四川盆地长宁地区页岩气水平井组“拉链式”压裂实践
钱斌, 张俊成, 朱炬辉, 方泽本, 寇双峰, 陈锐
中国石油川庆钻探工程公司井下作业公司

作者简介:钱斌,1965年生,教授级高级工程师;主要从事油气藏增产改造技术的研究与管理工作。地址:(610051)四川省成都市成华区瑞丰巷6号。电话:(028)86019266。E-mail:qianb_sc@cnpc.com.cn

摘要

经过几年的探索和实践,在四川长宁—威远国家级页岩气示范区内相继完成一批直井和水平井体积压裂改造并获得工业产能,初步形成了自主页岩气储层改造技术,下一步需要探索解决的就是如何通过“工厂化”模式来提高压裂作业效率的问题。为此,介绍了我国第一个页岩气丛式水平井井组长宁A平台的部署情况,针对该平台压裂改造工艺要求和四川盆地山地地形特点,对该平台“工厂化”作业模式进行了优化设计,在国内首次采用“拉链式”压裂作业模式对该平台开展了“工厂化”压裂。通过地面标准化流程、拉链式施工、流水线作业和井下交错布缝、微地震实时监测,实现了每天平均压裂3.16段,最大限度增加储层改造体积,充分体现了“工厂化”压裂对页岩气丛式水平井平台大规模体积压裂改造的提速、提效作用。同时还针对该井组“拉链式”压裂的施工工艺、作业模式、地面配套以及压后初步评价进行了综合研究分析,“拉链式”压裂实践表明:2口井的“拉链式”压裂相对于该地区前期水平井单井压裂作业而言,效率提高78%、增产改造体积增加了50%。

关键词: 四川盆地; 长宁地区; 页岩气; 水平井; 井组; 工厂化; 增产改造; 拉链式压裂
Application of zipper fracturing of horizontal cluster wells in the Changning shale gas pilot zone, Sichuan Basin
Qian Bin, Zhang Juncheng, Zhu Juhui, Fang Zeben, Kou Shuangfeng, Chen Rui
Downhole Service Company of Chuanqing Drilling Engineering Co., Ltd., CNPC, Chengdu, Sichuan 610051, China
Abstract

After several years of exploration practices in the Changning-Weiyuan national-level shale gas pilot zone, industrial production has been achieved in a number of vertical and horizontal wells completed by SRV fracturing and stimulation, and a series of independent shale gas reservoir stimulation technologies were initially developed. The next step is to continue to explore a factory-like model to improve the efficiency of fracturing operation. Therefore, this paper introduced the deployment of Changning Platform A, the first cluster horizontal shale gas well group, and the design optimization conducted for the factory-like operation model of this platform according to the requirements for platform fracturing stimulation technologies and the landform characteristics of Sichuan mountainous areas. On this basis, a zipper fracturing model was first proposed for factory-like fracturing of the platform. In combination with standard field facilities, zipper fracturing, assembly line work, downhole fracture staggered arrangement, and micro-seismic monitoring in real time, 3.16-section fracturing was averagely completed every day, maximizing the stimulated reservoir volume and fully reflecting the performance of factory-like fracturing in improving the speed and efficiency of the large-scale SRV fracturing of shale gas cluster-well platform. Moreover, we systematically researched and analyzed the construction process, operation model, ancillary ground facilities and post-fracturing initial evaluation of the zipper fracturing in the well cluster. Finally it was concluded that the zipper fracturing in the two wells increases the efficiency by 78% and stimulated reservoir volume by 50% compared with the single-well fracturing at the preliminary stage in this area.

