長城鉆探頁巖氣“井工廠”壓裂“瘦身”提效

■ 劉 飏

工程技術(shù)

長城鉆探頁巖氣“井工廠”壓裂“瘦身”提效

■ 劉 飏

長城鉆探自主研發(fā)的GWFR-1高效減阻劑、滑溜水壓裂液體系兩項創(chuàng)新技術(shù)成果，打破了國際技術(shù)壟斷，大幅降低成本，為助推規(guī)模體積壓裂和綠色環(huán)保壓裂施工升級奠定了基礎(chǔ)。

截至10月28日，長城鉆探公司自主研發(fā)的GWFR-1高效減阻劑及滑溜水壓裂液體系，在四川威202H6平臺應(yīng)用6井/125段，滑溜水壓裂液達到23.56萬立方米。威202H6平臺

首批改造“3+3”拉鏈?zhǔn)綁毫训?口井，日突破80萬立方米，是目前威遠區(qū)塊“十萬方液、千方砂”工廠化作業(yè)模式單井立體改造最好的平臺，為頁巖氣開發(fā)提高產(chǎn)能打下堅實基礎(chǔ)。

7月，長城鉆探自主研發(fā)的GWFR-1高效減阻劑、滑溜水壓裂液體系兩項創(chuàng)新技術(shù)成果，通過集團公司科技部、科技評估中心鑒定，總體達到國際先進水平，具有廣闊的應(yīng)用前景。這兩項核心技術(shù)的突破，打破了國際技術(shù)壟斷，大幅降低“井工廠”壓裂成本，助推規(guī)模體積壓裂和綠色環(huán)保壓裂施工升級奠定了基礎(chǔ)。

滑溜水壓裂液體系是世界非常規(guī)能源開發(fā)領(lǐng)域核心技術(shù)之一，被少數(shù)幾家國際大石油公司壟斷。2012年以來，長城鉆探先后承擔(dān)四川涪陵、礁石壩、威遠，浙江黃金壩等頁巖氣區(qū)塊產(chǎn)能建設(shè)，需要通過大規(guī)模水平井體積壓裂技術(shù)進行儲層改造，對當(dāng)前壓裂液的性能和循環(huán)使用提出挑戰(zhàn)。

目前，國內(nèi)的減阻劑產(chǎn)品分子鏈剛性較差，在泵注過程中分子鏈極易被破壞成小分子，導(dǎo)致減阻效果降低，即便增加減阻劑的量來維持其性能指標(biāo)，其抗鹽、抗剪切性能也不足，且增加了成本和環(huán)境污染風(fēng)險。

減阻劑是滑溜水壓裂液中最重要的添加劑，可降低液體管路摩阻、減少泵注能耗。減阻率是減阻劑的核心性能指標(biāo)，直接影響頁巖氣“井工廠”壓裂施工的成敗。

為打破技術(shù)壟斷，長城鉆探堅持走自主創(chuàng)新之路，通過“三增一減”分子結(jié)構(gòu)頂層設(shè)計，增強了溶解性、分子剛性和減阻能力，減少了離子干擾。同時，根據(jù)設(shè)計的目標(biāo)分子結(jié)構(gòu)制定反應(yīng)步驟，通過紅外光譜、GPC凝膠色譜等高科技分析手段，篩選官能團設(shè)計分子結(jié)構(gòu)。經(jīng)大量對比合成實驗，產(chǎn)品各項重要指標(biāo)均達到行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

長城鉆探自主研發(fā)生產(chǎn)的GWFR-1高效減阻劑，經(jīng)鑒定，當(dāng)分子量600萬，在800ppm濃度下減阻劑達76%，可有效避免環(huán)境干擾，并具有分子鏈剛性好、溶解速率快、抗鹽和抗剪切能力強等優(yōu)勢，突破性地解決了壓裂成本高和壓裂液返排循環(huán)再利用等難題，實現(xiàn)了科研成果向產(chǎn)品的轉(zhuǎn)化，形成了鏈條齊全的生產(chǎn)工藝流水線，實現(xiàn)了規(guī)模化生產(chǎn)。截至目前，已累計生產(chǎn)122噸。

為滿足頁巖氣大型水平井施工需求，站穩(wěn)高端市場，提升國際核心競爭力，長城鉆探展開壓裂液返排液無害化處理及循環(huán)使用的核心課題攻關(guān)，解決了常規(guī)滑溜水壓裂液添加劑用量大、難以降解處理的弊端。

