页岩气藏促缝保缝新型压裂液展望

页岩气藏促缝保缝新型压裂液展望

谢泽洪  陈维 夏旭华 曹陈义 臧梓义

 中国石油西部钻探吐哈井下作业公司   新疆 吐鲁番 鄯善 838200 ）

摘要：页岩气储层基块致密，低孔低渗，投产前必须进行大规模压裂改造以构建气相流动通道；页岩气井投产后，通常表现出初产高、压力与产量衰减迅速的特征，这是由于压后页岩储层内部自支撑裂缝闭合导致的。应基于地质-工程一体化理念，对页岩储层自支撑裂缝闭合的原因进行分析，并优化压裂液体系，形成储层改造-保护一体化工艺。本文对国内外页岩气压裂裂缝长效保持及页岩气藏储层保护的研究进行了调研，并总结了页岩油藏增缝保缝压裂液体系的研究进展。

关键词：页岩气；储层改造；压裂液；储层保护

页岩气是近年来最具代表性的非常规油气资源[1]。美国最早开始进行页岩气资源勘探开发，其页岩气年产量在 2015 年已达到 4 302×108 m3，占美国天然气年产总量的 56.1%[2]。我国页岩气开发起步较晚，但资源规模大，富集于四川盆地、鄂尔多斯盆地、塔里木盆地等，有巨大的开发潜力[3,4]。2022年，我国页岩气产量达到240亿立方米、占全国天然气总产量的10.9%，形成了规模化开发。

但遗憾的是，我国页岩气经济效益不够，难以达到高效开发的标准。压后产量及压力衰减过快、稳产困难的问题一直是制约页岩气高效开发的重要因素。围绕着页岩气井稳产，国内外学者展开了大量研究。Lu等人提出了一种计算方法以模拟页岩自支撑裂缝导流能力的影响，拟通过增加压裂作业过程中裂缝形态的生成来消除闭合应力的影响，进而实现自支撑裂缝的保持。但要在压裂作业期间保证裂缝生成形态的变化是较为困难的，对工艺设备需求较高。而在压裂液体系上进行优化，改变自支撑裂缝的生成或保持模式，或许是较为理想的方法。基于此，游利军等人[7]提出对压裂液进行氧化处理，在页岩内部形成有机质及黄铁矿溶蚀孔道，进而促进次生裂缝的生成；Shao等人提出将高矿化度体系作为压裂液使用，使裂缝内部自生盐结晶，从而实现自支撑裂缝导流能力不亚于支撑裂缝。

本文在对国内外关于页岩气井裂缝保持的相关研究进行调研的基础上，综合分析了各种新概念、新技术、新工艺、新体系的可行性与优劣势，并针对页岩气井产量衰减迅速的问题，对压裂液体系的发展提出了自己的见解。

1氧化型促缝压裂液

1.1储层氧敏性概念的提出

页岩储层形成于还原条件下，富含大量有机质与还原性矿物，如黄铁矿等。有机质与黄铁矿会与氧气及氧化性工作液发生反应，从而造成储层的敏感性，即氧敏。对于胶结程度较差的砂岩储层，发生氧敏使得黄铁矿与沥青质溶解，可能会导致岩石胶结程度降低从而导致储层渗透率下降，即发生氧敏损害，甚至造成出砂严重影响油气井产能。最直观的反应是暴露在空气中的页岩岩心会极易发生破碎，这是氧敏作用的一大体现（如图1）。而对于页岩储层来说，受制于其极高的黏土矿物含量，且由于其基块致密，并具有页理，氧敏作用发生并不会造成出砂等情况，从而保证了氧敏作用的负面效果会较低。

图 1页岩气井井下岩心——氧敏作用对岩心完整的影响

1.21.2 从氧敏到氧化增渗——富有机制页岩储层改造的新方向

有机质与黄铁矿在页岩地层内的非均匀分布，为氧化作用下页岩储层形成非均匀溶蚀创造了良好条件。氧化性工作液进入储层后，与有机质条带发生反应，形成新的渗流通道，进一步沟通基块与水力裂缝；同时，由于氧化反应是放热反应，热效应作用下页岩的膨胀进一步使得次生裂缝得以延伸，从而大大加强增产改造的效果。