Keyword: Sichuan Basin; Changning Block; Shale gas; Horizontal well; Well cluster; Factory-like; Stimulation; Zipper fracturing

页岩气储层具有超低孔隙度、低渗透率的特征, 若不借助水力压裂无法实现经济开采[1, 2]。2009年, 中国第1口页岩气直井实施了压裂并获气, 从此拉开了川渝地区页岩气勘探开发序幕[3]。通过几年的探索和实践, 在长宁— 威远国家级页岩气示范区内相继完成一批直井、水平井体积压裂改造并获得工业产能, 初步形成了自主页岩气储层改造技术[4], 在此基础上通过开展丛式水平井平台“ 拉链式” 压裂现场试验进一步探索页岩气高效开发模式[5]。长宁A平台丛式水平井组“ 拉链式” 压裂的成功, 标志着四川盆地页岩气初步实现了直井— 水平井— 丛式水平井组“ 工厂化” 压裂改造的跨越, 页岩气改造趋势已从单一水平井分段改造趋于井组化的井工厂压裂改造。可以预见, 丛式水平井组结合“ 工厂化” 压裂将逐渐成为页岩气规模效益开发的主流技术。

1 水平井井组概况

A平台是四川盆地长宁— 威远国家级页岩气示范区第1个“ 工厂化” 试验平台, 是长宁区块继直井探井、水平井评价井后部署的第1个水平井平台, 目的层位为志留系龙马溪组。该平台同井场布井6口, 成2排分布。计划首先完钻上倾方向的1井、2井、3井, 并对此3口井实施压裂作业和测试投产(表1)。

表1 A平台基本情况表
2 “ 拉链式” 压裂现场实践
2.1 压裂工艺

针对页岩气储层超低孔低渗的特点, 以增大裂缝与储层接触面积、产生复杂网状裂缝为目的, 形成以“ 大液量, 大排量, 低砂比, 段塞式滑溜水注入” 为特征的体积压裂技术, 并配套形成满足体积压裂改造的大液量储液、大排量连续供液、压裂液连续混配、连续供砂、电缆泵送桥塞与分簇射孔联作、分段压裂、微地震监测、连续油管钻磨、压裂返排液回收利用等全套工艺技术系列[6]

2.2 “ 拉链式” 压裂作业模式

长宁A平台2口水平井采取 “ 拉链式” 压裂的作业模式, 即同一井场1口井压裂, 1口井进行电缆桥塞射孔联作, 两项作业交替进行并无缝衔接(图1), 同时在另1口实施微地震监测, 之后单独对监测井进行压裂(图2)。具体作业流程如下:①一套压裂设备先对1、2井实施拉链作业; ②电缆作业设备在1、2井之间倒换, 进行下桥塞和坐封作业; ③压裂3井的同时, 1、2井开始钻磨桥塞, 完毕后钻磨3井桥塞; ④钻磨完1口井的桥塞即开始放喷排液, 最终实现3口井放喷排液。

图1 A平台“ 拉链式” 压裂模式示意图

图2 “ 拉链式” 压裂作业流程图

2.3 “ 拉链式” 压裂地面配套

“ 拉链式” 压裂作业期间的主要地面设备有压裂、混砂、连续混配、电缆作业、连续油管和地面排液设备等, 还有供水、液罐、砂罐、酸罐等辅助设备。此外, 设计研制了现场连续加油设备, 保障现场设备连续作业, 通过特殊多通道压裂井口满足长时间大排量压裂施工需求, 国内首创的“ 工厂化” 压裂指挥中心以统一指挥整个“ 拉链式” 压裂作业(图3)。

图3 A平台“ 拉链式” 压裂现场图

考虑到“ 拉链式” 压裂涉及众多作业内容和大量交叉作业, 现场按照功能区布置地面设备, 设备的摆放同时兼顾操作方便性以及安全性。地面供水采用水源— 储水池— 过渡液罐三级供液模式, 相邻平台3个储水池进行集中统一调配, 保障“ 拉链式” 压裂供水要求。

压裂设备分为加砂压裂车组和泵送桥塞车组, 其中加砂压裂车组水马力为38 000 hp(1 hp=735.499 W), 采用流线型布局, 减少长时间高压泵注中的管路磨损。两套车组通过不同的流程分开连接, 两套流程都能够实现两口井间的快速切换和压力隔离, 提高交叉压裂作业效率, 减少交叉作业中的高压风险。

