頁巖氣壓裂技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展研究

劉 陽

江西省頁巖氣投資有限公司 江西 南昌 330096

1 引言

壓裂施工是油氣田開發(fā)過程中增產(chǎn)增效的有效手段。以壓裂液為能量傳遞媒介溝通地層孔隙，并攜帶支撐劑進(jìn)行儲(chǔ)層改造，極大優(yōu)化了致密儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)，促進(jìn)烴類介質(zhì)驅(qū)替。進(jìn)行多角度的水平井分段壓裂增加井與油藏之間的接觸面積，增加油氣產(chǎn)能。

2 頁巖氣壓裂技術(shù)現(xiàn)狀

2.1 壓裂工藝 Schlumberger StageFRACTM 增產(chǎn)系統(tǒng)較為完善，主要基于現(xiàn)有井下工具在碳酸鹽巖和碎屑巖儲(chǔ)層中進(jìn)行有效運(yùn)用，特別是在裸眼井中收效較好。在現(xiàn)場(chǎng)已證明，該系統(tǒng)可以通過使用RockSeal T MII可視打包機(jī)來分割水平部分，從而顯著提高破碎效果。相關(guān)工具能耐受200℃高溫和69 MPa壓力環(huán)境，且最多施工段為9段同時(shí)壓裂。另外，在設(shè)備使用強(qiáng)度和工具附件消耗上能極大進(jìn)行簡(jiǎn)化，其中就施工時(shí)間方面就能比常規(guī)作業(yè)縮短至幾天。對(duì)于快速求產(chǎn)的單井或者勘探區(qū)塊具有較大生產(chǎn)意義。在美國和加拿大的大規(guī)模運(yùn)用中該系統(tǒng)針對(duì)裸眼或套管完井前提效果較好。

由最先材料力學(xué)方面研發(fā)的多維哈里伯頓公司的固井滑套分段壓裂系統(tǒng)。其中主體施工工藝流程為固井水泥套管破碎系統(tǒng)連接到管上，并使用特殊的驅(qū)動(dòng)工具將破碎系統(tǒng)破碎到裸眼的水平部分，以循環(huán)和清潔井，然后在壓力下安裝膨脹吊架。從油井中注入柴油或肉眼使用原油在柴油和原油達(dá)到裸眼后，浸入膨脹油封隔器，浸泡7-8天后，注油封隔器將膨脹并用肉眼密封至水平。分離不同的壓力間隙，然后打開骨折套管的第一級(jí)以壓碎第一級(jí)骨折套管。然后打開另一個(gè)碎裂套筒，使骨折破裂，打開另一個(gè)碎裂套筒以處理另一個(gè)目標(biāo)層。切碎系統(tǒng)可以直接作為生產(chǎn)線投入生產(chǎn)。

2.2 壓裂液體系 壓裂液對(duì)于壓裂施工過程至關(guān)重要。壓裂液性能評(píng)估主要考量流變性、濾失性、摩阻等關(guān)鍵可測(cè)物理量。通常高粘度、低摩阻、低濾失量、低儲(chǔ)層傷害、易獲取且低成本的壓裂液廣受市場(chǎng)青睞。

稠化劑是壓裂液中運(yùn)用最多的主劑，按照成分可以進(jìn)行植物膠、高分子纖維素和合成聚合物三大類的區(qū)分。相關(guān)的任務(wù)為增加粘度，同時(shí)也有一定的降低濾失和減少壓裂液摩阻的作用。交聯(lián)反應(yīng)方面，稠化劑與交聯(lián)劑進(jìn)行相互作用，使得高分子網(wǎng)架結(jié)構(gòu)凍膠按時(shí)間和強(qiáng)度有序形成。最終達(dá)到能懸浮一定密度支撐劑并良好造縫的使用效果?，F(xiàn)場(chǎng)運(yùn)用方面，高溫、高壓、復(fù)雜井眼軌跡的深井環(huán)境下需要稠化劑具備良好的增稠能力、熱穩(wěn)定性和剪切穩(wěn)定性。同時(shí)需要稠化劑具有良好的水溶性且不溶物含量較少。成本考量方面，運(yùn)用合適的配方，在保證壓裂液粘度達(dá)到設(shè)計(jì)值的前提下進(jìn)行稠化劑用量精簡(jiǎn)化能極大優(yōu)化成本。并且為后續(xù)壓裂液的徹底破膠水化降低負(fù)載，減小稠化劑產(chǎn)生的殘?jiān)鼈?chǔ)層。

