页岩支撑裂缝长期导流能力测试方法及测试装置改造

页岩支撑裂缝长期导流能力测试方法及测试装置改造

韩慧芬;彭均亮;吴建;高新平;王良

【摘要】常规砂岩储层加砂压裂后油气渗流通道主要依赖于支撑裂缝,而页岩气储层由于其典型的脆性特征,通过大规模体积压裂后会形成复杂的裂缝网络,页岩气渗流能力主要取决于支撑剂充填层裂缝和储层剪切滑移形成的自支撑裂缝,因此,室内页岩储层导流能力的测试应包括支撑剂充填层和自支撑裂缝的导流能力两部分.目前国内对于页岩支撑导流能力的测试方法大多还是借鉴常规支撑剂充填层导流能力测试方法,无论测试方法还是测试装备都有一定的不适应性,大部分国产支撑导流仪的闭合压力加载系统、流量控制系统不能满足页岩储层长期导流能力测试要求.文章提出了页岩支撑裂缝导流能力测试方法及支撑导流仪改进目标、改进方法、改进措施,为页岩气储层室内导流能力的实施提供了技术支撑,为页岩储层体积压裂支撑剂优选及压裂效果评价提供了保障.

【期刊名称】《钻采工艺》

【年(卷),期】2018(041)001

【总页数】4页(P55-58)

【关键词】页岩;自支撑裂缝;导流能力;复杂缝网;支撑导流仪;闭合压力

【作者】韩慧芬;彭均亮;吴建;高新平;王良

【作者单位】中石油西南油气田分公司工程技术研究院;页岩气评价与开采四川省重点实验室;中石油西南油气田分公司工程技术研究院;页岩气评价与开采四川省重点实验室;中石油西南油气田分公司蜀南气矿;中石油西南油气田分公司工程技术研

究院;页岩气评价与开采四川省重点实验室;中石油西南油气田分公司工程技术研究院;页岩气评价与开采四川省重点实验室

【正文语种】中文

水力压裂是油气藏增产改造的主要技术手段，为油气田的高效开发提供了技术保障。泵入地层中的支撑剂在储层闭合压力下形成支撑剂充填层，油气通过支撑剂充填层的渗流能力即为支撑裂缝导流能力。支撑裂缝导流能力是决定水力压裂效果的参数之一，对加砂压裂改造效果具有重要作用，而长期裂缝导流能力更制约了增产有效期的长短，页岩加砂压裂后储层的导流能力的影响因素以及形成的裂缝导流能力大小备受瞩目，因此，从室内开展页岩气井加砂压裂支撑裂缝长期导流能力的测试研究非常必要。利用长期导流能力实验结果优选支撑剂和优化加砂压裂设计，从而为加砂压裂改造取得较好的增产效果提供了保障。鉴于页岩气储层的脆性特征，需采用“大排量、大液量、小粒径、低砂比”的大规模水力压裂作业，形成复杂的裂缝网络，实现页岩气的工业开采。与常规砂岩储层的加砂压裂工艺相比，页岩气加砂压裂从施工工艺、缝网形成机理、施工参数等多方面均发生了很大的变化。目前国内对于页岩支撑导流能力的测试方法大多还是借鉴常规支撑剂充填层导流能力测试方法，无论测试方法还是测试装备都有一定的不适应性。

一、页岩储层体积压裂复杂缝网模式对室内导流能力测试新要求

常规砂岩储层压裂目的是以抑制天然裂缝扩展而形成主缝为主，而页岩储层通过“大排量、大液量、大砂量、小粒径、低砂比” 大规模水力压裂作业，使天然裂

缝不断扩张和脆性岩石产生剪切滑移，形成天然裂缝与人工裂缝相互交错的复杂裂缝网络，增加储层改造体积和裂缝复杂度，达到提高初始产量和最终采收率的目的。目前页岩气井体积压裂多采用滑溜水携砂进行改造，由于滑溜水携砂能力有限，支

