關(guān)于致密砂巖氣壓裂工藝現(xiàn)狀的研究

＊王慶國

（中國石油集團(tuán)西部鉆探工程有限公司蘇里格氣田分公司 內(nèi)蒙古 017300）

前言

致密砂巖氣是非常規(guī)油氣的重要組成部分，在開采過程中，壓裂是常用的開采方式。在壓裂工藝應(yīng)用過程中，隨著油氣儲(chǔ)層類型的不斷變化和環(huán)保要求愈發(fā)嚴(yán)苛，初期壓裂工藝已不能滿足單井產(chǎn)量需求，急需對(duì)壓裂開采工藝進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化。因此，對(duì)致密砂巖氣壓裂開采工藝現(xiàn)狀展開分析，了解現(xiàn)狀的同時(shí)，對(duì)其進(jìn)行深度優(yōu)化完善，從而不斷提升油氣開采的可靠性與安全性，提升開采效率和產(chǎn)量具有重要意義。

1.致密砂巖氣壓裂工藝的應(yīng)用困境

在經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中，油氣行業(yè)的發(fā)展在一定程度上促進(jìn)著我國國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展進(jìn)步。經(jīng)過大量的科研與實(shí)踐，致密砂巖氣的壓裂工藝無論在理論上還是實(shí)際開采應(yīng)用方面都取得了不錯(cuò)的進(jìn)步，但在應(yīng)用過程中仍然存在一定困難，影響著致密砂巖氣的開采效率和開采產(chǎn)量。

首先，水平井多段壓裂工藝的應(yīng)用需要有相應(yīng)的技術(shù)或設(shè)備進(jìn)行輔助支持。其中裸眼封隔器的運(yùn)用只能從國外引進(jìn)，我國裸眼封隔器的研發(fā)技術(shù)指標(biāo)尚不能為致密砂巖氣的開采提供技術(shù)支持[1]。其次，致密砂巖氣壓裂工藝的開發(fā)成本居高不下，開發(fā)難度越來越大，一定程度上影響著開采有效性。現(xiàn)階段的直井壓裂過程中機(jī)械分層壓裂是主要的壓裂方式之一，但其技術(shù)工藝均源于發(fā)達(dá)國家，導(dǎo)致應(yīng)用成本和應(yīng)用難度居高不下。最后，致密砂巖氣壓裂體系所帶來的影響，在對(duì)致密砂巖氣進(jìn)行分析時(shí)發(fā)現(xiàn)，其具有巖屑含量高、儲(chǔ)層孔喉半徑小等特征，很容易受到液壓傷害。因此需要優(yōu)化完善致密砂巖氣壓裂工藝，降低液壓對(duì)其傷害。致密砂巖氣壓裂工藝的應(yīng)用困境在一定程度上影響著油氣開發(fā)進(jìn)度，進(jìn)而影響到油氣行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

2.致密砂巖氣壓裂工藝分析

（1）直井多層壓裂工藝。首先，封隔器多層壓裂。在致密砂巖氣開采過程中，機(jī)械分層壓裂工藝在應(yīng)用過程中存在一定的局限性，因此，需要對(duì)多層壓裂工藝進(jìn)行優(yōu)化，從而不斷提升該項(xiàng)工藝的精細(xì)化和可靠性。在技術(shù)創(chuàng)新與試驗(yàn)基礎(chǔ)上，封隔器多層壓裂工藝得已優(yōu)化完善，使其分壓能力達(dá)到11層，連續(xù)分壓的話，分壓能力能夠達(dá)到8層到11層[2]。通過對(duì)該項(xiàng)工藝的完善與優(yōu)化，一定程度上提升了油氣資源的開采效率，有效控制了開采成本。其次，套管多層分壓工藝。通過該項(xiàng)工藝的引進(jìn)與應(yīng)用，對(duì)于油氣開發(fā)而言是一項(xiàng)技術(shù)上的突破，但在實(shí)際開采應(yīng)用中，套管多層分壓工藝的穩(wěn)定性和成功率都有待提升。在對(duì)該項(xiàng)工藝進(jìn)行創(chuàng)新優(yōu)化后，使其一次分壓能力達(dá)到9層。套管多層分壓工藝實(shí)現(xiàn)了連續(xù)分壓，在油氣開發(fā)中發(fā)揮著較強(qiáng)的穩(wěn)定性。再次，連續(xù)油管分層壓裂工藝。在實(shí)際致密砂巖氣開發(fā)過程中，該項(xiàng)工藝具備一定優(yōu)勢(shì)的同時(shí)也存在明顯的不足之處。在該項(xiàng)工藝的應(yīng)用下，能夠保證井筒具有較高的完整性，并從技術(shù)方面對(duì)多層改造氣井提供支持。但是，由于連續(xù)油管分層壓裂工藝所應(yīng)用的設(shè)備存在一定的復(fù)雜性[3]。導(dǎo)致其在實(shí)際致密砂巖氣開采過程中存在一定限制性，并且在應(yīng)用過程中對(duì)相關(guān)人員有很高的專業(yè)性要求。在對(duì)該項(xiàng)工序進(jìn)行優(yōu)化完善過程中，主要優(yōu)化沖砂和填砂工序，從而不斷提升致密砂巖氣開采效率。最后，小井眼分層壓裂工藝。在該項(xiàng)工藝的應(yīng)用下，結(jié)合直徑為88.9mm的有限級(jí)套管滑套多層壓裂，使連續(xù)分壓等級(jí)達(dá)到4級(jí)，從而不斷滿足直井多層壓裂工藝要求。

