頁巖氣開發壓裂工藝技術現狀探討

林金堂

摘要：頁巖氣在國內分布范園廣、儲量大，具有巨大的資源潛力和廣闊的開發前景，但目前尚未實現有效開發。面對頁巖氣地層壓力低、能量不足、產量低等困難，壓裂工藝技術具有一定的效果。

關鍵詞：頁巖氣開發；壓裂工藝；技術現狀；應用

引言

我國具有較豐富的頁巖氣資源，受頁巖基質滲透率很低、勘探開發困難等客觀條件限制，勘探開發程度較低。90%以上的井需要經過酸化、壓裂等儲層改造才能獲得比較理想的產量。技術進步是頁巖氣產量提高的根本原因，特別是水平鉆井技術和水力壓裂技術的進步使頁巖氣產量有了突飛猛進的增長。

1、頁巖氣壓裂工藝現狀

1.1直井連續油管分層壓裂工藝現狀

頁巖氣在早期開發過程中，針對淺層為主，以直井工藝形式為主，壓裂工藝具體三個方面的特征。也就是連續油管、水力噴砂射孔以及環空加砂。該工藝主要借助高速、高壓流體等完成射孔，在開啟地層以及井筒中間的通道。該工藝的關鍵點是水力噴砂射孔，隨后環空加砂，隨后，通過填砂封堵的方式壓裂層段。通過重復前述步驟，并最終完成施工操作。施工環節結束，通過借助連續油管完成沖砂以及反排。該工藝表現出作業周期相對較短，成本相對較低的特征?，F階段，頁巖氣直井開發工藝獲得了相對較好的應用。

1.2水平井分段壓裂工藝現狀

1.2.1水平井多級可鉆式橋塞封隔分段壓裂工藝

該技術的主要特征是套管壓裂以及多端分簇射孔，在施工環節上主要包括幾個方面：采取油管或者是連續油管傳輸方式射孔，井提取射孔槍。通過套管之中進行壓裂。此外，通過液體泵對設備送井。坐封橋塞，對射孔槍以及橋塞完成分離，隨后壓裂第二段。重復上述中操作，并完成多級壓裂。

1.2.2水平井封隔器分段壓裂工藝

該技術借助井口落球操作系統完成滑套，系統應用原理對應直井應用的投球壓差式封隔器相同。該工藝在在層級滑套掉落以及控制極差方面表現良好。該工藝主要應用的是機械式封隔器，且主要被應用在套管完井方面。此類封隔器更多借助的是壓力坐封以及工具坐封。受到工藝的復雜性影響，下入工具串次相對更多，水平井在施工操作上風險系數加大，為此，該技術目前應用程度逐漸減少。

通過多井同步壓裂可以讓儲層中頁巖所能夠承受的壓力更大，提高鄰井彼此之間的應力干擾，進一步提高復雜裂縫網絡，調整近井地帶當中的應力場。此類復雜裂縫網絡主要結合提高裂縫密度以及壁面的表面積，進而建立三維裂縫網絡，提高壓裂改造方面的波及體積，通過此類方式提高采收率情況。

2、頁巖氣開發常見壓裂工藝技術

2.1暫堵壓裂技術

2.1.1暫堵壓裂原理及特點

流體總是向阻力最小的方向流動。壓裂施工時投入抗壓強度很高的暫堵劑后，當暫堵劑進入射孔炮眼后，部分進入地層中的裂縫或高滲透層在炮眼處和高滲透帶產生濾餅橋堵，形成高于裂縫破裂壓力的壓差，使后續壓裂液不能繼續進入原有裂縫從而發生轉向進入高應力區或新裂縫層，促使新縫的產生和支撐劑的鋪置變化，從而建立新的流體流動通道，溝通老裂縫未動用的油氣層，提高油氣產量。另外，暫堵劑一般選用活性可溶抗壓小球，易溶于地層水或壓裂液，對地層污染很小。

2.1.2暫堵壓裂工藝

暫堵壓裂工藝利用微地震法對施工時裂縫延伸進行動態監測。當主壓裂施工結束后停泵，人工加入暫堵劑，暫堵劑為直徑8-12mm的可溶性小球，打初壓開井用膠液以6-8m3/min的排量泵送暫堵劑至射孔段，降排量為2-3m3/min。觀察施工壓力變化，掌握暫堵效果，當壓力迅速升高后表明暫堵成功，接著加大排量壓開新的裂縫，從而達到儲層體積壓裂，增加儲層泄油面積和流動通道。