撑剂不能在大规模裂缝网络中均匀分布，主要以砂堤、断续的支柱或单层局部分布等形式分布[1]。并随着缝网复杂性的增加，支撑剂的平均支撑浓度小于0.5

kg/m2或者支撑面积小于10%[2]。大部分裂缝没有支撑剂充填，但非支撑裂缝闭合后仍有导流能力，主要机理是剪切裂缝面的凸起能够有效的支撑裂缝[3]。页岩

储层体积压裂后油气渗流通道主要为支撑剂充填层裂缝和储层剪切滑移形成的自支撑裂缝，因此，在室内需要对支撑剂充填层裂缝和自支撑裂缝的导流能力进行评价。

二、页岩储层体积压裂复杂缝网导流能力测试方法

1.页岩储层导流能力测试方法

之前页岩支撑剂充填层长期导流能力无统一测试方法，主要参照常规储层支撑剂导流能力测试方法，造成测试结果不能真实反映页岩储层导流能力。为了改变这一现状，中石化勘研院、中石油西南油气田分公司工程院、中石油廊坊分院等联合编制了NB/T 14023-2017《页岩支撑剂充填层长期导流能力测定推荐方法》行业标准，规定了页岩支撑剂充填层长期导流能力测定具体做法：页岩支撑剂将页岩岩板或同层位露头岩板加工成与测试设备相匹配、两端为弧形的岩板(长17.74±0.04 cm、宽3.76±0.05 cm、厚度大于 0.90 cm)，在储层温度及储层闭合压力下，以2～4 mL/min流量将2%KCl泵入导流室，设定回压在 2.07～3.45 MPa 之间，稳定条件下持续测定导流能力50±2 h。该标准将于2017年8月1日正式实施。

而国内对于页岩自支撑裂缝导流能力测试开展的工作较少，且目前尚无统一的标准做法。西南油气田分公司工程院、西南石油大学等根据页岩特性和体积压裂形成缝网机理，并经过大量室内实验摸索，在室内从页岩体积压裂自支撑裂缝的形成方式、错动距离、压力加载、流速控制等都有了自己的经验做法：①在页岩岩板中部沿劈裂方向预制划痕，将页岩岩板沿预制划痕劈裂成不规则的上下两块岩板；②将页岩岩板沿长度方向错动1～2 mm，形成剪切滑移自支撑裂缝，岩板端点高度差不大于0.2 mm；③将岩板多余部分切掉确保实验用页岩岩板尺寸与支撑导流仪导流室

匹配；④在储层温度及储层闭合压力下，采用氮气以200～300 mL/min流速测

定页岩自支撑裂缝导流能力，驱替系统流量采用氮气瓶及流量控制阀控制；⑤连续测定页岩自支撑裂缝导流能力的时间为50 h或者更长。

2.页岩储层导流能力测定流体介质

对于页岩储层导流能力测定的流体介质，这方面存在一些争论。一些研究学者提出了采用氮气进行页岩储层导流能力测试[4]，国内很多文献报道页岩储层导流能力

测试仍然采用2%KCl水[5～6]。纪国法等人在文献[7] 中通过大量调研文献得出结论是关于页岩气体积压裂支撑裂缝长期导流能力的研究尚未形成统一认识。鉴于页岩含有大量的黏土矿物，遇水容易吸水膨胀，液测导流能力并不能真实反映页岩气在地层裂缝中的渗流能力。因此，笔者建议室内采用氮气模拟储层闭合压力下天然气在页岩岩板夹持下的气相流动，尤其推荐采用氮气进行页岩自支撑裂缝导流能力测定，如果单纯评价支撑剂性能进行材料优选可以采用2%KCl水进行导流能力测试。

3.页岩支撑导流能力测试闭合压力加载方式

根据采用设计的压力试验机开展了地层应力波动对页岩储层支撑裂缝导流能力影响的实验，结果表明，地层应力波动对页岩储层导流能力的影响较大,循环加载次数

增加,裂缝宽度降低,支撑剂破碎率开始上升明显,后来趋于平缓。因此，闭合压力加载速度的变化对于导流能力测试结果是有一定影响的，在页岩储层长期导流能力室内测试中，为了更真实模拟地下情况，改变常规储层支撑剂导流能力测试中闭合压力台阶式加载方式和加载过程中不考虑裂缝闭合时间的做法，考虑了实际储层闭合压力及裂缝闭合时间，有别于行业标准SY/T 6302-2009《压裂支撑剂充填层短期导流能力评价推荐方法》中闭合压力加载方式。具体做法为：不固定实验闭合压力，主要根据现场实际闭合压力及闭合时间来确定实验目标压力和压力增加速率，加载速率具体计算公式为：