頁巖氣井壓裂技術(shù)的發(fā)展

韓旭輝

摘要：頁巖氣屬于非常規(guī)的能源，珍貴稀少，開采技術(shù)比較復(fù)雜，。目前只有一些發(fā)達國家美國等開發(fā)成功。頁巖氣沒有得到廣泛開采的主要原因就是頁巖底層滲透率較低，頁巖氣物性，頁巖氣開采中的技術(shù)核心之一就是壓裂技術(shù)。壓裂技術(shù)的主要作用就是對頁巖儲層進行改造。本文主要對頁巖氣井中的壓裂技術(shù)進行研究，分析頁巖氣井壓裂的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：頁巖氣井；壓裂技術(shù)；發(fā)展

前言

頁巖氣資源雖然較為豐富，但是并沒有得到廣泛的勘探和開發(fā)。其主要原因就是頁巖基質(zhì)滲透率較低，開發(fā)困難。能夠改善頁巖孔隙度和滲透度的主要措施是采用壓裂技術(shù)，頁巖氣井鉆井后并不能直接投入生產(chǎn)，必須經(jīng)過酸化，壓裂等工序。壓裂技術(shù)直接影響頁巖氣井的開采效率，從而影響頁巖氣井的經(jīng)濟效益。所以為了頁巖氣井的開采效率和經(jīng)濟效益，必須不斷地發(fā)展壓裂技術(shù)。目前。所使用的壓裂技術(shù)主要有以下幾種。

1、頁巖氣壓裂技術(shù)前的準(zhǔn)備工作

頁巖氣壓裂技術(shù)在使用前必須對頁巖氣井進行地質(zhì)評價，才能合理地選擇壓裂技術(shù)。主要包括以下四個方面，研究地應(yīng)力分布、評價巖石的脆性、以及識別天然的裂縫和研究巖石的力學(xué)性質(zhì)。研究地應(yīng)力分布，壓裂裂縫的形成形狀是由地應(yīng)力的分布狀態(tài)決定的，一般情況下裂縫的延伸方向總是平行于最大主應(yīng)力，垂直于最小主應(yīng)力。評價巖石的脆性，巖石的習(xí)性影響頁巖氣開采的效果，巖石脆性最大，越容易形成裂縫網(wǎng)絡(luò)，增加開采產(chǎn)量。識別天然裂縫，天然裂縫影響著裂縫形成的密度和表面積，天然裂縫發(fā)育情況越好，越容易形成復(fù)雜的縫隙網(wǎng)。研究巖石的力學(xué)性質(zhì)，使用壓裂技術(shù)時，巖石的力學(xué)性質(zhì)，會影響到壓裂技術(shù)的效果。主要會影響到裂縫的延伸方向和形狀，從而會影響到開采的效率。

2、頁巖氣井的壓裂技術(shù)

頁巖氣井所選的位置不同，地下環(huán)境資源會不同。因此，所選的壓裂技術(shù)也會有所不同，開采效率也有所差異。常用的壓裂技術(shù)主要有水力噴射壓裂技術(shù)、清水壓裂技術(shù)、重復(fù)壓裂技術(shù)、同步壓裂技術(shù)和多級壓裂技術(shù)。

2.1水力噴射壓裂技術(shù)

水力噴射壓裂技術(shù)即是將油管里液體的壓力轉(zhuǎn)化為動能，集射孔，壓裂，隔離一體化，根據(jù)的是伯努力和動力學(xué)原理。水力噴射壓裂的過程是通過噴射工具找準(zhǔn)裂縫起裂的方位，當(dāng)裂縫形成后，將高速流體射入裂縫和孔道，由于壓力差的存在，可以使裂縫進行延伸，達到壓裂的效果。即水力噴砂射孔，水力壓裂和環(huán)空擠壓。

水力噴射壓力技術(shù)應(yīng)用較為廣泛，不僅能應(yīng)用于水平井，垂直井，也適用于大斜度井和裸眼井。水力噴射壓裂技術(shù)不使用密封元件，井筒內(nèi)的壓力較低，可以迅速壓開多條裂縫。影響該技術(shù)的主要因素是壓裂井深和加砂規(guī)模。目前，美國使用該技術(shù)后取得了較大的經(jīng)濟效益。

