng)力—裂縫發(fā)育區(qū)域的“降濾增壓促轉(zhuǎn)向”壓裂工藝，技術(shù)原理在于達(dá)到目標(biāo)縫長前控制天然裂縫開啟、降低濾失，后期提高凈壓力促使天然裂縫剪切滑移，形成遠(yuǎn)井網(wǎng)絡(luò)裂縫；針對2區(qū)深層—擠壓應(yīng)力—裂縫不發(fā)育特點(diǎn)，采取“降壓促縫強(qiáng)支撐”的主體改造思路，在前期采取多種措施降低巖石破裂壓力、促進(jìn)人工主裂縫延伸的基礎(chǔ)上，中后期通過盡可能高的凈壓力，促進(jìn)裂縫延伸及天然裂縫開啟，提高加砂強(qiáng)度。

圖6 JS平臺(tái)3口井平面交錯(cuò)布縫示意圖

另一方面，需考慮人工縫網(wǎng)尺寸適應(yīng)于目前井網(wǎng)井距，進(jìn)而通過水平井組交叉拉鏈壓裂盡可能溝通儲(chǔ)層、最大化動(dòng)用地質(zhì)儲(chǔ)量。基于焦石壩五峰組—龍馬溪組不同層段儲(chǔ)層特征差異，考慮目前井網(wǎng)部署，建立不同層段的壓裂模型對龍馬溪組和五峰組不同規(guī)模下裂縫形態(tài)及參數(shù)進(jìn)行模擬分析，以裂縫帶長度與目前井距相匹配為目標(biāo)優(yōu)化壓裂規(guī)模，推薦五峰組單段設(shè)計(jì)液量為1600～1800m3，砂量為60～70m3；龍馬溪組單段設(shè)計(jì)液量為1600～2000m3，砂量為70～80m3。拉鏈壓裂模式下，配對井水力裂縫和注入誘導(dǎo)應(yīng)力引起的應(yīng)力重定向和井間應(yīng)力干擾將會(huì)導(dǎo)致復(fù)雜裂縫系統(tǒng)的產(chǎn)生。室內(nèi)數(shù)值模擬結(jié)果反映，對比平行布縫及交叉布縫不同壓裂模式下水力裂縫擴(kuò)展規(guī)律，同等井間距下平行布縫模式水力裂縫早期發(fā)生干擾難以充分?jǐn)U展，而交叉布縫情況下更利于井間形成復(fù)雜裂縫網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)裂縫長度及井間儲(chǔ)層改造面積更大，優(yōu)勢更為明顯。這一結(jié)論也驗(yàn)證了現(xiàn)場實(shí)施同平臺(tái)多井拉鏈壓裂的合理性和有效性。具體設(shè)計(jì)參數(shù)過程中，空間交錯(cuò)布縫主要考慮單井空間位置關(guān)系（南北距離、東西距離、高程差、斷層距離），兼顧分析對鄰井（正鉆井、待試氣井、生產(chǎn)井）影響，優(yōu)化單井—井組施工參數(shù)設(shè)計(jì)（圖6）。

橫向上，甜點(diǎn)識(shí)別與段簇間距優(yōu)化相結(jié)合，優(yōu)選分段及射孔參數(shù)。合理分段分簇是保證水平井筒全部動(dòng)用的基礎(chǔ)，多裂縫存在應(yīng)力干擾影響，誘導(dǎo)應(yīng)力分析是段簇間距優(yōu)化的關(guān)鍵。段內(nèi)應(yīng)以充分利用誘導(dǎo)應(yīng)力，實(shí)現(xiàn)多裂縫均勻延伸、促進(jìn)裂縫復(fù)雜化為目標(biāo)，段間應(yīng)以避免裂縫干擾、降低施工難度、利于各段縫長延伸為原則。井間則促使對井水力裂縫相互作用，同時(shí)溝通微裂縫。通過縫間應(yīng)力場變化規(guī)律研究，建立應(yīng)力場變化的平面模型，結(jié)合五峰組—龍馬溪組地質(zhì)參數(shù)及誘導(dǎo)應(yīng)力分析，分析對比了不同小層內(nèi)井段在不同裂縫間距、凈壓力條件下的誘導(dǎo)應(yīng)力變化情況，得到了不同層段段簇間距優(yōu)化結(jié)果，最大程度實(shí)現(xiàn)裂縫系統(tǒng)的復(fù)雜化及改造體積的最大化。