針對不同油氣資源及地質(zhì)情況，科研人員研制出新型環(huán)?；锼w系，根據(jù)不同需求對減阻劑和助排劑進行施工設(shè)計調(diào)配，在滿足液體性能的前提下，盡量降低添加劑濃度，減少污染。表面活性劑非離子結(jié)構(gòu)的設(shè)計，降低了對酸堿性和離子濃度的敏感度，既降低了液體摩阻，又提高了挾砂能力，可滿足頁巖氣資源開發(fā)的需要。

新型環(huán)?；锼畨毫岩后w系，無生物毒性，在相同測試條件下減阻率在75%以上，返排可滿足行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)；具有低傷害、低成本、低摩阻、減阻率高、抗鹽性高、抗剪切能力強等優(yōu)點，且配伍性良好，體系穩(wěn)定可循環(huán)再利用，可有效降低管路摩阻，減少泵注能耗，提高施工效率，形成復(fù)雜的裂縫網(wǎng)，提高油氣產(chǎn)出能力。既滿足頁巖氣、頁巖油、致密氣等非常規(guī)油氣資源開發(fā)需要，又達到了國家綠色環(huán)保施工要求。

鏈接一：頁巖氣開發(fā)配套技術(shù)

頁巖氣與常規(guī)天然氣最大的區(qū)別是在地下存儲的方式和狀態(tài)不同。業(yè)內(nèi)有言，頁巖氣革命實際上是開采技術(shù)革命。下面介紹幾種開采頁巖氣的先進鉆井和壓裂工程技術(shù)。

鏈接二：鉆井工程技術(shù)

“井工廠”技術(shù)：巖氣鉆井先后經(jīng)歷了直井、水平井、叢式“井工廠”的發(fā)展歷程?！熬S”即使用水平井鉆井方式，在一個井場完成多口井的鉆井、射孔、壓裂、完井和生產(chǎn)，所有井筒采用批量作業(yè)模式，從而提高作業(yè)時效，實現(xiàn)頁巖氣的安全、經(jīng)濟、高效開發(fā)。

鉆井液技術(shù)：目前，頁巖氣開發(fā)使用的油基鉆井液配套技術(shù)已很成熟，正在開展頁巖氣水基鉆井液的嘗試與應(yīng)用。中國石油針對頁巖垮塌和摩阻大等問題，大力推進頁巖氣水平井高性能水基鉆井液研發(fā)，為解決頁巖氣開發(fā)普遍采用的油基鉆井液成本高、對環(huán)境不友好及影響開發(fā)效益的技術(shù)難題提供了一種新的技術(shù)途徑。

鏈接三：壓裂工程技術(shù)

水平井分段壓裂技術(shù)：這項技術(shù)包括裸眼封隔器＋滑套分壓技術(shù)、水力噴射分段壓裂技術(shù)、雙封單卡分段壓裂技術(shù)、套管射孔管內(nèi)封隔器分段壓裂技術(shù)和泵送橋塞分段壓裂技術(shù)。

水平井同步壓裂技術(shù)：利用兩口井或多口井的同步壓裂形成復(fù)雜的網(wǎng)狀裂縫，從而增加頁巖氣的產(chǎn)量。

無水壓裂技術(shù)：使用已交聯(lián)的液化石油氣（LPG）壓裂液替代常規(guī)壓裂液的一種壓裂方式。LPG壓裂液主要成分是丙烷和丁烷，可替代常規(guī)的水基、油基壓裂液及甲醇、CO2和N2壓裂液。

高導(dǎo)流水力通道壓裂技術(shù)：采用分簇射孔，以短小脈沖方式注入挾砂液和凈壓裂液，在裂縫內(nèi)形成開啟的流動通道。其中，支撐劑團簇形成骨架且非均勻地鋪置在開啟通道周圍，此時支撐劑不再充當(dāng)導(dǎo)流介質(zhì)，而是作為支撐結(jié)構(gòu)，形成導(dǎo)流通道。

壓裂液：頁巖氣開發(fā)常用壓裂液為滑溜水、線性膠，采用黏度更高的壓裂液和粒徑更粗的支撐劑以及更高的砂比，注重壓裂液和支撐劑的匹配，實現(xiàn)形成高導(dǎo)流能力主裂縫，降低頁巖氣流入井底阻力，提高頁巖氣井產(chǎn)量。