3 頁巖氣壓裂技術(shù)發(fā)展方向

3.1 工藝發(fā)展 油管注入壓裂方式方法主要有三種：(1)運(yùn)用連續(xù)油管進(jìn)行高壓泵入地層，并且通過特殊進(jìn)行設(shè)備帶入壓裂液進(jìn)行復(fù)核注入式水力噴砂射孔，在液、砂、氣三者混響流下實(shí)現(xiàn)水力封隔、環(huán)空補(bǔ)液最終完成相關(guān)工藝要求，達(dá)到水力壓裂效益。諸如此類，在將連續(xù)油管拖動(dòng)至下一層位進(jìn)行以上工藝在復(fù)制，全面完成單井遇到層位壓裂施工。(2)運(yùn)用連續(xù)油管上所帶特殊性井下工具在跨式封隔主導(dǎo)下通過高壓泵進(jìn)行連續(xù)油管水利注入壓裂。其射孔方式為電纜一次射孔，充分提高射孔完善率，預(yù)防不良因素發(fā)生。隨后與上述方法一致依然通過拖動(dòng)連續(xù)油管拖動(dòng)至下一層位進(jìn)行以上工藝在復(fù)制，全面完成單井遇到層位壓裂施工。(3)綜合以上兩種方案優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行最新工具運(yùn)用，將連續(xù)油管上進(jìn)行單上封、填砂分層、電纜一次射孔的工藝與工具配合性使用。完成復(fù)核注入式水力噴砂射孔，綜合提高壓力施工效益。在單上封位置和砂塞部位實(shí)現(xiàn)層間封隔效果。隨后通過拖動(dòng)油管至下一層位進(jìn)行以上工藝在復(fù)制，全面完成單井遇到層位分段壓裂施工。

環(huán)空注入壓裂工藝可以分為兩種類型，并且應(yīng)用都非常廣泛，但是其經(jīng)濟(jì)效益不高。環(huán)空注入壓裂工藝在應(yīng)用中應(yīng)當(dāng)首先根據(jù)油井的產(chǎn)量來進(jìn)行預(yù)測(cè)。在使用過程中有以下具體表現(xiàn)：(1)仍然是通過連接有連續(xù)油管的高壓泵來注入、同樣采用一次性的水力噴砂來進(jìn)行射孔、隨后開始填砂分層、最后一個(gè)環(huán)節(jié)就是配合井下和地面相應(yīng)設(shè)備開始環(huán)空壓裂從而實(shí)現(xiàn)增油效果。在射孔環(huán)節(jié)主要采用砂賽方法實(shí)現(xiàn)層間封隔的施工。在射孔環(huán)境采用水力噴砂方法可以實(shí)現(xiàn)對(duì)儲(chǔ)層保護(hù)的最大化，最后在采用連續(xù)油管方法補(bǔ)液并拖動(dòng)油管的過程中實(shí)現(xiàn)多段式的預(yù)定層位壓裂。(2)和以上壓裂工藝相同，及其分層方式上改為油管掛入相關(guān)井下工具進(jìn)行封隔器式分層，最終完成環(huán)空壓裂。

4 頁巖氣壓裂技術(shù)發(fā)展建議

(1)關(guān)于針對(duì)頁巖氣的混合壓裂技術(shù)的研究?jī)?nèi)容主要包括關(guān)于頁巖氣儲(chǔ)層及其混合壓裂的可行性評(píng)價(jià)分析研究、效果預(yù)測(cè)研究、配方研究、混合壓裂現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究等。

(2)關(guān)于頁巖氣網(wǎng)絡(luò)壓裂技術(shù)方面的研究主要包含了優(yōu)化頁巖氣網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方法的研究、頁巖氣現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)研究等。

(3)關(guān)于巖氣水平井及其多段壓裂技術(shù)的研究包括針對(duì)頁巖氣水平井分段壓裂地質(zhì)的評(píng)價(jià)研究、滑套式噴射器開發(fā)與研制、水平井多段壓裂優(yōu)化設(shè)計(jì)方法研究等。

(4)關(guān)于頁巖氣多井同步壓裂技術(shù)的主要包括針對(duì)壓裂液在線混配技術(shù)的研究及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施方法的研究、優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的研究等。

5 結(jié)語

在勘探開發(fā)領(lǐng)域，良好儲(chǔ)層的大規(guī)模整裝油氣藏勘探受限。所以必須對(duì)致密砂巖油藏以及中高滲透率區(qū)塊進(jìn)行措施化開發(fā)，靶向鉆井配合水平井井眼軌跡優(yōu)化能最大限度穿越油氣藏，在天然裂縫發(fā)育情況和巖石物性數(shù)據(jù)支撐下進(jìn)行水平井壓裂優(yōu)化，運(yùn)用同等級(jí)支撐劑和壓裂液能最大限度改造儲(chǔ)層物性。使單井達(dá)到高產(chǎn)、高效的結(jié)果。