页岩气开发压裂工艺技术现状探讨

林金堂

摘要：页岩气在国内分布范园广、储量大，具有巨大的资源潜力和广阔的开发前景，但目前尚未实现有效开发。面对页岩气地层压力低、能量不足、产量低等困难，压裂工艺技术具有一定的效果。

关键词：页岩气开发；压裂工艺；技术现状；应用

引言

我国具有较丰富的页岩气资源，受页岩基质渗透率很低、勘探开发困难等客观条件限制，勘探开发程度较低。90%以上的井需要经过酸化、压裂等储层改造才能获得比较理想的产量。技术进步是页岩气产量提高的根本原因，特别是水平钻井技术和水力压裂技术的进步使页岩气产量有了突飞猛进的增长。

1、页岩气压裂工艺现状

1.1直井连续油管分层压裂工艺现状

页岩气在早期开发过程中，针对浅层为主，以直井工艺形式为主，压裂工艺具体三个方面的特征。也就是连续油管、水力喷砂射孔以及环空加砂。该工艺主要借助高速、高压流体等完成射孔，在开启地层以及井筒中间的通道。该工艺的关键点是水力喷砂射孔，随后环空加砂，随后，通过填砂封堵的方式压裂层段。通过重复前述步骤，并最终完成施工操作。施工环节结束，通过借助连续油管完成冲砂以及反排。该工艺表现出作业周期相对较短，成本相对较低的特征。现阶段，页岩气直井开发工艺获得了相对较好的应用。

1.2水平井分段压裂工艺现状

1.2.1水平井多级可钻式桥塞封隔分段压裂工艺

该技术的主要特征是套管压裂以及多端分簇射孔，在施工环节上主要包括幾个方面：采取油管或者是连续油管传输方式射孔，井提取射孔枪。通过套管之中进行压裂。此外，通过液体泵对设备送井。坐封桥塞，对射孔枪以及桥塞完成分离，随后压裂第二段。重复上述中操作，并完成多级压裂。

1.2.2水平井封隔器分段压裂工艺

该技术借助井口落球操作系统完成滑套，系统应用原理对应直井应用的投球压差式封隔器相同。该工艺在在层级滑套掉落以及控制极差方面表现良好。该工艺主要应用的是机械式封隔器，且主要被应用在套管完井方面。此类封隔器更多借助的是压力坐封以及工具坐封。受到工艺的复杂性影响，下入工具串次相对更多，水平井在施工操作上风险系数加大，为此，该技术目前应用程度逐渐减少。

通过多井同步压裂可以让储层中页岩所能够承受的压力更大，提高邻井彼此之间的应力干扰，进一步提高复杂裂缝网络，调整近井地带当中的应力场。此类复杂裂缝网络主要结合提高裂缝密度以及壁面的表面积，进而建立三维裂缝网络，提高压裂改造方面的波及体积，通过此类方式提高采收率情况。

2、页岩气开发常见压裂工艺技术

2.1暂堵压裂技术

2.1.1暂堵压裂原理及特点

流体总是向阻力最小的方向流动。压裂施工时投入抗压强度很高的暂堵剂后，当暂堵剂进入射孔炮眼后，部分进入地层中的裂缝或高渗透层在炮眼处和高渗透带产生滤饼桥堵，形成高于裂缝破裂压力的压差，使后续压裂液不能继续进入原有裂缝从而发生转向进入高应力区或新裂缝层，促使新缝的产生和支撑剂的铺置变化，从而建立新的流体流动通道，沟通老裂缝未动用的油气层，提高油气产量。另外，暂堵剂一般选用活性可溶抗压小球，易溶于地层水或压裂液，对地层污染很小。

2.1.2暂堵压裂工艺

暂堵压裂工艺利用微地震法对施工时裂缝延伸进行动态监测。当主压裂施工结束后停泵，人工加入暂堵剂，暂堵剂为直径8-12mm的可溶性小球，打初压开井用胶液以6-8m3/min的排量泵送暂堵剂至射孔段，降排量为2-3m3/min。观察施工压力变化，掌握暂堵效果，当压力迅速升高后表明暂堵成功，接着加大排量压开新的裂缝，从而达到储层体积压裂，增加储层泄油面积和流动通道。

