页岩地层压裂工艺技术浅析

陈晓毅 张磊

摘要：页岩气的开发已经成为油气田开发的重要方向，作为一种新型的非常规资源，页岩气开发速度较快，发展前景较为可观。如何采取高效的压裂工艺对页岩地层进行压裂已经成为油气田开发的重要课题。文章对页岩地层压裂工艺进行了分析，重点从技术现状、存在问题进行探讨，对页岩地层压裂工艺进步具有一定的价值和意义。

关键词：页岩气;非常规资源;压裂工艺

1页岩地层压裂工艺技术发展现状

1.1 新型重复压裂

重复压裂指的是第一次压裂随着时间推移失效后，重新进行压裂的增产工艺措施。新型重复压裂工艺能够较好的应用裂缝暂堵体系、实时监测技术和微地震解释技术。通过这三种技术的有效结合，能够比常规重复压裂及时更好的增加储层有效增产效果，进而开采出比原有裂缝控制面积内更多的油气，进而改善开发效果[1]。

新型重复压裂工艺技术效果和常规压裂中泵入的级数控制体系有关，通过转向液体在原有裂缝中的暂堵作用，能够在新的储层中形成所需压降，进而压裂出新的裂缝或者延伸出新的裂缝。在应用这种工艺技术时，要求对裂缝以及地层参数进行测算，所以，利用实时微地震解释技术对地层参数、调整转向液的成分、液量、配比较为关键。

1.2通道压裂

这种重复压裂技术需要综合应用泵注程序技术、流体加纤维技术、射孔技术、地质力学模型制造高导流能力支撑裂缝技术等。通道压裂技术的关键是，在高导流能力裂缝形成后，利用脉冲的方式注入高能量携砂隔离液，由于浓度差的营销，隔离液在裂缝中形成“指进”，在局部进行支撑。没有支撑剂的位置在施工结束、裂缝闭合以后就会形成通道，能够呈几何倍数的增加裂缝导流能力。

1.2.1泵注程序技术

泵注程序是建立在常规水力压裂程序的基础上的，有别于常规水力压裂程序的是，支撑剂的泵入依靠脉冲方式，然后利用清水进行隔离。其技术特色在于可以产生相似或者尺寸更大的有效裂缝，并且所需支撑剂的数量更低。

1.2.2射孔技术

为了让注入的压裂液能够独立的进入到地层中，以使支撑剂在裂缝中形成独立的支撑剂柱，既需要对压裂液进行配方设计，还需要选择具有特殊技术特点的射孔技术。

1.2.3岩石力学模型

由于在低弹性模量的地层高闭合应力下，对已经形成支撑剂周围地层可能引起地层垮塌，影响裂缝导流能力，所以，要保持地层弹性模量与闭合应力的比值在350以上，以让地层保持较稳定的裂缝通道。

1.3超高质量泡沫压裂

超高质量泡沫压裂工艺技术使用的是具有超高质量的泡沫压裂液，配合使用超轻级支撑剂，利用单层铺置支撑剂的方式进行支撑剂添加。这种类型的泡沫压裂液体系中包括粘弹性表面活性剂的稠化水、氮气，这些化学物质在一定条件下会形成气体体积分数为94%-99%的泡沫。这种体系对裂缝导流能力没有伤害性，可以形成较强携砂能力，能够较好的将超轻级支撑剂在复杂裂缝网络系统中进行铺置 [2]。

在超高质量泡沫压裂液体系配方中，泡沫流变性能研究结果可以看出，在气体体积分数大于90%时，泡沫便会消失，配方体系就会形成雾状，进而能够降低压裂液体系的粘度和携带支撑剂的能力。通常认为，通过增加压裂液的粘度能够确保气相体积不受限制保持雾状。实验发现，在一定条件（气体体积分数为95%、温度37.8℃、压力6.7MPa）下，采用一定的设计速度，注入一定浓度表面活性剂稠化水，混合氮气流，形成体积分数为95%的气体泡沫。连续剪切1h后，测定流变性达到900mpa·s，和常规压裂液粘度200 mpa·s相比，显著改善了压裂液的携砂性能。

1.4减阻水压裂

由于大部分页岩地层的压裂需要缝网压裂方式实现天然裂缝，由于液体泵入效率低、用量大、携砂能力不强，需要利用大排量压裂方式进行压裂，容易产生泵送摩阻高的缺点，因此，技术人员研发出了减阻水压裂工艺。这种工艺通过在清水中加入减阻剂达到降低摩阻的效果，以实现大排量泵入的要求。

虽然目前减阻水压裂工艺技术在页岩地层压裂中被成功应用，由于这种体系具有较低的粘度，携砂能力受到限制，因此，现场人员在压裂液中加入支撑剂运移改性剂以实现增加支撑剂浮力的效果，或者选择超轻类型的支撑剂，利用复合压裂工艺技术提高携砂能力，达到增加裂缝导流能力，增加产量的目的。

2 页岩地层压裂工艺存在的问题分析

页岩气压裂开发工艺还存在一些问题需要解决：脆性地层更加容易产生复杂的网络裂缝，但是地层脆性或者塑性的成因和主导因素目前尚不明确，需要在机理研究方面加强基础性研究，判断页岩地层是否具有压缩性;支撑剂在页岩裂缝中沉降规律和铺置方式在导流能力方面产生的影响还不清楚，也需要加强基础性研究工作，以提高压裂液的导流能力;对压裂返排液需要进行优化，以较快的实现循环再利用;减阻水压裂设计和优化需要持续加强与设计[3]。

3结束语

（1）新型转向压裂工艺可以较好的压开未增产区域，达到提高采收率、加快采油速度的目的。但是，现场操作较为复杂，难度较大，需要加强监测和调整力度。

（2）通道压裂工艺可以显著增加裂缝导流能力，对提高产量具有较为重要的作用，但是对弹性模量与闭合应力具有严格要求，要求弹性模量和闭合应力之间的比值超过350。

（3）超高质量的泡沫压裂工艺技术所需水量较少，对地层伤害性低，具有较好的效果，但是要求使用特殊的设备，排量低、成本高，在水敏性强或者地层压力低的储层中具有良好适用性。

（4）减阻水压裂工艺成本低，可以产生复杂的网络裂缝，具有较好的增产效果。但是受有限携砂能力限制，导流能力不强，要求水力具有较高的功率，尤其适用于天然裂缝发育、水平主应力相差不大、水敏性较弱的地层中。

参考文献：

[1]王南，钟太贤，刘兴兀，等.复杂条件下页岩气藏生产特征及规律[J].断块油气田，2018，19（6）：767-770.

[2]卢占国，李强，李建兵，等.页岩储层伤害机理研究进展[J].断块油气田，2018，19（5）：629-633.

[3]邵晓州，余川，付勋勋，等.页岩气研究新进展及开发瓶颈分析[J].断块油气田，2019，19（6）：764-766.

作者简介：陈晓毅 男，1986年5月出生甘肃玉门，汉族，助理工程师，2015年毕业于中国石油大学（北京）石油工程专业，现于玉门油田作业公司压裂队工作

中国石油玉门油田作业公司压裂队，甘肅  酒泉 735000