页岩气储层体积压裂改造体积影响因素分析

李飒爽 李士斌

摘 要：体积压裂技术的发展是页岩气储层成功开发的巨大推动力。在北美的页岩气藏的开发中体积压裂技术已经取得了显著的成果。其本质上属于水里压裂期间，增大自然形成的缝隙以及使硬度较小的岩石出现剪切滑移，得到自然与人力两种环境下纵横密布的裂缝网络结构，以此扩大处理体积，获得更多的原始产量与采收成果。在不同缝网参数角度，对页岩气储层体积压裂改造体积的影响因素进行分析。

关 键 词：页岩气；改造体积；导流能力；裂缝形态

中图分类号：TE 357 文献标识码： A 文章编号： 1671-0460（2016）04-0749-03

Abstract： The successful exploitation of shale gas reservoir is greatly driven by development of volume fracturing technology， which has received remarkable effect in the shale gas development in North America. It is essentially by broadening cracks created by natural force and causing shear displacement of the low-hardness rocks during hydro-fracturing， to create a crisscrossing fracture network structure combining both nature and manpower， expanding processing volume to gain more original yield and harvest results. In this paper， influencing factors of stimulated reservoir volume during volume fracturing reconstruction of shale gas reservoir were analyzed.

Key words： Shale gas； Reconstruction volume；Conductivity； Fracture morphology

我国的页岩气可采储量约为 ，具有广阔开采前景。但由于页岩气储层属于低孔—超低渗透储层，为了实现经济开采必须进行压裂作业[1]。页岩储层孔隙度一般为4%～6%[2]，未经压裂的页岩基质渗透率一般为10-4～10-9 [3，4] 。而处于低孔、低渗、低压等环境时，因为储集层基质无法为裂缝进行合理输液，普通的压裂模式通过独立压裂主缝无法实现初期设定的产量提升标准，所以需要推出更加合理的压裂改造手段，因而“体积压裂技术”的出现至关重要。经过实践表明，它在页岩气、致密砂岩气等领域发挥了极佳的作用，我国目前同样针对这项技术进行了深入的探讨，利用这项技术有效的完成了超低渗透区块内部储集层的优化工作。在致密油藏经济领域，这一技术一定会具备更大的发展前景。

1 体积压裂的概念

正这一技术的发展历经了几个重要的时期，从最开始的技术研究、启蒙、深入探讨直至目前的全面使用，一步一步实现了对它的认知。其本质上属于水里压裂期间，让主裂缝中产生大量裂缝以及扩大自然形成的缝隙，得到与普通裂缝存在差异的裂缝网络结构，提高井筒、储集层覆盖面积，调整其渗流效果，获得更多的原始产量与采收成果。

这种技术的形成，是基于体积改造这一全新的现代理论而提出。体积重置概念的产生，与过去压裂概念存在较大的差异，作为现代压裂概念进步的关键。普通压裂技术主要利用线弹性断裂力学这一概念得到的一项操作方式。这一技术操作使其需要假定压裂人工裂缝起裂是张开型，同时顺着井筒射孔层段得到双翼对称裂缝。通过独立的主裂缝有效提升储层渗流效果，主裂缝上方始终未基质朝着裂缝出现“长距离”渗流，不足之处在于垂向主裂缝其渗流效果并没有实现提升，主流渠道并没有帮助所有点的渗透效果得到加强。接下来的分析虽然针对裂缝类型进行了调整，然而设计的复杂型裂缝并不多，相关概念没有实现进一步发展。那么结合“体积改造”确定的含义，最终得到相对繁琐的网形裂缝体系，裂缝后期的改变并非单一的张性力影响，同时表现出剪切、位移等力学活动。

2 改造体积对页岩气产能的影响

在常规油气藏和致密砂岩气藏中，常用单层裂缝的半长和导流能力作为增产压裂的主要描述参数。但是在页岩气藏中这些参数并不足以较好的表述增产特征。这便是提出改造体积（SRV）这个相关参数的原因。改造体积可以通过微地震图测得，其与泵入流体体积和井的生产动态有关。

微地震图显示出缝网的大小和改造体积相关。M.J. Mayerhofer等[5]通过对5口Barnett页岩气井的缝网长度和泵入工作液量的统计分析，证明了改造体积与缝网大小紧密相关。这里用总缝网长度表征裂缝的复杂程度，用注入液量表征SRV的大小。显然，随着裂缝缝网尺寸和复杂程度的增加，改造体积也显著增大。Fisher等[6]详细分析了Barnett页岩中水平井的微地震测试结果，表明气井产量直接与改造体积的大小关联。Mayerhofer等也通过一系列的数值模拟显示出井的生产动态受诸如改造体积这样的缝网性质的影响。

选择SRV作为量化增产的参数另一个的原因是，通过对于气井长期生产动态的观察发现，气井的泄气范围受SRV体积限制。这显示出气井的产能和改造体积间的紧密联系，改造体积直接控制着气井的最终累积产量。