（2）水平井分段壓裂。在水平井分段壓裂工藝的應(yīng)用下，能夠顯著提升致密砂巖氣開采產(chǎn)量。由于完井方式存在差異，水平井分段壓裂工藝也會(huì)存在一定區(qū)別，其主要可分為裸眼分割器加滑套分壓工藝、泵送橋塞分壓工藝、裸眼遇油膨脹封隔器分壓工藝以及連續(xù)油管噴砂射孔環(huán)空加砂壓裂工藝[4]。通常來講，在我國氣田開發(fā)過程中，裸眼封隔器分壓工藝是較為常見且應(yīng)用廣泛的技術(shù)工藝之一，其分壓能力能夠達(dá)到10層到15層。從適應(yīng)性角度來看，水力噴砂多段壓裂工藝的優(yōu)勢(shì)更加明顯，在很多完井中都能夠很好的應(yīng)用，在致密砂巖氣開發(fā)過程中也是很常用的一項(xiàng)技術(shù)工藝，其分壓能力能夠達(dá)到20層。在致密砂巖氣實(shí)際開發(fā)過程中，水平井裸眼完井的井壁裂縫并沒有明確的起裂點(diǎn)，裂縫延伸沒有規(guī)律性，在控水增氣方面受到了限制，從而加大了開采難度。

（3）體積壓裂。在致密砂巖氣開采過程中，利用體積壓裂工藝時(shí)，形成主裂縫的同時(shí)也會(huì)形成次生裂縫，在天然裂縫的持續(xù)擴(kuò)裂下，所形成的裂縫結(jié)構(gòu)并不具備規(guī)律性。當(dāng)打碎儲(chǔ)層時(shí)，會(huì)使裂縫滲流面積進(jìn)一步擴(kuò)大，強(qiáng)化其導(dǎo)流性能，從而使單井質(zhì)量得以明顯提升。在體積壓裂工藝應(yīng)用過程中，最主要的應(yīng)用工藝為混合壓裂，在混合壓裂作用下，能夠促進(jìn)形成裂縫網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在壓裂過程中，主要通過利用粘度較低的滑溜水作為擴(kuò)展裂縫的前置液，將高濃度支撐劑和交聯(lián)凍膠的混合物作為支撐劑進(jìn)行鋪設(shè)[5]。與其他壓裂技術(shù)相比，混合壓裂在形成較為復(fù)雜的裂縫網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是更具備優(yōu)勢(shì)，并且在壓裂后，很容易反排，對(duì)于儲(chǔ)層的傷害性極低。

此外，水平井多段分簇壓裂工藝也是體積壓裂過程中關(guān)鍵內(nèi)容之一，與以往的壓裂工藝不同的是，水平井多段分簇壓裂能夠形成多條裂縫，對(duì)壓裂改造體積得已明顯提升，進(jìn)而提升致密砂巖氣的開采產(chǎn)量和效率。在該項(xiàng)壓裂工藝應(yīng)用過程中，結(jié)合以往工作經(jīng)驗(yàn)可以了解到，一系列因素會(huì)對(duì)裂縫形成帶來影響，比如：開采施工參數(shù)、儲(chǔ)層參數(shù)以及射孔簇間距等[6]。在實(shí)際操作過程中，若不能夠?qū)ο嚓P(guān)參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格把控，形成壓裂裂縫的同時(shí)會(huì)對(duì)改造結(jié)果帶來影響。一般情況下，在還項(xiàng)工藝的應(yīng)用下，射孔簇的間距與數(shù)量是很關(guān)鍵的參數(shù)，會(huì)對(duì)施工效果產(chǎn)生一定影響。在同樣長度的壓裂段下，射孔簇的數(shù)量逐漸增多，致使壓裂段中間部位的射孔簇不能起到高效的延伸裂縫作用。若儲(chǔ)層具有較大的彈性模量，裂縫寬度就會(huì)降低，從而降低裂縫間的影響。現(xiàn)階段，在我國水平井體積壓裂工藝的發(fā)展應(yīng)用過程中，雖然取得了一定成就，但仍然需要加大對(duì)滲流機(jī)制的研究，加大儲(chǔ)層地質(zhì)條件和縫網(wǎng)參數(shù)對(duì)水平井體積壓裂的影響分析，不斷提升體積壓裂工藝的應(yīng)用效果[7]。

