页岩气压裂的几个关键问题与探索

页岩气体积压裂过程中,水力裂缝易沟通天然裂缝快速向前扩展并诱导地层沿裂缝面产生滑移,由此引发的井间压窜和套变问题已成为影响页岩气压裂安全高效施工的技术瓶颈。此外,由天然裂缝窄缝宽引起的裂缝欠支撑问题导致裂缝流动能力变差,进而影响页岩气储层改造效果。为此,针对页岩水力压裂中的井间压窜、套管变形和微裂缝支撑3个影响页岩气勘探开发和经济效益的关键问题,在大量文献调研基础上,结合理论与实验分析开展了机理研究:(1)在阐明压窜机理并分析主控因素的基础上,建立了基于机器学习的压窜干扰程度评价模型及预测方法,并依据井组缝网模型开展压窜控制措施评价,提出了缝端暂堵、老井关井等压窜防治工程措施;(2)基于应力分析建立了裂缝剪切滑移导致套变机理分析模型,通过分析压裂过程中与裂缝相交的套管受力变化,明确了天然裂缝流体压力升高是引发套变的主要因素,并从压裂施工和建井两个方面提出了套变防治方法;(3)结合颗粒运移模型和大型平板输送实验分析了微支撑剂的运移机理,通过导流能力实验证实了微支撑剂提高裂缝流动能力的有效性。经现场应用表明:所提出的压窜和套变防治措施能够显著提高压窜恢复程度,降低套变率,采用微支撑剂可以大幅度提高页岩气压后产量,为深层页岩气的规模效益开发提供了技术支撑。

论储层评价中的五性关系

储层空隙空间结构(孔隙、裂缝和溶洞)十分复杂,完全破坏了传统的储层四性关系,在储层评价中暴露出越来越多的矛盾,严重地阻碍了该技术的发展。为此,从展示这些矛盾的根源入手,进行了大量的实例研究,并提出了解决方案。研究表明,复杂空隙结构储层中常见孔隙度与渗透率、孔隙度与含水饱和度、绝对渗透率与有效渗透率、电性与含油气性的矛盾,其孔隙的类型、孔喉大小、裂缝产状等因素是造成这些矛盾的主要原因。在此基础上提出了储层空隙空间几何特性的概念,并分别探讨了定量或定性描述孔隙、裂缝、溶洞几何特性的方法:①孔隙。孔、喉大小与岩石结构和物性、含流体性质的关系;孔隙类型与含流体性质及测井响应特性的关系。②裂缝。产状与孔隙结构指数(m)的关系;径向延伸与深浅探测电阻率的关系;张开度与裂缝渗透率的关系;产状与储层基质岩块含水饱和度的关系;发育指数与岩性的关系。③溶洞。大小、连通状况与m值和3种测井(中子、密度、声波)孔隙度的关系;充填程度与测井响应特性的关系。所建立的储层空隙空间几何特性与岩性、物性、含流体性和电性的五性关系,从根本上提高了复杂储层(如碳酸盐岩等)评价的水平。