圖7 水平井不同穿行層段特征及歸類

段間采用“一段一策、差異化設(shè)計(jì)”模式，將儲(chǔ)層縱向各小層特征與單段工藝參數(shù)和泵注程序設(shè)計(jì)相結(jié)合。在水力裂縫作用下，天然裂縫與層理縫發(fā)生開啟、剪切、轉(zhuǎn)向，在不同范圍內(nèi)形成尺度不一的復(fù)雜裂縫系統(tǒng)，因而核心在于針對各小層如何有效提高裂縫復(fù)雜度，同時(shí)實(shí)現(xiàn)多尺度裂縫高效支撐。具體實(shí)施時(shí)結(jié)合水平井穿行軌跡，綜合考慮不同井段巖性物性、縱向應(yīng)力分布、層理及天然裂縫發(fā)育狀況、前期裂縫延伸擴(kuò)展規(guī)律認(rèn)識(shí)等方面，分3種類型對泵注程序進(jìn)行精細(xì)化設(shè)計(jì)（圖7）。主體采用“混合壓裂+組合加砂”的改造模式，泵注過程中減阻水和膠液等不同黏度液體多階段交替注入、段塞式加砂，通過合理設(shè)置泵注程序，優(yōu)化液體及支撐劑用量，以盡可能實(shí)現(xiàn)造復(fù)雜縫網(wǎng)的目標(biāo)。就①類儲(chǔ)層而言，由于層理不發(fā)育、脆性指數(shù)小，且發(fā)育一定數(shù)量天然裂縫，關(guān)鍵在于提高導(dǎo)流能力和凈壓力，增加結(jié)構(gòu)弱面剪切幾率；利用前置膠液高黏特性充分造縫，促使主縫向下部延伸溝通優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層，后期利用減阻水溝通天然裂縫。②類儲(chǔ)層層理極發(fā)育、脆性指數(shù)高，易形成復(fù)雜度高的裂縫系統(tǒng)，關(guān)鍵在于促進(jìn)主縫延伸，由于頁理縫極發(fā)育，液體濾失量大，縫寬有限，對砂比提升較敏感，采用前置膠液增大凈壓力，同時(shí)拉伸縫高，突破頁理縫影響；通過增加粉陶階段液量及砂量，封堵微裂縫、降濾；適當(dāng)加大液量，促進(jìn)頁理縫剪切、滑移，提升改造效果。對于第③類儲(chǔ)層，關(guān)鍵在于提高縫內(nèi)凈壓力，促進(jìn)層理剪切滑移，提高裂縫復(fù)雜度。層理縫發(fā)育且應(yīng)力差異系數(shù)適中，在形成主縫的同時(shí)形成復(fù)雜裂縫。利用減阻水低黏、低摩阻的特性，更易進(jìn)入微裂縫，有利于促進(jìn)裂縫復(fù)雜化。通過加大100目支撐劑用量，加強(qiáng)暫堵、降濾作用，促進(jìn)主縫延伸；同時(shí)適當(dāng)增大用液量及加砂量，確保儲(chǔ)層充分改造。

3.3 復(fù)雜地質(zhì)條件下施工參數(shù)動(dòng)態(tài)調(diào)整

由于涪陵頁巖儲(chǔ)層平面及縱向上存在的非均質(zhì)性影響，加之頁巖儲(chǔ)層裂縫產(chǎn)狀、應(yīng)力特征較為復(fù)雜，不同類型頁巖儲(chǔ)層水力裂縫延伸擴(kuò)展規(guī)律也存在較大差異，可能造成拉鏈壓裂過程中同井組不同單井、不同井段施工情況亦存在明顯差別，特別是部分層段現(xiàn)場施工反映施工壓力高（80～110MPa）、壓力變化快（20MPa/m in）等特點(diǎn)，結(jié)合儲(chǔ)層特征對裂縫擴(kuò)展動(dòng)態(tài)進(jìn)行診斷分析，進(jìn)而調(diào)整工藝參數(shù)成為關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

水力壓裂施工曲線是泵注壓力、施工排量、砂濃度曲線實(shí)時(shí)組合，是壓裂時(shí)地面所得到的最實(shí)時(shí)、最直接的施工情況的真實(shí)反映。通過壓裂施工過程中微地震事件實(shí)時(shí)發(fā)生和施工曲線動(dòng)態(tài)變化的聯(lián)合顯示，可將微地震事件對應(yīng)于施工的各個(gè)階段，進(jìn)而分析研究壓裂形成縫網(wǎng)的空間產(chǎn)狀及其發(fā)育過程。不同地質(zhì)條件下壓裂施工曲線都存在典型特征和內(nèi)在規(guī)律性，綜合考慮不同特征頁巖裂縫延伸擴(kuò)展機(jī)理、壓裂施工曲線響應(yīng)特征以及微地震監(jiān)測等技術(shù)方法，可以對施工情況、地層情況和裂縫特征做出分析判斷，指導(dǎo)下一步施工措施調(diào)整，保證施工安全順利進(jìn)行。