2.4 “ 拉链式” 压裂实施效果

通过对A平台1井、2井24 h不间断作业, 安全优质高效地完成国内首次页岩气丛式水平井组“ 拉链式” 压裂, 其间没有发生任何损失工时事件, 充分体现了“ 施工作业的规模化、工艺实施的流程化、组织运行的一体化、生产管理的精细化、现场施工的标准化” 的“ 工厂化” 压裂作业特点。

24段“ 拉链式” 压裂平均每天压裂3.16段, 最多1天压裂4段, 平均单段液量1 800 m3, 砂量80 t。段与段之间的准备时间在2~3 h, 完成设备保养、燃料添加等工作。施工效率比传统压裂方式提高了78%, 极大地提高了作业时效。

1井、2井压裂后的返排液经过现场回收处理, 在3井的压裂中进行了重复利用, 利用率达到86.7%, 返排液重复利用时的降阻率为68.2%~71.5%, 满足体积压裂工艺要求, 实现了高效、环保的压裂作业。

3 “ 拉链式” 压裂改造效果分析

A平台“ 拉链式” 压裂中, 1井和2井每段压裂施工的瞬时停泵压力差异明显, 通过压力监测和微地震监测技术实时监测了3口井的压力和裂缝延展情况, 后续段压裂时在施工压力和微地震监测(图4)上均未发现串通已压开裂缝的迹象。

图4 A平台“ 拉链式” 压裂微地震监测结果图

从微地震监测结果看到, 人工水力裂缝主要受到地应力控制, 因此微地震监测结果显示出与井筒较好的正交性, 横切裂缝有助于实现最大化的增产改造体积[7, 8, 9], 而水平井间交错布缝增加了裂缝的铺置效率。

2口井“ 拉链式” 压裂总的改造体积达到3× 108 m3, 远远超过直井单段压裂的改造体积, 较常规水平井分段压裂的改造体积(图5)增加了50%以上。另一方面, “ 拉链式” 压裂过程中所产生的微地震事件点数也大大多于同平台邻井单井压裂时产生的微地震事件点。由此可以得出, 丛式水平井平台的“ 拉链式” 压裂对于增加页岩气水平井的增产改造体积具有较大的促进作用, 井间和段间的应力干扰有助于裂缝转向, 形成更加复杂的缝网, 从而优化体积裂缝的铺置, 提高丛式水平井平台的体积压裂改造效果[10]

图5 A平台与长宁地区其他井改造体积对比图

4 结论与建议

1)实践证实“ 拉链式” 压裂作业模式有助于提高作业效率, 降低运行成本, 在长宁A平台得到成功应用, “ 拉链式” 作业效率较前期单井顺序压裂提高了78%, 为下一步页岩气丛式水平井平台的规模应用提供了成功经验。

2)丛式井“ 拉链式” 压裂通过井间和段间的应力干扰有助于裂缝转向, 能够形成更加复杂的缝网和沟通更大范围的储层有利区域, 形成更大的储层改造体积, 具有较为明显的优势, 两井“ 拉链式” 压裂增产改造体积提高50%以上。

3)水平井井眼方位需要同时考虑地层应力方向、天然裂缝发育方向等决定压裂裂缝扩展的主要因素, 力求形成垂直于井筒方向的人工裂缝, 从而形成最大化的增产改造体积。

4)水平井巷道间的距离需要根据地层特点(地应力、天然裂缝)、井筒方位确定, 需要利用应力方向的改变实现裂缝转向, 但亦须控制井间裂缝的过度干扰、重叠, 避免对压裂现场实施造成影响。

5)在“ 拉链式” 压裂过程中, 涉及大量作业内容和交叉作业, 如何控制其中的各种安全风险和简化、优化作业流程是目前现场需要解决的迫切问题, 有待相关操作程序和安全规范的制定和完善。

The authors have declared that no competing interests exist.

参考文献
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