頁巖地層壓裂工藝技術淺析

陳曉毅 張磊

摘要：頁巖氣的開發(fā)已經(jīng)成為油氣田開發(fā)的重要方向，作為一種新型的非常規(guī)資源，頁巖氣開發(fā)速度較快，發(fā)展前景較為可觀。如何采取高效的壓裂工藝對頁巖地層進行壓裂已經(jīng)成為油氣田開發(fā)的重要課題。文章對頁巖地層壓裂工藝進行了分析，重點從技術現(xiàn)狀、存在問題進行探討，對頁巖地層壓裂工藝進步具有一定的價值和意義。

關鍵詞：頁巖氣;非常規(guī)資源;壓裂工藝

1頁巖地層壓裂工藝技術發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 新型重復壓裂

重復壓裂指的是第一次壓裂隨著時間推移失效后，重新進行壓裂的增產(chǎn)工藝措施。新型重復壓裂工藝能夠較好的應用裂縫暫堵體系、實時監(jiān)測技術和微地震解釋技術。通過這三種技術的有效結合，能夠比常規(guī)重復壓裂及時更好的增加儲層有效增產(chǎn)效果，進而開采出比原有裂縫控制面積內(nèi)更多的油氣，進而改善開發(fā)效果[1]。

新型重復壓裂工藝技術效果和常規(guī)壓裂中泵入的級數(shù)控制體系有關，通過轉向液體在原有裂縫中的暫堵作用，能夠在新的儲層中形成所需壓降，進而壓裂出新的裂縫或者延伸出新的裂縫。在應用這種工藝技術時，要求對裂縫以及地層參數(shù)進行測算，所以，利用實時微地震解釋技術對地層參數(shù)、調(diào)整轉向液的成分、液量、配比較為關鍵。

1.2通道壓裂

這種重復壓裂技術需要綜合應用泵注程序技術、流體加纖維技術、射孔技術、地質(zhì)力學模型制造高導流能力支撐裂縫技術等。通道壓裂技術的關鍵是，在高導流能力裂縫形成后，利用脈沖的方式注入高能量攜砂隔離液，由于濃度差的營銷，隔離液在裂縫中形成“指進”，在局部進行支撐。沒有支撐劑的位置在施工結束、裂縫閉合以后就會形成通道，能夠呈幾何倍數(shù)的增加裂縫導流能力。

1.2.1泵注程序技術

泵注程序是建立在常規(guī)水力壓裂程序的基礎上的，有別于常規(guī)水力壓裂程序的是，支撐劑的泵入依靠脈沖方式，然后利用清水進行隔離。其技術特色在于可以產(chǎn)生相似或者尺寸更大的有效裂縫，并且所需支撐劑的數(shù)量更低。

1.2.2射孔技術

為了讓注入的壓裂液能夠獨立的進入到地層中，以使支撐劑在裂縫中形成獨立的支撐劑柱，既需要對壓裂液進行配方設計，還需要選擇具有特殊技術特點的射孔技術。

1.2.3巖石力學模型

由于在低彈性模量的地層高閉合應力下，對已經(jīng)形成支撐劑周圍地層可能引起地層垮塌，影響裂縫導流能力，所以，要保持地層彈性模量與閉合應力的比值在350以上，以讓地層保持較穩(wěn)定的裂縫通道。

1.3超高質(zhì)量泡沫壓裂

超高質(zhì)量泡沫壓裂工藝技術使用的是具有超高質(zhì)量的泡沫壓裂液，配合使用超輕級支撐劑，利用單層鋪置支撐劑的方式進行支撐劑添加。這種類型的泡沫壓裂液體系中包括粘彈性表面活性劑的稠化水、氮氣，這些化學物質(zhì)在一定條件下會形成氣體體積分數(shù)為94%-99%的泡沫。這種體系對裂縫導流能力沒有傷害性，可以形成較強攜砂能力，能夠較好的將超輕級支撐劑在復雜裂縫網(wǎng)絡系統(tǒng)中進行鋪置 [2]。

