浅谈页岩气水平井分段压泵优化方法

杨兆津 宋锐　赖欣

摘 要：随着社会经济的不断发展，人们的生活水平逐渐提高，而页岩气资源的出现有效的缓解了能源供给问题，为能源安全提供了有效的保障。但页岩气水平井分段压裂形成存在复杂性裂缝量化表征困难以及压裂优化方法不成熟问题，本文就页岩气水平井分段压裂存在的问题进行讨论，促使页岩气得到更好的开发。

关键词：页岩气;水平井;分段压泵;优化方法

前言

由于页岩气裂缝复杂且需要的考虑的因素较多，因此页岩气水平井压裂优化方法比常规的油气井压裂方法更为复杂和困难，随着科学技术的不断进步，在采用常规砂岩水平井分段压裂设计方法的基础上，又融入了新的审计原理，对网络裂缝的缝长和多导流能力进行优化。

一、复杂性裂缝量化表征新方法

（一）裂缝复杂指数的新定义

在水平井分段压裂产生裂缝时，假设其分支裂缝相互平行，且都与水力裂缝垂直，并在水利裂缝范围中对称。根据原有的裂缝复杂指数的定义，将分支裂缝的平均长度和水力裂缝长度的比值乘以4就是裂缝复杂性指数，此定义认为分支裂缝渗透面积与渗流干扰波是重合的，但实际上分支裂缝的密集程度没有达到裂缝渗透面积与渗流干扰波的重合程度。因此，针对这一情况又提出了一个新的定义：不同分支裂缝的长度与水力裂缝的长度相除，得到分支裂缝的缝宽，然后分支裂缝的缝宽与水力裂缝长度的比值乘以4，其值即为裂缝复杂性指数，表达式为：Fc1=IhI1

（1+If1）（1+Iw）其中：Fc1为裂缝负杂性指数;Ih为缝高的垂直长度;I1为缝长的延伸长度;IF1为缝间干扰因子;Iw为缝宽非平面扩展因子。

（二）分支裂缝渗流面积的确定

页岩基质的渗透性会对渗流区域有一定的影响，为此，针对这一情况应将应力干扰区叠加面积的近似值可以当作分支裂缝渗透波及面积。在计算应力干扰区叠加面积时，首先先计算水力裂缝的诱导应力传播区域，然后再计算分支裂缝的诱导应力传播区域，最后将这两个区域的面积叠加就是应力干扰区叠加面积。要是水力裂缝的传播速度比分支裂缝的半缝长，可以用原始水平应力差来压缩水力裂缝的诱导应力传播区域，但要注意的是，要是分支裂缝的压力小，且诱导应力传播距离有限，可以不考虑以水平应力差为界，直接计算水力裂缝和分支裂缝的渗流干扰波及面积。

（三）分支裂缝的延伸长度的确定

水力裂缝在扩展过程中要是遇到天然裂缝其曲线就会呈现出锯齿状波动。出现的压力波动可以反映出分支裂缝距水平井筒的远近，压力波动的幅度可以反映出分支裂缝的长度和宽度。利用压裂施工曲线可以将分支裂缝延伸的用液量的近似值计算出来，而分支裂缝的排量分配。目前还没有很好的计算方法，假设排水量1/10～1/5，且分支裂缝的底部压力比临界应力强度因子低，则分支裂缝不再延伸，运用同样的方法，可以计算出第二个分子裂缝的长度和宽度，以此类推，可以将各个裂缝的长度和宽度都计算出来，其裂缝复杂性指数也可以按照上述的公式计算出来。

二、页岩气水平井分段压泵优化方法

（一）水平层里缝/纹理缝发育储层

在压裂水平层里缝/纹理缝发育储层时，水利压力即使不能全部与水平层里缝/纹理缝沟通，也能在一定程度上对水平层里缝/纹理缝进行沟通。页岩最重要的特征就是层里缝/纹理缝的存在，要是层里缝/纹理缝呈多层叠置分布，它对水力裂缝的逢高的增长具有抑制的作用。随着科学技术的不断发展，在遇到层里缝/纹理缝时，水力裂缝能很快的沟通并且延伸，但由于受试验条件的限制，还未发现水力裂缝穿越第2条层里缝/纹理缝的情况，水力裂缝在穿越第一条层里缝/纹理缝后，就会消耗很大一部分能量，已经没有穿越第二条层里缝/纹理缝的能力，还有一种情况就是，层里缝/纹理缝被沟通后，其能量大部分被延伸的层里缝/纹理缝吸收，层里缝/纹理缝最理想的情况是不同层里缝/纹理缝都能被打开且得到最大程度的延伸，最终形成体积裂缝。为此，在打开第一条层里缝/纹理缝时，其延伸到达预期的缝长后，再注入高粘度胶液，并提高注入量，让其能量尽可能的打开第二条层里缝/纹理缝，最后在注入低黏度滑溜水，以此类推，达到所有层里缝/纹理缝都被打开且延神的目的。

（二）天然裂缝发育储层

在遇到天然裂缝发育储层时，要先判断该裂缝是张开型的还是潜在型的，其中张开型天然裂缝发育储层，可以尝试粉陶与常规大粒径支撑剂混合施工的方法来降低压裂液的失量，在张开型天然裂缝后，将粉陶与大粒径支撑剂按照比例进行混合，然后一起注入到裂缝中，因为粉陶的流动阻力小，会先行进入到裂缝中，而大粒径支撑剂流动阻力大，进入到裂缝中则显得较为困难，要是天然裂缝的宽度不足，则大粒径支撑剂就很难进入到其中。潜在型天然裂缝，可以先计算其张开压力，要是张开压力过大，裂缝的净压力相对较小，则天然裂缝在压裂施工中是不能张开的，反之，张开压力过小，天然裂缝在压裂施工中是张开的，就会造成主裂缝的缝长难以计算出来，针对这一情况，在压裂的初期就要选择优质的施工参数，以此来控制天然裂缝的张开压力，在主缝缝长满足设计的要求后，在提高主裂缝的净压力，让天然裂缝张开，进而最大限度的达到改造的目的。

（三）提高裂缝复杂性指数的技术措施

要想提高裂缝复杂性指数，就要增大天然裂缝的宽度和长度，延伸天然裂缝的主要技术措施：一降低压裂液的黏度，让其尽可能能多的进入到裂缝中，让天然裂缝得有更好的延伸，然后再通过模型来计算其延伸的长度的宽度;二是控制粉陶加砂机及加量等，但目前还没有可以模拟的定量。还有一种方法是主裂缝多次转向，其主要技术措施：主裂缝中的压力梯度越小，其转向就越大，可以采用低黏度压裂液来降低裂缝中的压力梯度，此外，还可以提高主裂缝的净压力，除了优化压裂黏度、液量等参数，还可以采用人工转向技术，如应用缝的缝内暂堵剂等。

结语

页岩气资源的出现有效的缓解了能源供给问题，为能源安全提供了有效的保障。但由于页岩气裂缝复杂且需要的考虑的因素较多，因此页岩氣水平井压裂优化方法比常规的油气井压裂方法更为复杂和困难，针对这一情况，在常规砂岩水平井分段压裂设计方法的基础上，又融入了新的审计原理，这为页岩气资源的开发提供了便利的条件。

参考文献

[1]赵小强.页岩气水平井裸眼分段压裂酸化管柱下入技术[J].石化技术，2019，26（06）：89-90.