2.2重復(fù)壓裂

重復(fù)壓裂技術(shù)顯而可知就是壓裂技術(shù)的多次使用。當(dāng)頁巖氣井初始的壓裂效果已經(jīng)無效時，使開采的效率降低，為了達到增產(chǎn)的效果，必須對頁巖氣井進行重復(fù)壓裂。該技術(shù)的主要作用就是頁巖氣井內(nèi)使用重復(fù)壓裂技術(shù)，在不同的方向上再次產(chǎn)生新的裂縫，增加裂縫的數(shù)量。其主要特點就是增加新裂縫，或者裂縫重新取向。

影響重復(fù)裂縫的主要因素主要有以下幾點，重復(fù)壓裂施工工藝水平，重復(fù)壓裂技術(shù)看似簡單，實則較為復(fù)雜。當(dāng)初次的壓裂技術(shù)失效后，頁巖氣井內(nèi)的裂縫，地質(zhì)都會有所發(fā)生變化。必須針對井段內(nèi)的情況，初始裂縫的狀態(tài)，巖石的力學(xué)性質(zhì)等進行勘測，再進行重復(fù)壓裂。還有就是重復(fù)壓裂裂縫起裂和延伸，當(dāng)使用重復(fù)壓裂后，地應(yīng)力的改變會引起裂縫的重新定位，需要重新確定裂縫的時機和延伸軌跡，才能使重復(fù)壓裂技術(shù)充分發(fā)揮作用。

2.3清水壓裂

清水壓裂技術(shù)是目前應(yīng)用較為廣泛的壓裂技術(shù)。該技術(shù)主要是指在清水中加入適量的減阻劑，黏土穩(wěn)定劑和表面活性劑等作為壓裂液，進行壓裂。該技術(shù)的特點是在清水中加入少量粗砂支撐劑，然后將壓裂液注入裂縫中，可以使地層中產(chǎn)生誘導(dǎo)裂縫，在壓裂的過程中會產(chǎn)生很多較碎的巖石，注入清水中，與清水中的粗砂同時作為支撐劑，使裂縫能夠保持張開的狀態(tài)。清水壓裂技術(shù)是一種清潔的壓裂技術(shù)，壓裂液的主要成分為減阻水，不僅成本較低，而且不需要清潔。影響清水壓裂技術(shù)的主要因素是壓裂液的攜砂能力和天然裂縫的數(shù)量。該技術(shù)主要應(yīng)用于天然裂縫發(fā)育的井。

2.4同步壓裂

同步壓裂技術(shù)主要應(yīng)用于兩口或兩口以上鄰近的平行井。同步壓裂技術(shù)的使用過程是壓裂液和支撐劑在高壓的作用下沿著最小距離從一口井運到另一口井，增加了裂縫的數(shù)量和面積。同步壓裂技術(shù)縮短了作業(yè)時間，提高了頁巖氣井的產(chǎn)量。同步壓裂技術(shù)可以促進裂縫在擴展過程的相互作用，增加裂縫的密度，增加改造體積，提高產(chǎn)量和效率。該技術(shù)目前已經(jīng)發(fā)展到可以多口經(jīng)進行工作。同步壓裂技術(shù)的最大特點，就是多口井同時進行壓裂，節(jié)省了時間提高了開采效率。

2.5多級壓裂

多級壓力技術(shù)是頁巖氣水力壓裂的主要技術(shù)，多級壓裂技術(shù)是指利用工具將儲層分隔不同的層位，再進行壓裂的技術(shù)。多級壓裂就是對同一眼井的不同層位進行分段壓裂，主要有連續(xù)油管壓裂和滑套完井兩種工作方式。多級壓裂又可以分為多段壓裂和分段壓裂，它既可以使多段進行壓裂也可以每段單獨進行壓裂，目標(biāo)明確，效果顯著。多級壓裂技術(shù)的技術(shù)已經(jīng)十分成熟，增產(chǎn)效率高，一般適用于產(chǎn)層較多的井。多層壓裂技術(shù)能夠根據(jù)不同層段的含氣特點，使壓裂技術(shù)充分發(fā)揮作用。

結(jié)論

壓裂技術(shù)已經(jīng)成為頁巖氣開發(fā)的核心技術(shù)，并在頁巖氣的開發(fā)中得到廣泛的應(yīng)用。在頁巖氣開采中采用不同的壓裂技術(shù)，可以起到增產(chǎn)提高效率的作用。隨著開采工作越來越復(fù)雜，必須不斷提高壓裂技術(shù)，才能在頁巖氣開采工作中獲得最大的經(jīng)濟效益。

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