火山岩油气藏压裂改造工艺技术研究

火山岩油气藏增产改造工艺技术研究汇报：陈守雨博士Tel：13329508586E-Mail：[e-mail]目录一、项目概要二、理论突破与技术创新三、应用情况、效益及前景埋藏深：2800-4600m、温度高：120℃—180℃、压力系数1.05-1.15；岩性复杂：流纹岩、玄武岩、安山岩、英安岩、流纹质熔结凝灰岩等；储集类型多样：孔隙型、孔隙与裂缝组合、基质溶孔与裂缝组合、斑晶溶孔与裂缝组合，以及裂缝型储集层；流体多样：烃类气、CO2气、氮气、水；储层物性差：储层平均孔隙度7.2%，平均渗透率为0.66×10-3μm2。火山岩储层基本特征火山口火山岩储气层特征与压裂技术难点侵出相喷溢相爆发相火山通道相外带亚相中带亚相内带亚相上部亚相中部亚相下部亚相热碎屑流亚相热基浪亚相空落亚相隐爆角砾岩亚相次火山岩亚相火山颈亚相火山-沉积相凝灰岩夹煤沉积再搬运火山碎屑沉积岩含外碎屑火山碎屑沉积喷溢相爆发相侵出相火山通道相火山岩岩相：爆发相、喷溢相等5种，还可细分为15种亚相。火山岩储层单层厚度50-360m，多为100m左右。必须对不同岩性岩相分别进行压裂试气评价。营一段二、三组岩相分布图爆发相混合相溢流相徐深气田兴城营一段火山岩岩相特征营一段一组岩相分布图爆发相混合相溢流相火山岩储层复杂，岩相变化快火山岩岩性解释火山熔岩火山碎屑岩粒径64mm粒径:2~64mm粒径2mm过渡3：火山角砾Ⅰ（火山碎屑流形成）1：凝灰岩2：原地火山角砾4：火山角砾Ⅱ（空落沉积形成）5：火山角砾Ⅲ（水携火山角砾）6：火山集块7：流纹岩8：英安岩9：安山岩10：玄武岩符合率87.5％矿物成分相同但成因、结构不同，岩性就不同裂缝分布及应力方向岩心描述与测试岩芯裂缝方向平面分布图徐深9井3771.26m处徐深8井3752.54m处徐深1井3633.05m2916.13m树枝状裂缝2862.0m高角度斜角缝.气孔2918.91m三组裂缝2898.20m流纹构造2972.0m三组裂缝2974.0m龟裂缝火山岩天然裂缝发育，局部构造变化复杂徐深气田主产层的岩性主要为：火山碎屑岩中的熔结凝灰岩、凝灰岩、火山角砾岩、集块岩；熔岩中的球粒流纹岩及流纹岩。徐深气田主产层的岩相主要为：热碎屑流亚相、隐爆角砾亚相、溢流相上、下部亚相、火山颈亚相、侵出相内带亚相。徐深气田主产层技术参数裂缝发育程度储层分类有效厚度（m）孔隙度(Φ)渗透率(10-3µm2)平均孔喉半径(µm)岩石密度（g/m3）密度（条/m）开启宽度（mm）采气指数(m3/MPa2.d)Ⅰ＞30＞10＞5＞0.5＜2.4＞10＞1.00.040(压前)Ⅱ10~305~101~50.25~0.52.4-2.4810-51.0-0.50.040(压后)Ⅲ10.1~10.1~0.255-30.1~0.5ⅢⅢ2＜10＜5＜0.1＜0.12.48-2.53＜3＜0.1＜0.0401火山岩储层压裂增产技术难点高角度多裂缝熔孔火山岩储层发育大量天然裂缝和熔孔，压裂过程中严重影响人工裂缝的开启和延伸，裂缝的复杂运动及其在空间上的展布难于进行数学描述，因此无法优化出针对其复杂特点的压裂施工方案。火山岩储层压裂裂缝启裂和延伸的机理难于认识2以往针对常规砂岩形成的压裂施工分析、判断和决策方法，无法适应火山岩储层复杂的地质条件，不能合理地认识地下裂缝变化规律，因此，现场施工无法根据压力特征作出正确判断，和采取及时的控制措施。缺乏火山岩压裂现场分析判断方法和控制技术3在埋藏深（4650m）、温度高（178.7℃）巨厚（168.2m）的火山岩储层实施压裂施工，所需的高温压裂工作液和工具管柱，在国内尚无成型技术。没有满足耐高温、高压、长时间施工需要的压裂工作液体系和配套的工具管柱以往的压裂改造目标主要针对砂泥岩，研究基础为“连续均匀介质”，根据弹性力学与断裂力学研究成果，裂缝启裂与扩展为理想的对称二翼模型。