頁巖氣水平井分段壓裂技術探析

周怡

摘 要：我國頁巖氣資源量較大，分布較廣，勘探潛力大，遠超過其它非常規天然氣，其勘探開發成為世界天然氣勘探開發的熱點。但其產層致密或超致密，采收率較低，需通過壓裂才能提高其產能。而我國頁巖氣井壓裂技術處在探索階段，而頁巖氣水平井分段壓裂技術是實現頁巖氣商業性開發的關鍵技術，尚需研究和攻關。因此對頁巖氣水平井分段壓裂技術做出探討，對頁巖氣水平井的充分有效開發具有著重要意義。本文在對頁巖氣水平井分段壓裂方式選擇做出論述的基礎上，對頁巖氣水平井分段壓裂設計的優化進行了研究與探討。

關鍵詞：頁巖氣；水平井；分段壓裂；支撐劑濃度；段塞；復雜裂縫

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.08.043

頁巖氣藏儲層具有低孔低滲特征，在頁巖氣開采過程中，直井壓裂只能在開采前期獲得較多產能，但產量會隨開采進程而不斷遞減。因此，如何對頁巖氣進行充分開采具有重要研究價值，在此過程中，對水平井完井方式以及分段壓裂技術設計的優化做出探討，有利于頁巖氣經濟價值的充分實現。

1 水平井壓裂方式選擇

在頁巖氣水平井分段壓裂技術的應用中，為滿足壓裂改造要求，施工方式必須與完井方式契合，井位的設置、鉆井軌跡的確定等都需要對壓裂工藝要求作充分的考慮。從國內外對頁巖氣水平井分段壓裂方式可以看出，裸眼完井與套管完井是水平井最主要的完井方式。其中，裸眼完井優勢為節約時間成本及保護井壁，但其缺點也十分明顯，如井壁的不穩定性、裂縫位置難以得到精細確定等，且一旦出現堵砂等現象，很難進行有效處理；套管完井的優勢為能夠對裂縫的初始點有效控制，且該壓裂技術相對成熟，然而時間成本的提升與固井質量的不理想等也制約著相關工作的順利開展。因此，在井壁應力相對集中并需開展多段壓裂的頁巖氣水平井中，可以選擇套管完井下橋塞分段壓裂技術。而如果井壁穩定性好，則可使用裸眼完井，使用裸眼封隔器分段壓裂技術。

2 頁巖氣水平井分段壓裂設計的優化

在開展頁巖氣水平井分段壓裂施工中，有必要對施工過程進行模擬，從而有效預防施工過程中的潛在風險以及找出影響施工效果的因素，有針對性地降低施工風險、選擇最為合理的施工方案。在實際施工過程中，裂縫的發育程度直接影響頁巖氣的產量。因此，如何更多地造縫成為頁巖氣水平井分段壓裂施工中需要考慮的主要問題之一。面對這一問題，頁巖氣水平井分段壓裂施工需要在獲得主裂縫的基礎上有效產生誘導縫，從而形成裂縫網絡，并在特殊情況下對天然裂縫進行封堵，為預防砂堵，還需對支撐劑的沉砂現象進行分析。

2.1 優化施工工作液體系

由于滑溜水壓裂有利于產生復雜縫網，相對于瓜膠壓裂液而言，滑溜水壓裂不但摩阻低，對地層傷害小，其成本也更低。因此主體壓裂采用滑溜水壓裂液體系，而滑溜水的攜砂能力差制約著頁巖氣水平井分段壓裂施工成效，因此配合使用線性膠進行攜砂及造縫，以提高攜砂能力從而增加裂縫導流能力。頁巖氣水平井分段壓裂施工一般采用“滑溜水+線性膠”復合壓裂的方式，前期利用滑溜水段塞形成復雜裂縫，后期利用段塞線性膠連續加砂的方式在近井地帶形成較高導流能力通道，最大限度提高改造效果。同時，可適當提高線性膠比例，以降低慮失，提高凈壓力，拓展裂縫，確保復雜裂縫充分壓開。

2.2 優化施工排量

施工排量是優化射孔參數和壓裂段數的重要依據，施工排量小，導致近井天然裂縫開啟，液體濾失嚴重。而施工排量大，易形成單一主縫。通過模擬實驗可知，頁巖氣水平井分段壓裂施工使用相同支撐劑濃度時，施工排量與工作液的攜砂能力呈正比，與支撐劑的沉降速度呈反比，即施工中排量越大，工作液攜砂能力越強，支撐劑沉降速度越慢。因此，在頁巖氣水平井分段壓裂施工中，壓裂施工排量應盡可能提高。

2.3 優化施工支撐劑濃度

在頁巖氣水平井分段壓裂施工中，為避免施工過程中出現砂堵并提高裂縫導流能力，設計合理的支撐劑濃度對提高頁巖氣水平井分段壓裂具有重要意義。合理的支撐劑濃度可以更好地控制讓縫寬和縫高。從現場施工數據可以看出，支撐劑濃度與壓后效果并沒有明顯的關系，這也決定了在設計支撐劑濃度時，需重點考慮儲層天然裂縫形態。另外，由于頁巖氣儲層滲透性較差，在頁巖氣水平井分段壓裂施工中，壓開主裂縫溝通更多微裂縫形成網狀結構裂縫更為重要，在支撐劑的優化設計中，應更多考慮工作液的攜砂能力和砂堤的堆起效率。從支撐劑濃度對砂堤堆起效率的影響方面來看，支撐劑濃度與砂堤堆起效率呈現為正比關系，即支撐劑濃度越大，砂堤堆起效率也就越高。

2.4 優化加砂方式

在頁巖氣水平井分段壓裂施工中，頁巖作為一種裂縫性強的儲層，需使用常規的水力壓裂方式對其天然裂縫進行拓展。另外，頁巖的濾失主要是天然裂縫與層理的濾失。在施工過程中，需要利用這種濾失而不是抑制這些濾失。而由于工作液在使用過程中容易出現濾失，因此對于液體的濾失有必要使用段塞工藝來進行彌補，從而通過降低砂堤堆積效率來減小砂堤高度。可采用多級段塞的加砂壓裂方式對砂堤低峰進行沖刷，從而形成相對平緩的砂堤，減少砂堵風險。在施工前期前置液段塞采用粉砂，以充分封堵微裂縫提高施工凈壓力從而增加裂縫體積，主壓裂同樣采用段塞的方式填充主裂縫控制液體濾失。通過對段塞技術與段塞數量的優化，可有效防止施工初期出現砂堵，對確保裂縫支撐剖面的連續性，對提升每篴加砂壓裂施工成功率具有著重要意義。

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