在超高質(zhì)量泡沫壓裂液體系配方中，泡沫流變性能研究結果可以看出，在氣體體積分數(shù)大于90%時，泡沫便會消失，配方體系就會形成霧狀，進而能夠降低壓裂液體系的粘度和攜帶支撐劑的能力。通常認為，通過增加壓裂液的粘度能夠確保氣相體積不受限制保持霧狀。實驗發(fā)現(xiàn)，在一定條件（氣體體積分數(shù)為95%、溫度37.8℃、壓力6.7MPa）下，采用一定的設計速度，注入一定濃度表面活性劑稠化水，混合氮氣流，形成體積分數(shù)為95%的氣體泡沫。連續(xù)剪切1h后，測定流變性達到900mpa·s，和常規(guī)壓裂液粘度200 mpa·s相比，顯著改善了壓裂液的攜砂性能。

1.4減阻水壓裂

由于大部分頁巖地層的壓裂需要縫網(wǎng)壓裂方式實現(xiàn)天然裂縫，由于液體泵入效率低、用量大、攜砂能力不強，需要利用大排量壓裂方式進行壓裂，容易產(chǎn)生泵送摩阻高的缺點，因此，技術人員研發(fā)出了減阻水壓裂工藝。這種工藝通過在清水中加入減阻劑達到降低摩阻的效果，以實現(xiàn)大排量泵入的要求。

雖然目前減阻水壓裂工藝技術在頁巖地層壓裂中被成功應用，由于這種體系具有較低的粘度，攜砂能力受到限制，因此，現(xiàn)場人員在壓裂液中加入支撐劑運移改性劑以實現(xiàn)增加支撐劑浮力的效果，或者選擇超輕類型的支撐劑，利用復合壓裂工藝技術提高攜砂能力，達到增加裂縫導流能力，增加產(chǎn)量的目的。

2 頁巖地層壓裂工藝存在的問題分析

頁巖氣壓裂開發(fā)工藝還存在一些問題需要解決：脆性地層更加容易產(chǎn)生復雜的網(wǎng)絡裂縫，但是地層脆性或者塑性的成因和主導因素目前尚不明確，需要在機理研究方面加強基礎性研究，判斷頁巖地層是否具有壓縮性;支撐劑在頁巖裂縫中沉降規(guī)律和鋪置方式在導流能力方面產(chǎn)生的影響還不清楚，也需要加強基礎性研究工作，以提高壓裂液的導流能力;對壓裂返排液需要進行優(yōu)化，以較快的實現(xiàn)循環(huán)再利用;減阻水壓裂設計和優(yōu)化需要持續(xù)加強與設計[3]。

3結束語

（1）新型轉向壓裂工藝可以較好的壓開未增產(chǎn)區(qū)域，達到提高采收率、加快采油速度的目的。但是，現(xiàn)場操作較為復雜，難度較大，需要加強監(jiān)測和調(diào)整力度。

（2）通道壓裂工藝可以顯著增加裂縫導流能力，對提高產(chǎn)量具有較為重要的作用，但是對彈性模量與閉合應力具有嚴格要求，要求彈性模量和閉合應力之間的比值超過350。

（3）超高質(zhì)量的泡沫壓裂工藝技術所需水量較少，對地層傷害性低，具有較好的效果，但是要求使用特殊的設備，排量低、成本高，在水敏性強或者地層壓力低的儲層中具有良好適用性。

（4）減阻水壓裂工藝成本低，可以產(chǎn)生復雜的網(wǎng)絡裂縫，具有較好的增產(chǎn)效果。但是受有限攜砂能力限制，導流能力不強，要求水力具有較高的功率，尤其適用于天然裂縫發(fā)育、水平主應力相差不大、水敏性較弱的地層中。

參考文獻：

[1]王南，鐘太賢，劉興兀，等.復雜條件下頁巖氣藏生產(chǎn)特征及規(guī)律[J].斷塊油氣田，2018，19（6）：767-770.

[2]盧占國，李強，李建兵，等.頁巖儲層傷害機理研究進展[J].斷塊油氣田，2018，19（5）：629-633.

[3]邵曉州，余川，付勛勛，等.頁巖氣研究新進展及開發(fā)瓶頸分析[J].斷塊油氣田，2019，19（6）：764-766.

作者簡介：陳曉毅 男，1986年5月出生甘肅玉門，漢族，助理工程師，2015年畢業(yè)于中國石油大學（北京）石油工程專業(yè)，現(xiàn)于玉門油田作業(yè)公司壓裂隊工作

中國石油玉門油田作業(yè)公司壓裂隊，甘肅 ?酒泉?735000