二、理论突破与技术创新技术创新1：建立火山岩裂缝启裂与延伸模型，形成了火山岩压裂优化设计理论基础对称二翼裂缝模型火山岩中含有大量的天然微裂缝和孔洞，研究基础为“多孔不连续非均匀介质”，目前尚无与之适应的系统破裂与延伸力学理论。根据大量岩石特征分析，火山岩微裂缝一种是沿井壁以多发高角度形式存在；另一种是在储层内随机分布，为此，建立起火山岩压裂裂缝启裂与延伸物理模型。火山岩裂缝模型二、理论突破与技术创新为了更为接近实际地表述火山岩压裂裂缝和进行模拟计算，创新性地采用随时间变化的三个参数(体积因子、滤失因子、开度因子)，描述了火山岩储层压裂裂缝的数量、滤失及在空间的展布特征。描述裂缝数量的体积因子描述裂缝宽度的开度因子描述压裂液滤失的滤失因子火山岩裂缝型储层的扩展模型以往常规储层压裂单一裂缝的模型，不能模拟火山岩裂缝储层双重介质、多裂缝的破裂与延伸，根据深层火山岩特殊岩性的特点（含有孔洞、微裂缝），我们引入了“多裂缝”的概念。改进后模型的计算压力特征已经与实际井底压力基本吻合，可较好地描述火山岩储层主裂缝与微裂缝的启裂与延伸过程。以上述理论为基础，形成了压裂模拟技术，可计算不同施工方案下，裂缝沉砂剖面，预测施工风险，并分析可控参数对实际施工的影响，确定有效措施，避免风险。技术创新2：形成火山岩压裂设计风险预测技术，解决了压裂施工成功率低的问题(模拟计算条件：地层微裂缝3条、滤失是正常的1.5倍)前缘脱砂时间100.5min，最大加砂92.3m3前缘脱砂时间65.7min，最大加砂54.0m3技术创新3：形成了测试压裂现场快速解释技术，为正确认识地层和进一步优化设计提供了依据针对火山岩储层特点，建立了等效多裂缝模型，针对微裂缝影响，评价裂缝入口摩阻、裂缝内有效压力、天然裂缝数、压裂液效率、裂缝高度和长度延伸情况。根据大庆火山岩储层特点，进行模拟计算，总结归纳，建立了测试压裂快速解释图版。为及时进行现场方案调整和控制提供了依据。针对近井筒多裂缝、微裂缝滤失、孔洞滤失等不同地层实际，攻关形成了固体降滤、液体降滤、封堵技术和变排量施工等多种控制主裂缝延伸技术。技术创新4：研究了主裂缝形成及延伸控制技术，确保压裂裂缝的有效扩展肇深10井全井段天然裂缝极为发育，为了保证压裂成功，采取了胶塞控制近井筒多裂缝，和远端排量补偿控制主裂缝扩展技术，保证了施工成功，增产效果明显。高角度裂缝压裂段微裂缝在170℃高温和170s-1的持续剪切破坏条件下，试验长达2.5h，粘度仍大于100mPa.s斯仑贝谢压裂液深层压裂液110mPa.s填补了国内空白技术创新5：研制了170℃高温压裂液体系，满足了储层高温和大规模施工的需要压裂液随温度升高，高分子体系逐步联结成立体网状结构，粘度逐渐升高，提高了压裂液抗剪切破坏能力，同时，自行研制温度稳定剂，解决了压裂液耐高温难题918MPa技术创新6：完成了深井压裂管柱及工具的研究，能够适应高温、高压井筒工作条件首先，通过有限元受力分析设计水力锚，在结构、材质上进行优化，采用4排12个锚爪均匀布置，解决高压上顶。其次，封隔器设计采用多级保护胶筒。研制出承压高、耐高温的复合橡胶材料。设计了特殊的胶筒肩部保护机构，改善胶筒肩部受力状况，保证了封隔器耐温耐压性能。运用构造应力场模拟恢复后的局部应力分布图以火山岩岩相、岩性分布规律为局部应力分布研究基础，以地震综合信息预测裂缝，以井点应力分布为约束条件，可形成构造应力场恢复技术。构造应力场模拟恢复技术能够通过对地层的构造发育历史进行反演和正演来计算每期构造运动对地层产生的应变量。最终把多期构造运动造成的应力叠加在一起。重大研究成果构造应力场模拟恢复通过对地层的构造发育历史进行反演和正演来计算每期构造运动对地层产生的应变量。最终把多期构造运动造成的应力叠加在一起K1g21裂缝综合预测图一类二类三类综合重大研究成果ECLIPSE双孔双渗模拟器中气藏中天然裂缝与人造裂缝的模拟简图在产量预测研究方面将依托ECLIPSE双孔双渗模拟器，将研究的局部应力研究成果植入，就可开展庆深气田压裂后产量预测工作，2005年曾对徐深1井150层压裂后产量进行了模拟工作见到较好效果。