3.致密砂巖氣壓裂工藝的發(fā)展方向

結(jié)合目前致密砂巖氣壓裂工藝的應(yīng)用現(xiàn)狀，在未來發(fā)展過程中，致密砂巖氣壓裂工藝的發(fā)展與研究方向?qū)⑾蛑弋a(chǎn)量、低成本、綠色工藝以及高適應(yīng)性方向發(fā)展，在壓裂工藝中融入先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，為致密砂巖氣壓裂工藝的創(chuàng)新與優(yōu)化提供技術(shù)支持。

（1）產(chǎn)量提升。在致密砂巖氣開發(fā)過程中，無論選擇應(yīng)用哪種壓裂工藝，最終的目的都是一致的。即：提升致密砂巖氣開采產(chǎn)量、降低致密砂巖氣開采升本，從而提升經(jīng)濟(jì)效益。因此，對(duì)于水平井體積壓力工藝而言，需面對(duì)重重挑戰(zhàn)，完善相關(guān)配套體系，在技術(shù)工藝的應(yīng)用下實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量的提升。結(jié)合對(duì)體積壓裂的優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而不斷強(qiáng)化壓裂工藝配套。對(duì)于水平井分壓工藝而言，若要實(shí)現(xiàn)壓裂效果得已提升時(shí)，首先應(yīng)對(duì)該項(xiàng)工藝進(jìn)行系統(tǒng)評(píng)價(jià)，落實(shí)相關(guān)技術(shù)試驗(yàn)，保證技術(shù)指標(biāo)符合要求[8]。通過對(duì)不同完井方式下的多段分壓技術(shù)進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，比較單井開采產(chǎn)量，從而明確最優(yōu)開采方案。

（2）環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)。在開發(fā)致密砂巖氣時(shí)，環(huán)境因素具有很大影響，一定程度上增加了油氣開發(fā)成本和開發(fā)難度。因此在研發(fā)致密砂巖氣壓裂工藝過程中，應(yīng)對(duì)壓裂工藝的環(huán)境適應(yīng)性加以考慮，保證在技術(shù)支持下能夠高產(chǎn)、高效完成致密砂巖氣開發(fā)，降低開發(fā)成本。

（3）老井產(chǎn)量穩(wěn)定提升。在致密砂巖氣開采過程中，難免會(huì)遇到一些生產(chǎn)產(chǎn)量和生產(chǎn)效率較低的老井，在新工藝、新技術(shù)研發(fā)過程中可借助于這些老井進(jìn)行。在壓裂技術(shù)研發(fā)的同時(shí)應(yīng)重視對(duì)老井進(jìn)行檢查，對(duì)其加以優(yōu)化，提升其生產(chǎn)性能。在合適的契機(jī)下，對(duì)效率低下的老井進(jìn)行改造，保證老井產(chǎn)量穩(wěn)定提升。

4.結(jié)束語

綜上所述，在經(jīng)濟(jì)發(fā)展推動(dòng)下，社會(huì)生產(chǎn)生活對(duì)于油氣能源的需求不斷提升，但油氣開采難度也隨著開采環(huán)境和技術(shù)工藝的發(fā)展變化逐漸增加。在致密砂巖氣開發(fā)過程中，面對(duì)壓裂工藝所存在的困境，應(yīng)當(dāng)結(jié)合實(shí)際情況，對(duì)相關(guān)壓裂工藝進(jìn)行創(chuàng)新優(yōu)化，保證致密砂巖氣開采過程中，壓裂工藝的適應(yīng)性和可實(shí)施性，在控制開發(fā)成本的基礎(chǔ)上，不斷提升致密砂巖氣開發(fā)產(chǎn)量，推動(dòng)油氣行業(yè)穩(wěn)定發(fā)展。