页岩储层水平井多段多簇压裂理论

来源：赛杰奥

页岩裂缝类型

页岩油气作为典型的非常规油气资源，是常规油气资源的重要接替。中国页岩油气资源丰富，勘探开发潜力巨大。水平井多段多簇射孔、大规模滑溜水、大排量施工以“打碎储层”形成裂缝网络为目标的压裂改造是页岩油气开发的核心技术。如何系统考虑页岩储层压裂前评估、压裂中参数优化以及压裂后返排协同优化是提高页岩油气开发效果亟待解决的难题。

平板裂缝流动装置原理示意图及可视化裂缝测试系统实物图

《页岩储层水平井多段多簇压裂理论》（郭建春等著. 北京：科学出版社，2020.08）一书在广泛调研国内外页岩储层水力压裂相关理论与技术的基础上，结合我国海相页岩储层的特殊性，对页岩储层可压性评价、支撑/自支撑裂缝导流能力测试、多段多簇压裂裂缝及施工参数优选、支撑剂输送和铺置优化，以及页岩水相自吸和返排机理等方面的理论和技术最新进展进行全面、系统的阐述。

为了保证内容的完整性和系统性，第1 章简要介绍页岩气资源概况、中国南方海相页岩储层特征以及页岩压裂技术发展现状；

第2 章在分析目前国内外页岩可压性评价方法不足的基础上，建立一套综合考虑岩石脆性、地应力和天然裂缝综合影响的可压裂性综合评价方法； 

水力裂缝形态与可压性指数（FI）之间的关系

首先获取岩样的岩石力学参数、全岩矿物组分、天然裂缝发育情况，开展真三轴水力压裂模拟实验。压裂实验后岩样的水力裂缝形态主要分为三类：水力单缝、沿天然裂缝开启、复杂裂缝。利用室内水力压裂实验岩样的数据进行分析，水力裂缝形态与可压性指数有较好的一致性，根据计算的可压性指数，按以下标准进行判断：

（1） FI≤0.3：不能形成复杂裂缝。

（2）0.3＜FI ≤0.4：裂缝复杂程度一般。

（3） FI ＞0.4：裂缝复杂程度较高。 

第3 章根据页岩储层压裂后裂缝的不同支撑模式，通过改进美国石油协会推荐的导流能力测试装置、方法和流程，系统测试页岩储层压裂后支撑剂支撑和自支撑裂缝导流能力；

第4 章首先建立统一的页岩气多尺度运移表观渗透率模型，结合无限大地层点源函数、镜像反映以及Newman积分原理，考虑缝网离散段相互干扰、流量非均匀分布特点，建立储层-缝网多尺度耦合的页岩压裂水平井非稳态产能模型，优化压裂裂缝参数；

第5 章综合考虑裂缝诱导应力、滤失诱导应力、裂缝内流体流动、井筒中流体流动以及多裂缝扩展准则等，通过建立水平井多裂缝扩展数学模型，系统研究多裂缝扩展形态、应力分布及流量分配等规律，优化页岩水平多分段多簇压裂施工参数； 

不同裂缝簇间距下3 簇裂缝扩展形态示意图

第6 章通过设计和改进支撑剂在缝网中流动模拟装置，系统模拟清水和压裂液在裂缝中携砂运移和铺置规律，为确立合理的泵注参数提供依据；

第7 章则采用计算流体动力学方法，建立多种复杂裂缝形态下的支撑剂和压裂液两相流动数值模型，对支撑剂在复杂裂缝中输送机理和规律进行系统研究；

第8 章紧密围绕页岩水相自吸作用和返排机理，开展微观结构表征、自吸流动模型、工程影响分析等研究，进行工程尺度返排率预测分析、工程参数优化，并分析解释现场压裂井的自吸与返排特征。

本专著以页岩储层可压裂性、裂缝网络导流能力评价、裂缝网络参数、多段多簇裂缝竞争扩展、支撑剂输送以及压裂液自吸与返排优化作为主要内容，通过对这些内容的系统介绍，可以清晰地透视页岩储层压裂技术的关键，把握页岩压裂的来龙去脉，并展望未来的发展趋势。 

本书出版得到“国家科学技术学术著作出版基金”、国家杰出青年科学基金项目“低渗与致密油气藏压裂酸化”（编号：51525404）和国家科技重大专项“页岩气井体积压裂后返排制度研究”（编号：2016ZX05037-004）的联合资助。