頁巖氣水平井壓裂技術(shù)淺析

袁旭軍，曾 俊

(中石化西南石油局井下作業(yè)公司，四川 德陽 618000)

頁巖氣水平井壓裂技術(shù)淺析

袁旭軍，曾 俊

(中石化西南石油局井下作業(yè)公司，四川 德陽 618000)

水平井壓裂技術(shù)已成為頁巖氣開發(fā)的一種有效手段，應(yīng)用該技術(shù)能夠增加儲層的改造體積，從而形成錯綜復(fù)雜的裂縫網(wǎng)絡(luò)，最終提高采收率。頁巖氣水平井壓裂技術(shù)主要包括多級壓裂、同級壓裂和叢式井工廠技術(shù)。詳細分析了多級壓裂、同步壓裂和叢式井工廠技術(shù)的作業(yè)流程和特點，以期為頁巖氣開發(fā)提供參考。

頁巖氣；水平井；壓裂

頁巖儲層天然裂縫發(fā)育，但連通性較差，且大多被鈣質(zhì)、粘土充填，需要通過水力裂縫溝通天然裂縫，才能對泥頁巖儲層進行有效壓裂改造。從國外近些年對頁巖氣的成功開發(fā)經(jīng)驗來看［1］，在頁巖儲層中進行水力壓裂形成裂縫網(wǎng)絡(luò)是開發(fā)頁巖氣的有效方法。通過水力壓裂可以溝通頁巖儲層天然裂縫，其裂縫形態(tài)不再是簡單的縱向裂縫、橫向裂縫或者扭曲裂縫，而是形成大型的裂縫網(wǎng)絡(luò)。與此同時，其滲流方式也不是傳統(tǒng)水力壓裂所形成的簡單雙線性流，而是更為復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)裂縫滲流。由此可見，為了最大程度地開發(fā)頁巖氣，形成更大、更廣的裂縫網(wǎng)絡(luò)是必然趨勢。水平井壓裂技術(shù)具有水平井段長、溝通面積廣的優(yōu)勢，采用該技術(shù)能夠形成十分龐大的裂縫網(wǎng)絡(luò)，因此，水平井壓裂技術(shù)成為頁巖氣開發(fā)的重要手段。下面，筆者對幾種主要水平井壓裂技術(shù)進行了闡述。

1 多級壓裂技術(shù)

1.1滑套分段壓裂

采用該技術(shù)時，首先一次射開全部待壓裂井段，再坐封封隔器，通過油管直接壓裂下層，噴砂滑套處于關(guān)閉狀態(tài)。待下層壓裂后，停泵、投球，待其落到噴砂滑套位置后，向油管加壓，打開噴砂滑套噴砂孔，進行第2段壓裂。同時可根據(jù)需要重復(fù)上述步驟。該技術(shù)具有以下優(yōu)點：一趟管柱可完成多段定點改造，針對性強；工序簡單，作業(yè)效率高，工藝管柱性能可靠；可以同時滿足淺、中、深水平井分段壓裂的要求。該技術(shù)的缺點在于封隔器易砂埋和管柱上提困難，且對固井質(zhì)量要求太高。

1.2連續(xù)油管噴砂射孔環(huán)空分段壓裂

采用該技術(shù)時，通過連續(xù)油管以0.5～0.6m3/min的排量將砂濃度為100kg/m3的射孔液噴出進行噴射射孔，射孔完畢后可以通過環(huán)空進行加砂壓裂，在向上拖動過程中即可以實現(xiàn)多級壓裂。該技術(shù)的優(yōu)點在于遇到砂堵時，連續(xù)油管作為沖砂管柱便于施工，并且2級壓裂作業(yè)之間的距離無限制(推薦2級壓裂區(qū)域的距離間隔在5m以上)。

1.3水力噴射分段壓裂

水力噴射壓裂是一種集射孔、壓裂、水力封隔于一體的新型增產(chǎn)改造技術(shù)。采用該技術(shù)時，用高速和高壓流體攜帶砂體進行射孔，打開地層與井筒之間的通道后，提高流體排量，從而在地層中打開裂縫。當頁巖儲層發(fā)育較多的天然裂縫時，如果用常規(guī)方式對裸眼井進行壓裂，裸露的井壁表面會使大量流體損失，從而影響增產(chǎn)效果。采用該技術(shù)能夠在裸眼井中不使用密封元件而維持較低的井筒壓力，同時迅速、準確地壓開多條裂縫。水力噴射壓裂技術(shù)可以在裸眼、篩管完井及套管完井的水平井中進行加砂壓裂，具有不受完井方式限制、下入工具少和砂卡風險小的特點。

1)壓裂過程 ①水力噴砂射孔階段。環(huán)空敞開，通過油管高壓注入含6%～8%石英砂(粒徑0.4～0.6mm)的0.2%～0.5%瓜膠基液，液體經(jīng)過噴嘴后將勢能轉(zhuǎn)換為動能，高速射流沖擊切割套管及巖石，形成具有一定直徑和深度的紡錘形孔眼。②裂縫起裂、延伸階段。噴砂射孔后，關(guān)閉環(huán)空，通過對環(huán)空補液加壓，高速射流進入已形成的射孔孔道內(nèi)產(chǎn)生增壓作用，使孔內(nèi)壓力普遍高于環(huán)空壓力。水力噴射壓裂時的孔內(nèi)壓力由井底環(huán)空壓力和射流增壓構(gòu)成，射流增壓值一般僅3～5MPa，因而孔內(nèi)壓力大小主要取決于井底環(huán)空壓力。隨著環(huán)空加壓后井底環(huán)空壓力升高，孔內(nèi)壓力達到破裂壓力后即可壓開地層而起裂。起裂后，孔內(nèi)增壓值有所降低，由于裂縫延伸壓力低于破裂壓力，在保持環(huán)空壓力不變的情況下就可使裂縫不斷延伸。與此同時，由油管噴嘴和環(huán)空不斷注入的支撐劑和壓裂液對裂縫起支撐作用。