此外，在富有机制页岩氧化增渗方面，学者还发现氧化作用可以降低储层热致裂的阈值。这就使得层内自生热成为可能，从而达到热激增渗的目的。而由于热效应会使高分子聚合物裂解，在稠油开发、层内解堵解除损害等方面就都可以加以利用。同时，热效应会使层内水分子运动加速，从而缓解水相圈闭损害。

1.3 氧化作用解除压裂及返排过程损害

压裂作为一种增产改造措施，目的是使储层产生足够油气流动的通道，从而提高渗透率。但种种现实问题的制约，使得压裂过程中可能会产生储层损害，从而降低油气层的渗流能力，或者至少使压裂效果无法达到预期。体积压裂将大量水带入地层，形成水相圈闭损害；压裂液破胶残渣滞留储层，形成固相堵塞损害；压裂及返排过程诱发伊利石等速敏性矿物产生速敏损害等。这是压裂作业的固有问题。

如何从压裂液的角度解除损害是值得思考的。事实上，由于氧化作用增强了页岩的渗吸能力，使得大量的压裂液通过次生裂缝进入储层，从而使得水相圈闭得以缓解。此外，有机垢堵塞也可以通过氧化的手段进行解堵。

2高矿化度保缝型压裂液

2.1 盐结晶自支撑裂缝形成机理

天然裂缝具有足够高的导流能力，有助于提高压后产能。然而，天然裂缝闭合是压裂过程常遇到的问题。天然裂缝需要足够的支撑，以避免闭合，但天然裂缝的小尺度决定了支撑剂无法进入，从而进行支撑。

盐结晶作为支撑剂，可以避免天然裂缝闭合，同时解决了支撑剂难以进入的问题。使用高矿化度的压裂液在层内形成盐结晶以支撑裂缝时较好的设想。

2.2 盐结晶自支撑裂缝的难点与挑战性

要使盐结晶作为支撑剂在裂缝中存在，首先需要确保盐结晶生成的时空分布。如果能在压裂液返排的过程中生成盐结晶，则时间问题解决；如果能在垂直于缝面的方向生成盐结晶，则空间问题亦解决。

然而，在化学领域，现在能实现时空同时到位的情况下生成完美的盐结晶，还较为困难。且油气井远离地面，操控难度大幅增加，这些是需要进一步研究的。

3结论

（1）裂缝闭合是制约页岩气藏高效开发的重要因素，工艺手段难以实现，需要寻求压裂液优化方法，实现促缝保缝；

（2）氧化作用是页岩储层改造的新思路，氧化作用不仅可以实现促缝，还可以解除一系列压裂过程及压裂液导致的储层损害；

（3）盐结晶自支撑裂缝是页岩储层改造的可行选择，通过高矿化度压裂液生成的盐结晶对裂缝的支撑作用，可以有效保护天然裂缝，但目前该工艺不完善，有待于进一步研究与试验。

参考文献

[1]赵振峰, 王文雄, 徐晓晨, 等. 鄂尔多斯盆地海相深层页岩气压裂技术[J]. 石油钻探技术, 2023, 51(5): 23-32.

[2]门晓溪, 韩志辉, 王磊. 页岩气资源勘探开发历史及现状[J]. 新疆石油地质, 2018, 39(3): 372-376.

[3]明盈, 孙豪飞, 叶玥豪, 等. 川东北地区页岩气地质条件及其勘探潜力——以峰探1井上二叠统吴家坪组为例[J/OL]. 天然气勘探与开发, 2023, 46(4): 133-147. DOI:10.12055/gaskk.issn.1673-3177.2023.04.014.

[4]王建, 郭秋麟, 赵晨蕾, 等. 中国主要盆地页岩油气资源潜力及发展前景[J]. 石油学报, 2023, 44(12): 2033-2044.