2.2堵球壓裂轉向技術

封堵球轉向屬于機械轉向的一種，因為層間破裂壓力的不同，使用封堵球，一般比射孔孔眼要大一點，1.5倍左右比較合適，由攜帶液帶到射孔孔眼，堵住孔眼后造成井底壓力上升，使破裂壓力較高的底層被壓開，由此進行逐層改造。此技術成功與否取決于是否排量足夠大，以此來維持封堵壓力。由于管柱直徑必須使封堵球可以順利通過，所以一般要求管徑是堵球直徑的3倍。

能否有足夠的排量來維持孔眼兩端的壓差是這項技術的關鍵，為了使封堵球能夠有效的封堵，所以需要很大的泵注排量，并且孔道的形狀也會對封堵的有效性有很大的限制，除此之外，封堵球于攜帶液的密度也要遵循嚴格的匹配制度，浮力的作用不會使低密度浮球沉在攜帶液的底部，所以很多地方使用低密度的浮球來代替普通的封堵球。從封堵得效果來看，如果是直井，浮球的效果是好于普通沉球，如果是水平井，根據射孔孔眼的方位，選擇不同密度的封堵球封堵不同方位的孔眼。

此技術具有一定的局限性，絕大多數用于射孔完井的油氣井，水平井由于酸化井段長，注入排量低，很難保證需要達到足夠的坐封壓差，所以水平井一般很少使用封堵球封堵。

2.3水力噴砂分段壓裂技術

這種技術是把水力壓裂工藝同水力噴砂射孔技術進行融合，同時保有各自技術的特殊定位性。這種技術的特點是不使用機械密封裝置卻可以精準的進行多層壓裂。它的原理是通過伯努利方程，把壓能向動能的方向轉化。這個工藝流程為：先將壓能與動能進行轉化，再使用水力噴射讓產能負壓帶來隔離效果，高速運轉的流體就在巖石中形成了孔洞。這些孔洞帶來了壓力勢能，從而產生裂縫。進行下一層的壓裂作業時，它能自行封隔，原來壓開的層段不會再進一步延展，不需要使用橋塞和封隔器等專業的隔離工具，通過拖動管柱就能順序壓開另外需要改造的井段。

2.4水平井裸眼封隔器分段壓裂技術

水平井裸眼封隔器分段壓裂技術的優點在于其操作簡便，工藝流程簡單，作業效率高，特別適合低滲、低壓和低孔油氣藏水平井的升級改造。在實際作業中，把壓裂管柱與水平井分段壓裂工藝管柱進行連接，下放進井，達到指定的層段。然后依次進行投球、加壓、關閉坐封球座通道，然后提升壓力同時坐封各封隔器。加大壓力用以剪斷滑套內的銷釘，把壓力推到內滑套的下行位。之后開啟鎖緊機構，再通過噴砂孔進行壓裂作業。作業時按順序投放低密度球，壓開所有的設計裂縫。在作業完畢后，放噴排液，然后收回低密度球，保證油管暢通，給后續生產順利進行帶來保證。同時也應注意到，裸眼封隔器分段壓裂技術也存在一些弊端。常見的有封隔器的膨脹周期較長，可能造成無法解封。另外裸眼封隔器和滑套分段壓裂技術使用的不動管柱，以及地面投球作業時，其投球開啟滑套裂縫的開始位置不好掌握。分段壓裂后的壓裂管柱就是生產管柱，這在氣井中的使用較為廣泛，但是在油井中的應用還不是很完善，不利于后續的二次生產。

結語

頁巖氣作為十分重要的非常規資源，借助先進技術開發頁巖氣，對我國資源利用具有重要價值。北美地區，在頁巖氣開發方面方面具有先進經驗，中國具有十分豐富的資源，但是開發技術仍然處在初級階段，為此，充分學習北美經驗對我國具有重要價值。井壓裂表現出規模性以及排量高的特點，通過大型壓裂技術優化，則能夠建立更加復雜的網絡縫，對提升產量具有巨大幫助。

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