2)壓裂方式 ①水力噴射拖動管柱分段壓裂。采用該壓裂方式時，壓裂管柱主要由一級噴槍和扶正器組成，每壓完一段后上提管柱至下一壓裂目的段，重復(fù)水力噴射壓裂過程，從而達到利用一趟管柱逐段分壓多段的目的。②水力噴射不動管柱分段壓裂。采用該壓裂方式時，通過投球打開多級滑套實施分段壓裂，由于該技術(shù)結(jié)合了常規(guī)水力噴射壓裂技術(shù)和滑套多層壓裂的優(yōu)點，因而具有無機械封隔、管柱易起出、作業(yè)周期短的特點。

1.4水平井泵送橋塞分段壓裂技術(shù)

該技術(shù)作為一種射孔壓裂聯(lián)作技術(shù)，可以適用于套管完井，具體步驟如下：①用連續(xù)油管或爬行器帶射孔槍入井進行第1段射孔，然后起出射孔槍，從套管進行第1段加砂壓裂；②泵送電纜橋塞并進行電引爆坐封；③射孔，起出射孔槍，從套管進行第2段加砂壓裂；④重復(fù)上述步驟，壓裂結(jié)束后下入磨銑工具，將橋塞鉆掉。

1.5水平井裸眼封隔器分段壓裂

該技術(shù)適用于裸眼完井，其原理是通過裸眼封隔器封隔各壓裂目的層段，通過投球，至下而上逐級打開滑套，實現(xiàn)分段壓裂。多級滑套分段壓裂工具主要包括投球裝置、封隔懸掛器、裸眼封隔器、投球滑套、壓差滑套和井下隔離閥。利用該技術(shù)可以實現(xiàn)一趟管柱壓裂多段的快速壓裂目的，且壓裂管柱不需提出而直接轉(zhuǎn)換為生產(chǎn)管柱，這簡化了完井作業(yè)，有利于縮短作業(yè)周期，降低儲層傷害。

2 同步壓裂技術(shù)

同步壓裂是近幾年在Barnett頁巖氣開發(fā)中成功應(yīng)用的最新壓裂技術(shù)［2］。由于頁巖儲層滲透性差，氣體分子能夠移動的距離短，需要通過壓裂獲得近距離的高滲透率路徑而進入井眼中。在采用該技術(shù)時，壓裂液及支撐劑在高壓下從一口井沿最短距離向另一口井運移，這樣增加了裂縫網(wǎng)絡(luò)的密度及表面積，從而快速提高頁巖氣井的產(chǎn)量。該技術(shù)的特點是在壓裂過程中促使水力裂縫在擴展過程中相互作用，產(chǎn)生更復(fù)雜的縫網(wǎng)，從而增加改造體積，提高初始產(chǎn)量和最終采收率。

3 叢式井工廠技術(shù)

該技術(shù)采用底部滑動井架鉆叢式井組，每井組由3～8口單支水平井組成，水平井段間距300～400m左右，利用最小的叢式井井場可使頁巖開發(fā)井網(wǎng)覆蓋區(qū)域最大化，同時能夠在一個叢式井平臺上壓裂多口井，從而降低成本并提高作業(yè)效率［3］。

4 結(jié) 語

頁巖氣開發(fā)關(guān)鍵在于形成裂縫網(wǎng)絡(luò)，而水平井壓裂技術(shù)是實現(xiàn)上述目標的有效手段，主要包括多級壓裂、同步壓裂和叢式井工廠壓裂技術(shù)。中石化各分公司根據(jù)各自生產(chǎn)實際和不同地層條件，結(jié)合所選壓裂工藝并經(jīng)過現(xiàn)場試驗，形成了具有各自特色且適應(yīng)不同區(qū)域的水平井壓裂模式，對提高初始產(chǎn)量和最終采收率起到了重要作用。

［1］王文霞，李治平，黃志文.頁巖氣藏壓裂技術(shù)及我國適應(yīng)性分析［J］.天然氣與石油,2011，29(1):38-41.

［2］張衛(wèi)東，郭敏，楊延輝.頁巖氣鉆采技術(shù)綜述［J］.中外能源，2010,15(6):35-40.

［3］李新景，胡素云，程克明.北美裂縫性頁巖氣勘探開發(fā)的啟示［J］.石油勘探與開發(fā)，2007，34(4):392-400.

10.3969/j.issn.1673-1409(N).2012.07.035

TE372

A

1673-1409(2012)07-N104-02

2012-04-13

袁旭軍(1977-)，男，2001年大學畢業(yè)，碩士，工程師，現(xiàn)主要從事低滲透油氣藏開發(fā)技術(shù)和技術(shù)管理方面的研究工作。

［編輯］ 李啟棟