探讨页岩气水平井压裂技术

王兵 张浩

摘要：随着国民经济的不断发展，世界各国对能源的需求量也急剧攀升。目前我国现有优质天然气产能严重不足，常规性油气资源已经不能满足人们的日常需求，非常规性油气资源逐步进入科研人员视野。我国拥有者较为丰富的页岩油气资源，但是目前的开发效果并不是特别好，其主要原因是因为页岩气藏有着低孔隙度、特低渗透率和高应力的储层特性，射孔后产能极低，直井大规模压裂改造后初期有产能，但试采阶段产量递减快，无法实现烃类气体经济有效开发。

关键词：页岩气;水平井;压裂;产量

一、页岩气水平井压裂技术思路、难点及对策

技术思路：通过对页岩气藏水平井进行多段式压裂改造，通过改造进一步增大储层与水平井井筒的接触面积，从而进一步提高页岩气藏的储层动用程度，并且储层不易被污染，最终进一步实现增产增效。

技术难点：页岩气藏的压裂施工号称千方砂万方液，进行页岩气藏压裂施工对供液、供砂要求较高，目前很多时候不能提供有效的配套保障。另外深井、大型压裂施工对压裂设备、压裂工具、管线的耐压和磨蚀性能要求高，安全施工控制技術难度大。最后我们发现页岩气藏储层敏感性比较强无法最大程度保障储层不受到伤害，且页岩气藏的孔隙度和渗透率很低，压裂改造相对难度较大。

技术对策：结合以上提到的技术难点我们发现，在页岩气开采过程中采用水平井分段压裂工艺技术进行多段压裂能够有效的增加储层平面的接触面积，从而增大气井产能。另外采用体积压裂进一步能够保证施工效果。应用连续供砂供液系统能够去报大型压裂连续施工，从而确保施工质量。利用地面控制和检测手段，保障大型压裂安全施工;应用低伤害丙烯酰胺共聚物压裂液体系，降低稠化剂浓度，降低储层伤害。[1]

二、页岩气增产机理研究

2.1页岩气增产模式研究

页岩气主要以基质吸附气和裂缝、孔隙中的游离气存在，页岩气产量高低与岩石内部微裂缝发育程度有关，裂缝既是储集空间，也是渗流通道，是页岩气从基质孔隙流入井底的必要途径，页岩气可采储量最终是取决于储层内裂缝产状、密度、组合特征和张开程度。[2]

从压裂角度来看页岩气的开发，我们发现页岩气储层物质基础、有机地化指标、物性参数、应力状态、压裂液和压裂工艺等都直接决定页岩是否具有可压性及是否具有形成网缝的条件，这些因素直接影响压裂效果。结合以上分析我们知道对页岩储层进行改造的真正目的是在地层中形成网络裂缝从而进一步增大气藏改造体积。

2.2网络裂缝形成机制

（1）网络裂缝形成机制

我们把能够产生复杂裂缝的压裂技术称为网络压裂。其中网络裂缝主要有以下几种，分别为压裂裂缝、天然裂缝、次生诱导缝、页理缝和层理缝。结合应力条件下裂缝充填、走向、分布等多种因素进一步决定天然裂缝及次生诱导裂缝的开启与延伸，从而创造更好的流动空间，形成搞导流能力的流通通道。这些裂缝才能在真正意义上称作为网络裂缝。

（2）天然裂缝张开应力

对于天然裂缝发育储层，缝网压裂的重点在于先形成具有一定缝长的主裂缝，而后采取一些手段提升缝内净压力，使得天然裂缝或储层弱面张开，改变压裂液的流动方向而继续延伸，进而达到实现缝网的目的。[2]

（3）诱导应力与裂缝转向

诱导进一步形成分支缝主要是针对那些天然裂缝不发育的储层，又或者是水力延伸裂缝与天然裂缝之间不相交的。为了进一步确保裂缝开度，我们一般通过人为提高裂缝内净压力在单一裂缝脆弱面上产生诱导应力以改变最大与最小主应力的分布，诱导原始主裂缝发生转向，减小高角度天然裂缝发育地层主裂缝与天然裂缝的夹角实现张开天然裂缝的目的。

三、水平井分段压裂优化

（1）人工裂缝方位确定

由于页岩气水平井轴向裂缝有效泄流面积相对横向裂缝来说小很多，一般水平井压裂希望产生横向裂缝，即裂缝网络的主裂缝。同时由于页岩地层节理、裂缝发育、或者有矿物填充的弱胶结面，压裂改造过程中能产生大量的剪切微裂缝。页岩气压裂改造希望这些微裂缝能与主裂缝垂直，即形成裂缝网络的二级裂缝。人工裂缝方位可以通过井壁崩落分析、钻井诱导缝分析、偶极横波测井确定。[3]

（2）水平井射孔参数优化

簇射孔方式是指在每一级压裂井段中多点射孔，该射孔方式主要应用于页岩气水平井压裂改造施工中采用簇射孔能够在簇射孔处形成主缝，从而进一步避免形成多个主缝，当拥有多个主缝，但每个都不够长的话，将无法沟通远井的天然裂缝，因此我们尽量控制射孔簇之间的距离，基本保持在20m左右，这样能够进一步保障主缝的诱导应力场相互叠加和干扰，从而诱发远井主裂缝间的沟通，从而真正实现远井的网络裂缝效果。

（3）水平井裂缝间距优化

页岩气水平井分段压裂过程中，通过减小裂裂缝间距可以使得井筒周围储层压力下降速度加快，有利于气体的解吸附，提高开采速度。水平井分段压裂中，由于压裂裂缝改变了周围应力场的大小和方向，为了产生垂直于水平井筒的横向裂缝同时形成有效的裂缝网络，每级压裂点之间的间距要合理，间距的优化要通过裂缝周围应力状态来分析。[3]

（4）水平井裂缝长度优化

裂缝的长度在一定程度上会影响气井产能，裂缝如果越长那么对应的产量也就越高，但是随着裂缝的增长，气井增产幅度也会逐步变小，且投资成本相对较高，施工难度也逐步增大。因此裂缝长度存在一个最佳值，结合最佳值、岩石力学状况、施工难度等进一步优化水平井裂缝，确保产量最优。

总结

通过对页岩气水平井压裂技术难点、解决措施的简要分析，进一步对页岩气藏增产机理探讨，主要从增产模式，网络裂缝形成机制等方面进行阐述。最后对人工裂缝方位确定、水平井射孔参数优化、水平井裂缝间距优化、水平井裂缝长度优化，从而确保页岩气藏顺利开发改造。

参考文献

[1]马超群，黄磊，范虎，曾俊峰，侯明明.页岩气压裂技术及其效果评价[J].吐哈油气田，2011，03：243-246.

[2]李勇明，彭瑀，王中泽.页岩气压裂增产机理与施工技术分析[J].西南石油大学学报（自然科学版）.

[3]王海涛等.页岩气储层压裂网络裂缝形成机制探讨[会议论文]中国油气论坛2011-非常规油气勘探开发技术专题研讨会，2011年