页岩气水平井压裂技术浅析

2012-04-01袁旭军

长江大学学报(自科版) 2012年19期

关键词：喷砂射孔管柱

袁旭军，曾俊

(中石化西南石油局井下作业公司，四川德阳 618000)

页岩气水平井压裂技术浅析

袁旭军，曾俊

(中石化西南石油局井下作业公司，四川德阳 618000)

水平井压裂技术已成为页岩气开发的一种有效手段，应用该技术能够增加储层的改造体积，从而形成错综复杂的裂缝网络，最终提高采收率。页岩气水平井压裂技术主要包括多级压裂、同级压裂和丛式井工厂技术。详细分析了多级压裂、同步压裂和丛式井工厂技术的作业流程和特点，以期为页岩气开发提供参考。

页岩气；水平井；压裂

页岩储层天然裂缝发育，但连通性较差，且大多被钙质、粘土充填，需要通过水力裂缝沟通天然裂缝，才能对泥页岩储层进行有效压裂改造。从国外近些年对页岩气的成功开发经验来看［1］，在页岩储层中进行水力压裂形成裂缝网络是开发页岩气的有效方法。通过水力压裂可以沟通页岩储层天然裂缝，其裂缝形态不再是简单的纵向裂缝、横向裂缝或者扭曲裂缝，而是形成大型的裂缝网络。与此同时，其渗流方式也不是传统水力压裂所形成的简单双线性流，而是更为复杂的网络裂缝渗流。由此可见，为了最大程度地开发页岩气，形成更大、更广的裂缝网络是必然趋势。水平井压裂技术具有水平井段长、沟通面积广的优势，采用该技术能够形成十分庞大的裂缝网络，因此，水平井压裂技术成为页岩气开发的重要手段。下面，笔者对几种主要水平井压裂技术进行了阐述。

1 多级压裂技术

1.1滑套分段压裂

采用该技术时，首先一次射开全部待压裂井段，再坐封封隔器，通过油管直接压裂下层，喷砂滑套处于关闭状态。待下层压裂后，停泵、投球，待其落到喷砂滑套位置后，向油管加压，打开喷砂滑套喷砂孔，进行第2段压裂。同时可根据需要重复上述步骤。该技术具有以下优点：一趟管柱可完成多段定点改造，针对性强；工序简单，作业效率高，工艺管柱性能可靠；可以同时满足浅、中、深水平井分段压裂的要求。该技术的缺点在于封隔器易砂埋和管柱上提困难，且对固井质量要求太高。

1.2连续油管喷砂射孔环空分段压裂

采用该技术时，通过连续油管以0.5～0.6m3/min的排量将砂浓度为100kg/m3的射孔液喷出进行喷射射孔，射孔完毕后可以通过环空进行加砂压裂，在向上拖动过程中即可以实现多级压裂。该技术的优点在于遇到砂堵时，连续油管作为冲砂管柱便于施工，并且2级压裂作业之间的距离无限制(推荐2级压裂区域的距离间隔在5m以上)。

1.3水力喷射分段压裂

水力喷射压裂是一种集射孔、压裂、水力封隔于一体的新型增产改造技术。采用该技术时，用高速和高压流体携带砂体进行射孔，打开地层与井筒之间的通道后，提高流体排量，从而在地层中打开裂缝。当页岩储层发育较多的天然裂缝时，如果用常规方式对裸眼井进行压裂，裸露的井壁表面会使大量流体损失，从而影响增产效果。采用该技术能够在裸眼井中不使用密封元件而维持较低的井筒压力，同时迅速、准确地压开多条裂缝。水力喷射压裂技术可以在裸眼、筛管完井及套管完井的水平井中进行加砂压裂，具有不受完井方式限制、下入工具少和砂卡风险小的特点。

1)压裂过程 ①水力喷砂射孔阶段。环空敞开，通过油管高压注入含6%～8%石英砂(粒径0.4～0.6mm)的0.2%～0.5%瓜胶基液，液体经过喷嘴后将势能转换为动能，高速射流冲击切割套管及岩石，形成具有一定直径和深度的纺锤形孔眼。②裂缝起裂、延伸阶段。喷砂射孔后，关闭环空，通过对环空补液加压，高速射流进入已形成的射孔孔道内产生增压作用，使孔内压力普遍高于环空压力。水力喷射压裂时的孔内压力由井底环空压力和射流增压构成，射流增压值一般仅3～5MPa，因而孔内压力大小主要取决于井底环空压力。随着环空加压后井底环空压力升高，孔内压力达到破裂压力后即可压开地层而起裂。起裂后，孔内增压值有所降低，由于裂缝延伸压力低于破裂压力，在保持环空压力不变的情况下就可使裂缝不断延伸。与此同时，由油管喷嘴和环空不断注入的支撑剂和压裂液对裂缝起支撑作用。

2)压裂方式 ①水力喷射拖动管柱分段压裂。采用该压裂方式时，压裂管柱主要由一级喷枪和扶正器组成，每压完一段后上提管柱至下一压裂目的段，重复水力喷射压裂过程，从而达到利用一趟管柱逐段分压多段的目的。②水力喷射不动管柱分段压裂。采用该压裂方式时，通过投球打开多级滑套实施分段压裂，由于该技术结合了常规水力喷射压裂技术和滑套多层压裂的优点，因而具有无机械封隔、管柱易起出、作业周期短的特点。

1.4水平井泵送桥塞分段压裂技术

该技术作为一种射孔压裂联作技术，可以适用于套管完井，具体步骤如下：①用连续油管或爬行器带射孔枪入井进行第1段射孔，然后起出射孔枪，从套管进行第1段加砂压裂；②泵送电缆桥塞并进行电引爆坐封；③射孔，起出射孔枪，从套管进行第2段加砂压裂；④重复上述步骤，压裂结束后下入磨铣工具，将桥塞钻掉。

1.5水平井裸眼封隔器分段压裂

该技术适用于裸眼完井，其原理是通过裸眼封隔器封隔各压裂目的层段，通过投球，至下而上逐级打开滑套，实现分段压裂。多级滑套分段压裂工具主要包括投球装置、封隔悬挂器、裸眼封隔器、投球滑套、压差滑套和井下隔离阀。利用该技术可以实现一趟管柱压裂多段的快速压裂目的，且压裂管柱不需提出而直接转换为生产管柱，这简化了完井作业，有利于缩短作业周期，降低储层伤害。

2 同步压裂技术

同步压裂是近几年在Barnett页岩气开发中成功应用的最新压裂技术［2］。由于页岩储层渗透性差，气体分子能够移动的距离短，需要通过压裂获得近距离的高渗透率路径而进入井眼中。在采用该技术时，压裂液及支撑剂在高压下从一口井沿最短距离向另一口井运移，这样增加了裂缝网络的密度及表面积，从而快速提高页岩气井的产量。该技术的特点是在压裂过程中促使水力裂缝在扩展过程中相互作用，产生更复杂的缝网，从而增加改造体积，提高初始产量和最终采收率。