頁巖氣井壓裂技術的發展

韓旭輝

摘要：頁巖氣屬于非常規的能源，珍貴稀少，開采技術比較復雜，。目前只有一些發達國家美國等開發成功。頁巖氣沒有得到廣泛開采的主要原因就是頁巖底層滲透率較低，頁巖氣物性，頁巖氣開采中的技術核心之一就是壓裂技術。壓裂技術的主要作用就是對頁巖儲層進行改造。本文主要對頁巖氣井中的壓裂技術進行研究，分析頁巖氣井壓裂的發展。

關鍵詞：頁巖氣井；壓裂技術；發展

前言

頁巖氣資源雖然較為豐富，但是并沒有得到廣泛的勘探和開發。其主要原因就是頁巖基質滲透率較低，開發困難。能夠改善頁巖孔隙度和滲透度的主要措施是采用壓裂技術，頁巖氣井鉆井后并不能直接投入生產，必須經過酸化，壓裂等工序。壓裂技術直接影響頁巖氣井的開采效率，從而影響頁巖氣井的經濟效益。所以為了頁巖氣井的開采效率和經濟效益，必須不斷地發展壓裂技術。目前。所使用的壓裂技術主要有以下幾種。

1、頁巖氣壓裂技術前的準備工作

頁巖氣壓裂技術在使用前必須對頁巖氣井進行地質評價，才能合理地選擇壓裂技術。主要包括以下四個方面，研究地應力分布、評價巖石的脆性、以及識別天然的裂縫和研究巖石的力學性質。研究地應力分布，壓裂裂縫的形成形狀是由地應力的分布狀態決定的，一般情況下裂縫的延伸方向總是平行于最大主應力，垂直于最小主應力。評價巖石的脆性，巖石的習性影響頁巖氣開采的效果，巖石脆性最大，越容易形成裂縫網絡，增加開采產量。識別天然裂縫，天然裂縫影響著裂縫形成的密度和表面積，天然裂縫發育情況越好，越容易形成復雜的縫隙網。研究巖石的力學性質，使用壓裂技術時，巖石的力學性質，會影響到壓裂技術的效果。主要會影響到裂縫的延伸方向和形狀，從而會影響到開采的效率。

2、頁巖氣井的壓裂技術

頁巖氣井所選的位置不同，地下環境資源會不同。因此，所選的壓裂技術也會有所不同，開采效率也有所差異。常用的壓裂技術主要有水力噴射壓裂技術、清水壓裂技術、重復壓裂技術、同步壓裂技術和多級壓裂技術。

2.1水力噴射壓裂技術

水力噴射壓裂技術即是將油管里液體的壓力轉化為動能，集射孔，壓裂，隔離一體化，根據的是伯努力和動力學原理。水力噴射壓裂的過程是通過噴射工具找準裂縫起裂的方位，當裂縫形成后，將高速流體射入裂縫和孔道，由于壓力差的存在，可以使裂縫進行延伸，達到壓裂的效果。即水力噴砂射孔，水力壓裂和環空擠壓。

水力噴射壓力技術應用較為廣泛，不僅能應用于水平井，垂直井，也適用于大斜度井和裸眼井。水力噴射壓裂技術不使用密封元件，井筒內的壓力較低，可以迅速壓開多條裂縫。影響該技術的主要因素是壓裂井深和加砂規模。目前，美國使用該技術后取得了較大的經濟效益。

2.2重復壓裂

重復壓裂技術顯而可知就是壓裂技術的多次使用。當頁巖氣井初始的壓裂效果已經無效時，使開采的效率降低，為了達到增產的效果，必須對頁巖氣井進行重復壓裂。該技術的主要作用就是頁巖氣井內使用重復壓裂技術，在不同的方向上再次產生新的裂縫，增加裂縫的數量。其主要特點就是增加新裂縫，或者裂縫重新取向。

影響重復裂縫的主要因素主要有以下幾點，重復壓裂施工工藝水平，重復壓裂技術看似簡單，實則較為復雜。當初次的壓裂技術失效后，頁巖氣井內的裂縫，地質都會有所發生變化。必須針對井段內的情況，初始裂縫的狀態，巖石的力學性質等進行勘測，再進行重復壓裂。還有就是重復壓裂裂縫起裂和延伸，當使用重復壓裂后，地應力的改變會引起裂縫的重新定位，需要重新確定裂縫的時機和延伸軌跡，才能使重復壓裂技術充分發揮作用。

2.3清水壓裂

清水壓裂技術是目前應用較為廣泛的壓裂技術。該技術主要是指在清水中加入適量的減阻劑，黏土穩定劑和表面活性劑等作為壓裂液，進行壓裂。該技術的特點是在清水中加入少量粗砂支撐劑，然后將壓裂液注入裂縫中，可以使地層中產生誘導裂縫，在壓裂的過程中會產生很多較碎的巖石，注入清水中，與清水中的粗砂同時作為支撐劑，使裂縫能夠保持張開的狀態。清水壓裂技術是一種清潔的壓裂技術，壓裂液的主要成分為減阻水，不僅成本較低，而且不需要清潔。影響清水壓裂技術的主要因素是壓裂液的攜砂能力和天然裂縫的數量。該技術主要應用于天然裂縫發育的井。

2.4同步壓裂

同步壓裂技術主要應用于兩口或兩口以上鄰近的平行井。同步壓裂技術的使用過程是壓裂液和支撐劑在高壓的作用下沿著最小距離從一口井運到另一口井，增加了裂縫的數量和面積。同步壓裂技術縮短了作業時間，提高了頁巖氣井的產量。同步壓裂技術可以促進裂縫在擴展過程的相互作用，增加裂縫的密度，增加改造體積，提高產量和效率。該技術目前已經發展到可以多口經進行工作。同步壓裂技術的最大特點，就是多口井同時進行壓裂，節省了時間提高了開采效率。

2.5多級壓裂

多級壓力技術是頁巖氣水力壓裂的主要技術，多級壓裂技術是指利用工具將儲層分隔不同的層位，再進行壓裂的技術。多級壓裂就是對同一眼井的不同層位進行分段壓裂，主要有連續油管壓裂和滑套完井兩種工作方式。多級壓裂又可以分為多段壓裂和分段壓裂，它既可以使多段進行壓裂也可以每段單獨進行壓裂，目標明確，效果顯著。多級壓裂技術的技術已經十分成熟，增產效率高，一般適用于產層較多的井。多層壓裂技術能夠根據不同層段的含氣特點，使壓裂技術充分發揮作用。

結論

壓裂技術已經成為頁巖氣開發的核心技術，并在頁巖氣的開發中得到廣泛的應用。在頁巖氣開采中采用不同的壓裂技術，可以起到增產提高效率的作用。隨著開采工作越來越復雜，必須不斷提高壓裂技術，才能在頁巖氣開采工作中獲得最大的經濟效益。

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