2.2堵球压裂转向技术

封堵球转向属于机械转向的一种，因为层间破裂压力的不同，使用封堵球，一般比射孔孔眼要大一点，1.5倍左右比较合适，由携带液带到射孔孔眼，堵住孔眼后造成井底压力上升，使破裂压力较高的底层被压开，由此进行逐层改造。此技术成功与否取决于是否排量足够大，以此来维持封堵压力。由于管柱直径必须使封堵球可以顺利通过，所以一般要求管径是堵球直径的3倍。

能否有足够的排量来维持孔眼两端的压差是这项技术的关键，为了使封堵球能够有效的封堵，所以需要很大的泵注排量，并且孔道的形状也会对封堵的有效性有很大的限制，除此之外，封堵球于携带液的密度也要遵循严格的匹配制度，浮力的作用不会使低密度浮球沉在携带液的底部，所以很多地方使用低密度的浮球来代替普通的封堵球。从封堵得效果来看，如果是直井，浮球的效果是好于普通沉球，如果是水平井，根据射孔孔眼的方位，选择不同密度的封堵球封堵不同方位的孔眼。

此技术具有一定的局限性，绝大多数用于射孔完井的油气井，水平井由于酸化井段长，注入排量低，很难保证需要达到足够的坐封压差，所以水平井一般很少使用封堵球封堵。

2.3水力喷砂分段压裂技术

这种技术是把水力压裂工艺同水力喷砂射孔技术进行融合，同时保有各自技术的特殊定位性。这种技术的特点是不使用机械密封装置却可以精准的进行多层压裂。它的原理是通过伯努利方程，把压能向动能的方向转化。这个工艺流程为：先将压能与动能进行转化，再使用水力喷射让产能负压带来隔离效果，高速运转的流体就在岩石中形成了孔洞。这些孔洞带来了压力势能，从而产生裂缝。进行下一层的压裂作业时，它能自行封隔，原来压开的层段不会再进一步延展，不需要使用桥塞和封隔器等专业的隔离工具，通过拖动管柱就能顺序压开另外需要改造的井段。

2.4水平井裸眼封隔器分段压裂技术

水平井裸眼封隔器分段压裂技术的优点在于其操作简便，工艺流程简单，作业效率高，特别适合低渗、低压和低孔油气藏水平井的升级改造。在实际作业中，把压裂管柱与水平井分段压裂工艺管柱进行连接，下放进井，达到指定的层段。然后依次进行投球、加压、关闭坐封球座通道，然后提升压力同时坐封各封隔器。加大压力用以剪断滑套内的销钉，把压力推到内滑套的下行位。之后开启锁紧机构，再通过喷砂孔进行压裂作业。作业时按顺序投放低密度球，压开所有的设计裂缝。在作业完毕后，放喷排液，然后收回低密度球，保证油管畅通，给后续生产顺利进行带来保证。同时也应注意到，裸眼封隔器分段压裂技术也存在一些弊端。常见的有封隔器的膨胀周期较长，可能造成无法解封。另外裸眼封隔器和滑套分段压裂技术使用的不动管柱，以及地面投球作业时，其投球开启滑套裂缝的开始位置不好掌握。分段压裂后的压裂管柱就是生产管柱，这在气井中的使用较为广泛，但是在油井中的应用还不是很完善，不利于后续的二次生产。

结语

页岩气作为十分重要的非常规资源，借助先进技术开发页岩气，对我国资源利用具有重要价值。北美地区，在页岩气开发方面方面具有先进经验，中国具有十分丰富的资源，但是开发技术仍然处在初级阶段，为此，充分学习北美经验对我国具有重要价值。井压裂表现出规模性以及排量高的特点，通过大型压裂技术优化，则能够建立更加复杂的网络缝，对提升产量具有巨大帮助。

参考文献：

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