近幾年來，在水平井組拉鏈壓裂實(shí)施過程中以微地震監(jiān)測為核心形成了施工動(dòng)態(tài)分析調(diào)整技術(shù)，將儲(chǔ)層特征、施工壓力變化、裂縫擴(kuò)展與微地震事件相關(guān)聯(lián)，通過裂縫延伸狀態(tài)實(shí)時(shí)判斷，在保證有效改造體積的基礎(chǔ)上，調(diào)整工藝參數(shù)促使裂縫轉(zhuǎn)向、提升復(fù)雜度?，F(xiàn)場實(shí)施過程中形成了以“變排量、變粒徑、變黏度”為特點(diǎn)的一系列措施手段。變排量包括施工前期的控排量、中后期的階梯提升排量。相比恒定排量注入，變排量施工時(shí)能進(jìn)一步提升縫內(nèi)凈壓力，促進(jìn)更多剪切裂縫的生成，有利于提高復(fù)雜度和壓后效果。變粒徑則是加砂過程中交替加入小粒徑和中等粒徑支撐劑，有利于提升不同尺度裂縫的分級(jí)支撐效果，發(fā)揮小粒徑支撐劑的封堵、轉(zhuǎn)向功能，促進(jìn)裂縫延伸及復(fù)雜化。變黏度是在泵注全過程中低黏減阻水、高黏膠液體系交替注入，可降低濾失和近井過度復(fù)雜，促進(jìn)裂縫延伸，同時(shí)變化凈壓力，促使天然裂縫/次生縫開啟，促進(jìn)裂縫復(fù)雜化。JS-2井第18段壓裂改造時(shí)，受區(qū)域擠壓應(yīng)力和天然裂縫平面分布非均質(zhì)性影響，第1次施工時(shí)存在壓力整體高位運(yùn)行、加砂量和砂比提升受限等問題。通過綜合儲(chǔ)層構(gòu)造、應(yīng)力和曲率三維疊合分析，并結(jié)合微地震事件展布規(guī)律，對原設(shè)計(jì)的排量、泵注程序等工藝參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)整，采取關(guān)井9小時(shí)后開展第2次壓裂，現(xiàn)場施工順利進(jìn)行，砂比也有明顯提升（圖8），同時(shí)微地震實(shí)時(shí)監(jiān)測結(jié)果顯示改造體積和裂縫復(fù)雜程度均得到有效提升（圖9）。

圖8 JS-2井第18段第1、2次壓裂施工曲線

圖9 JS-2井第18段第1、2次壓裂微地震監(jiān)測事件

4 涪陵頁巖氣田一體化開發(fā)實(shí)踐啟示

目前涪陵頁巖氣開發(fā)主要分布于地理?xiàng)l件復(fù)雜的山區(qū)，受地理地貌、施工井場、道路等條件限制，難以實(shí)現(xiàn)國外超大規(guī)?！肮S化”壓裂施工模式，而是選擇規(guī)模相對較小的叢式水平井組 “井工廠”壓裂模式,即在同一井場采用集中叢式布井，壓裂機(jī)組在多井間交替（或同時(shí)）壓裂施工?！熬S”拉鏈壓裂工藝參數(shù)設(shè)計(jì)及運(yùn)行模式較好適應(yīng)了涪陵地區(qū)地質(zhì)與山地地表特點(diǎn)，成為涪陵頁巖氣田優(yōu)質(zhì)高效開發(fā)的關(guān)鍵配套技術(shù)，是開發(fā)高速度、高質(zhì)量、高效益的壓裂新模式。截至目前，拉鏈整體壓裂及配套工藝技術(shù)在焦石壩區(qū)塊40多個(gè)平臺(tái)累計(jì)應(yīng)用200余口井4000余段，平均單井無阻流量為38.5×104m3/d，相比單井壓裂模式施工周期縮短30%～40%，單井產(chǎn)能、施工時(shí)效明顯提高。

(1)基于地質(zhì)工程一體化理念，“井工廠”壓裂工藝參數(shù)設(shè)計(jì)及運(yùn)行模式優(yōu)化成為實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益開發(fā)的關(guān)鍵。綜合考慮區(qū)域天然裂縫、地應(yīng)力展布、井間裂縫干擾機(jī)理，建立了以交叉立體布縫為核心的多井壓裂一體化設(shè)計(jì)技術(shù)，可促使井間、段間水力裂縫擴(kuò)展過程中相互作用，增加裂縫復(fù)雜程度及改造體積。

(2)對頁巖氣田開發(fā)而言，要實(shí)現(xiàn)地質(zhì)工程一體化，需打破各專業(yè)界限和“碎片化”管理壁壘，將管理體系構(gòu)建、生產(chǎn)組織模式優(yōu)化、開發(fā)技術(shù)支撐統(tǒng)籌考慮，強(qiáng)化技術(shù)創(chuàng)新、集成創(chuàng)新和管理創(chuàng)新，以實(shí)現(xiàn)“提高單井產(chǎn)能、經(jīng)濟(jì)效益開發(fā)”的目標(biāo)。

(3）在頁巖原生品質(zhì)差異較小的情況下，不同區(qū)域產(chǎn)能主控因素亦存在不同，如何認(rèn)識(shí)含氣性、可壓性、開發(fā)技術(shù)政策及壓裂工程等影響產(chǎn)能的主次關(guān)系，成為南方海相頁巖氣開發(fā)地質(zhì)工程一體化實(shí)施的關(guān)鍵。

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