页岩气藏水平井液态气动力压裂增产新方法研究

The new horizontal well liquid propeller high energy gas fracturing stimulation method of shale gas reservoir was put forward, on the base of the existing theory and practical experience of high energy gas fracturing,in order to solve the problem of waste of water and environmental pollution in the hydraulic fracturing technology. In this project, the main research works are as follows: the relation of shale gas reservoir characteristic and the stimulation effect of horizontal well liquid propeller high energy gas fracturing;the recipe optimizing of liquid propeller in the condition of different mineral constituent and stress distribution;the fracture morphology and extension law under the action of high pressure and high temperature gas;the relation between the number and length of fracture and the dosage of Liquid Propeller with different loading rates;The fracture macroscopic flow conductivity and shale gas microcosmic seepage law. The research results of this project will lay a solid academic foundation for scal shale gas development. The aim of extending the reservoir fracture system rapidly, exactly, safely, environmentally and increasing the shale gas production rate will be achived finally.

针对水力压裂技术在页岩气开采应用过程中所面临的水资源浪费及环境污染问题，在已有直井液态气动压裂理论与实践成果基础上，进一步将爆炸力学、页岩气藏岩石力学和页岩气藏开采工程理论等有机结合起来，提出页岩气藏水平井液态气动力压裂增产改造的新思路、新方法。项目主要研究：页岩气藏储层岩性范围与水平井液态气动力压裂增产效果的关系系；不同页岩矿物成分、不同应力状态下液体火药配方优化和引爆、传爆机理；高温高压气体作用下水平井井筒周围储层裂缝形态、裂缝起裂及延伸规律；不同加载速率下所产生的裂缝条数、裂缝长度与液态火药特性及用量之间的关系；多裂缝体系下裂缝宏观导流规律和页岩气微观渗流规律.项目研究将为我国进一步规模化开采页岩气藏打下坚实理论基础，达到快速准确、安全环保、简捷高效地扩展页岩气层裂缝体系的目的，最终实现提高页岩气井产量和采收率目标，以满足国家现代化建设对能源的不断需求。

页岩气储层是典型的低孔低渗致密储层，90%以上的页岩气井必须采用水平井压裂技术才能获得有效产能。目前，水力压裂技术面临着水资源紧缺和压裂液返排污染等潜在问题，开展“无水压裂”探索，有望为页岩气开发提供新思路。项目采用理论分析与数值模拟相结合，室内实验与室外实验相结合的方法，针对页岩气储层水平井液体火药压裂，从可压性评价方法、裂缝起裂与扩展规律、裂缝渗流规律和液体火药配方及优化设计4个方面进行了系统探究。研究结果表明：1.适合高能气体压裂改造的页岩岩石力学参数分布范围为杨氏模量40~60GPa，泊松比0.1~0.25；矿物含量分布范围为碎屑矿物（石英、长石和云母）20%~60%，碳酸盐岩矿物（方解石和白云石）10%~30%，黏土矿物30%~50%；2.结合总有机碳含量，镜质体反射率和矿物含量建立了单井可压性指数评价方法，当可压性指数大于50%时，适合进行高能气体压裂；3.高杨氏模量易形成窄而长的裂缝，低泊松比易形成宽而长的裂缝；低加载速率、高峰值压力有利于裂缝的生长，加载速率越大，裂缝起裂压力越高，有效扩展裂缝条数越多；4.高能气体压裂裂缝以任意角度与天然裂缝相遇，均会发生不同程度的转向，产生的诱导应力促使天然裂缝发生剪切滑移形成新的次生裂缝，转向程度与天然裂缝方位、逼近角度大小有关；5.在定产量条件下，基质与裂缝渗透率越高、垂直裂缝长度越长、宽度越大，所需要的生产压差越小；Langmuir体积与Langmuir压力越大，储层压力下降越缓慢；人工改造区域长度比例越大、储层形状因子越大，井底压力下降幅度越小；6.页岩气井生产压差与裂缝渗透率和人工改造区域长度比例存在非线性负相关关系，追求过高渗透率裂缝和过大比例的改造体积并不可取；7.液体火药最优配方配比为硝酸铵：甘油：水=6：1.5：2.5；添加纳米级金属粉末可有效降低液体火药使用温度，添加点火改良剂硝酸钾可有效改善液体火药点火性能。研究结果可为页岩储层液体火药高能气体压裂提供理论和技术参考，也为页岩气开发提供新的技术思路。