頁巖氣壓裂技術現狀及發展研究

劉 陽

江西省頁巖氣投資有限公司 江西 南昌 330096

1 引言

壓裂施工是油氣田開發過程中增產增效的有效手段。以壓裂液為能量傳遞媒介溝通地層孔隙，并攜帶支撐劑進行儲層改造，極大優化了致密儲層孔隙結構，促進烴類介質驅替。進行多角度的水平井分段壓裂增加井與油藏之間的接觸面積，增加油氣產能。

2 頁巖氣壓裂技術現狀

2.1 壓裂工藝 Schlumberger StageFRACTM 增產系統較為完善，主要基于現有井下工具在碳酸鹽巖和碎屑巖儲層中進行有效運用，特別是在裸眼井中收效較好。在現場已證明，該系統可以通過使用RockSeal T MII可視打包機來分割水平部分，從而顯著提高破碎效果。相關工具能耐受200℃高溫和69 MPa壓力環境，且最多施工段為9段同時壓裂。另外，在設備使用強度和工具附件消耗上能極大進行簡化，其中就施工時間方面就能比常規作業縮短至幾天。對于快速求產的單井或者勘探區塊具有較大生產意義。在美國和加拿大的大規模運用中該系統針對裸眼或套管完井前提效果較好。

由最先材料力學方面研發的多維哈里伯頓公司的固井滑套分段壓裂系統。其中主體施工工藝流程為固井水泥套管破碎系統連接到管上，并使用特殊的驅動工具將破碎系統破碎到裸眼的水平部分，以循環和清潔井，然后在壓力下安裝膨脹吊架。從油井中注入柴油或肉眼使用原油在柴油和原油達到裸眼后，浸入膨脹油封隔器，浸泡7-8天后，注油封隔器將膨脹并用肉眼密封至水平。分離不同的壓力間隙，然后打開骨折套管的第一級以壓碎第一級骨折套管。然后打開另一個碎裂套筒，使骨折破裂，打開另一個碎裂套筒以處理另一個目標層。切碎系統可以直接作為生產線投入生產。

2.2 壓裂液體系 壓裂液對于壓裂施工過程至關重要。壓裂液性能評估主要考量流變性、濾失性、摩阻等關鍵可測物理量。通常高粘度、低摩阻、低濾失量、低儲層傷害、易獲取且低成本的壓裂液廣受市場青睞。

稠化劑是壓裂液中運用最多的主劑，按照成分可以進行植物膠、高分子纖維素和合成聚合物三大類的區分。相關的任務為增加粘度，同時也有一定的降低濾失和減少壓裂液摩阻的作用。交聯反應方面，稠化劑與交聯劑進行相互作用，使得高分子網架結構凍膠按時間和強度有序形成。最終達到能懸浮一定密度支撐劑并良好造縫的使用效果。現場運用方面，高溫、高壓、復雜井眼軌跡的深井環境下需要稠化劑具備良好的增稠能力、熱穩定性和剪切穩定性。同時需要稠化劑具有良好的水溶性且不溶物含量較少。成本考量方面，運用合適的配方，在保證壓裂液粘度達到設計值的前提下進行稠化劑用量精簡化能極大優化成本。并且為后續壓裂液的徹底破膠水化降低負載，減小稠化劑產生的殘渣傷害儲層。

3 頁巖氣壓裂技術發展方向

3.1 工藝發展 油管注入壓裂方式方法主要有三種：(1)運用連續油管進行高壓泵入地層，并且通過特殊進行設備帶入壓裂液進行復核注入式水力噴砂射孔，在液、砂、氣三者混響流下實現水力封隔、環空補液最終完成相關工藝要求，達到水力壓裂效益。諸如此類，在將連續油管拖動至下一層位進行以上工藝在復制，全面完成單井遇到層位壓裂施工。(2)運用連續油管上所帶特殊性井下工具在跨式封隔主導下通過高壓泵進行連續油管水利注入壓裂。其射孔方式為電纜一次射孔，充分提高射孔完善率，預防不良因素發生。隨后與上述方法一致依然通過拖動連續油管拖動至下一層位進行以上工藝在復制，全面完成單井遇到層位壓裂施工。(3)綜合以上兩種方案優點進行最新工具運用，將連續油管上進行單上封、填砂分層、電纜一次射孔的工藝與工具配合性使用。完成復核注入式水力噴砂射孔，綜合提高壓力施工效益。在單上封位置和砂塞部位實現層間封隔效果。隨后通過拖動油管至下一層位進行以上工藝在復制，全面完成單井遇到層位分段壓裂施工。

環空注入壓裂工藝可以分為兩種類型，并且應用都非常廣泛，但是其經濟效益不高。環空注入壓裂工藝在應用中應當首先根據油井的產量來進行預測。在使用過程中有以下具體表現：(1)仍然是通過連接有連續油管的高壓泵來注入、同樣采用一次性的水力噴砂來進行射孔、隨后開始填砂分層、最后一個環節就是配合井下和地面相應設備開始環空壓裂從而實現增油效果。在射孔環節主要采用砂賽方法實現層間封隔的施工。在射孔環境采用水力噴砂方法可以實現對儲層保護的最大化，最后在采用連續油管方法補液并拖動油管的過程中實現多段式的預定層位壓裂。(2)和以上壓裂工藝相同，及其分層方式上改為油管掛入相關井下工具進行封隔器式分層，最終完成環空壓裂。

4 頁巖氣壓裂技術發展建議

(1)關于針對頁巖氣的混合壓裂技術的研究內容主要包括關于頁巖氣儲層及其混合壓裂的可行性評價分析研究、效果預測研究、配方研究、混合壓裂現場試驗研究等。

(2)關于頁巖氣網絡壓裂技術方面的研究主要包含了優化頁巖氣網絡設計方法的研究、頁巖氣現場監測研究等。

(3)關于巖氣水平井及其多段壓裂技術的研究包括針對頁巖氣水平井分段壓裂地質的評價研究、滑套式噴射器開發與研制、水平井多段壓裂優化設計方法研究等。

(4)關于頁巖氣多井同步壓裂技術的主要包括針對壓裂液在線混配技術的研究及現場實施方法的研究、優化設計方法的研究等。

5 結語

在勘探開發領域，良好儲層的大規模整裝油氣藏勘探受限。所以必須對致密砂巖油藏以及中高滲透率區塊進行措施化開發，靶向鉆井配合水平井井眼軌跡優化能最大限度穿越油氣藏，在天然裂縫發育情況和巖石物性數據支撐下進行水平井壓裂優化，運用同等級支撐劑和壓裂液能最大限度改造儲層物性。使單井達到高產、高效的結果。