图1是通过数值模拟器绘制出的储层改造体积与页岩产能的关系曲线。显然，改造体积越大，累积产量就越高。从图中还可以看出，随着时间的推移，较大的改造体积对于气井的累积产量的影响程度也会增大。即改造体积对页岩井的长期生产动态的影响大于短期。这主要是由于随着生产的进行，泄气面积逐渐扩大。较大的SRV显然能够提供较大的最终泄气面积，从而能够大幅度地提高气井产能。

3 缝网参数对储层改造体积的影响

3.1 裂缝间距

在裂缝间距低于（20 m），偏大的储层改造体积方可达到理想的标准。原因在于同等体积之中，间距偏低时，也就代表此裂缝比较紧凑，改造所涉及的区间中油藏流体在经基质抵达裂缝时，所用的时间越少，那么渗流阻力随之变小，从而提升产油量。

3.2 主次裂缝的导流能力

处理普通压裂情况时，往往将独立裂缝导流效果确定成裂缝品质鉴定的关键性标准，可以使油井生产动态情况发生明显的改变。因而，体积压裂裂缝网络导流水平会使后期的开发情况发生改变[7]。体积压裂改造阶段，在支撑剂合理置于裂缝网络内部后，次裂缝存在相应导流效果； 但是在支撑剂过多的出现于主裂缝内部时，则会使其本身拥有关键性导流效果，而实际的导流水平则与支撑剂具体参数有关，次裂缝导流作用并不明显，大概是主裂缝 1 /30[8，9]。

同等体积中，当主裂缝导流作用明显时，累积产量也随之上升； 如果其长度和导流效果达到某一标准，提升改造体积时产量将不再变化。累积产量也同样会随着次裂缝导流能力的增大而增加，同时改造体积上升期间，累积产量随之上升。而裂缝网络改造区间一定后，即便次裂缝导流效果进一步提升，也不会使累积产量出现实质性波动。不仅如此，次裂缝会在改造体积扩大后，相应的提升产能，如果次裂缝导流水平超过 4 μm2·cm ，累积产油情况在改造体积扩大时同样会得到相应的提升[10，11]。

3.3 裂缝形态

Gu等[12]发现水利裂缝与天然裂缝相互作用只会产生两种情况：水力裂缝没有穿透天然裂缝，水力裂缝会沿着天然裂缝延伸；或者相反水力裂缝穿透天然裂缝向前延伸，当压裂液进入天然裂缝且缝内压力超过壁面正应力时，天然裂缝会开启成为水力裂缝的分支，反之天然裂缝闭合。显然在第二种情况下，水力压裂波及范围更大，能够形成更为复杂的裂缝网络获得足够大的改造体积。

水力裂缝能否穿透天然裂缝、天然裂缝能否重新开启主要由：空间三向主应力大小分布、天然裂缝处产状、摩擦系数、内聚力、地层岩石的抗张强度等性质决定。天然裂缝能否开启具体判别方法如下：

确定4类具有代表性的体积压裂裂缝表现，采取数值模拟分析模式，确定它们在致密油藏处理阶段的作用。模型结合EQ-LGR调整缝网，流体PVT、相对渗透率曲线所需要的数据全部设定成实践操作阶段得到的真实值。压裂直井主裂缝导流水平是20 μm2·cm，次裂缝导流水平是0.7 μm2·cm，通过定井底流压衰竭技术进行处理，对10年内的情况实施模拟（图2）。

由图2可以看出，常规压裂产生单一裂缝初期日产量较低，而体积压裂改造单井完成阶段产能便得到有效的提升，相当于独立裂缝直井14倍，而在10 年后，前者相较于后者其产油量整体增加7 505 m3（图3）。原因在于，普通压裂形成双翼对称裂缝并不能提升储集层渗流效果，而体积压裂改造所得复杂型裂缝网络可以让油气通过不同渠道由裂缝网络抵达井筒，节省时间，无须运用过多驱动压力，完善储集层实际动用率，完善储集层横向动用效果。无论哪种裂缝发展，均扩大了和地层之间的接触，所以作用更加明显。

4 结 论

（1）采取体积压裂形式重建储层，得到大量主裂缝后，让自然形成的裂缝继续增大，脆性岩石则进行剪切滑移处理，确保自然裂缝与岩石层理进行对接，同时于主裂缝附近引起次生裂缝，然后以此为基础使裂缝不断延续，得到自然、人工两种裂缝纵横交错架构。合理提升页岩气储层渗流条件，完善储层动用表现，是页岩气储层开发的有效手段。

（2）裂缝间距偏低，偏大的储层改造体积方可达到理想的标准； 同等体积中，主、次裂缝导流作用加强，产油量得到提升； 当主裂缝长度与导流水平达到相应标准，体积扩大也不会让累积产油量得到任何改变，不仅如此，次裂缝会在改造体积扩大后，相应的提升产能，如果次裂缝导流水平超过 4 μm2·cm ，累积产油情况在改造体积扩大时同样会得到相应的提升。

（3）水力裂缝和自然存在的裂缝彼此影响时，若前者能够贯穿后者，并使天然弱面开启，说明水力能够有效沟通天然裂缝。在这种情况下，水力裂缝能够波及较大的面积，能够形成复杂的裂缝网络又能获得足够的储层改造体积。

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