厚度：126.8m，深度3631.55m-3636.22m，储集类型：气孔杏仁构造发育，为孔洞-裂缝型储层。孔隙度和渗透率、含水饱和度:ELAN数字处理有效孔隙度为6-10.0%左右，渗透率为1-10mD，两种方法的平均为33%。ifsciscwiZTppTSAhG)1(01.0通过储量公式计算验证：•储量丰度：25.49×108/11.5=2.216×108m3/km2•米厚度储量丰度：2.216×108/17=0.1304×108m3/km2•应有储量：12×2.6176×0.1304×108=4.1×108m3•储量拟合与实际结果吻合ECLIPSE双孔双渗模拟器对徐深1井150层压裂后产量模拟在施工过程中，通过测试压裂解释评价分析，有些井存在解释的各项施工特征参数正常，而实际施工难度却很大；而有些井解释的各项施工特征参数异常，施工的难度却很小。分析特征参数存在假象：高停泵压力梯度高净压力高滤失系数对假象特征参数的判别方法:系统摩阻闭合压力净压力地应力剖面滤失系数停泵梯度压降曲线变化规律小排量停泵压降曲线初期形态停泵压力梯度0.02476MPa/m实际以2m3/min排量施工，最高砂比达到25%，共加入支撑剂36m3,替挤时地面压力达到94.26MPa。徐深1井测试压裂施工曲线234-235号层Time(min)DischargeRatem3/minPressure2MPa38.0146.4154.8163.2071.6080.000.0000.9031.8072.7103.6144.5170.020.040.060.080.0100.0停泵压力为55.45MPa停泵压力为66.05MPa徐深1井压裂施工曲线234-235号层Time(min)DischargeRatem3/minPropConcKg/m3Pressure2MPa0.032.064.096.0128.0160.00.0000.5001.0001.5002.0002.500020040060080010000.020.040.060.080.0100.0徐深1井234、235层停泵压力:0.02204MPa/m实际按设计正常完成施工砂比:7-14-18-22-25%加砂。宋深102井119号层统计2003年以来施工完成的井，探井压裂过程中发生裂缝滑移的储层共有18层，9层未完成设计规模。裂缝滑移会使射孔部位裂缝宽度减小，导致近井摩阻增加，砂比达到一定程度会在缝口产生砂堵。以往采用粉砂段塞进行打磨处理，对于滑移严重的层效果不明显。今年实施“动态胶塞”注入法进行处理，在发生滑移的排量下注入胶塞，使胶塞填充到裂缝滑移的部位停泵，然后重新起车。利用胶塞流动启动压力高的特点，控制裂缝滑移，提高了缝内的净压力。升深202井131Ⅴ号层测试压裂施工曲线Time(min)Pressure1MPaSuctionRatem3/min0.024.048.072.096.0120.0-0.0518.5637.1755.7874.3993.000.0001.3602.7204.0805.4406.800射孔井段：3082.0~3090.0m44MPa47MPa43.6MPa测试压裂：1.2、2.4、3.0m3/min压力下降，近井摩阻13.56MPa，分析判断：裂缝出现滑移。升深202井131Ⅴ号层G函数解释曲线DescriptionDateG函数时间井底测定压力(MPa)SurfPress[Tbg](MPa)(d/dG)SurfPress[Tbg](MPa)(Gd/dG)SurfPress[Tbg](MPa)隐含的携砂液效率(%)0.0001.1002.2003.3004.4005.5000.050.0100.0150.0200.0250.00.050.0100.0150.0200.0250.00.003.406.8010.2013.6017.000.00