淺談頁巖氣開發(fā)中新型壓裂技術(shù)的應(yīng)用

許 季

江漢油田采油氣工程技術(shù)服務(wù)中心

淺談頁巖氣開發(fā)中新型壓裂技術(shù)的應(yīng)用

許 季

江漢油田采油氣工程技術(shù)服務(wù)中心

為了實(shí)現(xiàn)我國(guó)工業(yè)健康發(fā)展的目標(biāo)，就需要大量開發(fā)應(yīng)用頁巖氣；現(xiàn)階段，應(yīng)用最為廣泛的為清水壓裂技術(shù)，具有較大的改造規(guī)模，不需要較高成本，但是也有諸多問題存在，如對(duì)水資源有較大需求，使用較大的設(shè)備，增加了運(yùn)輸難度以及較大的作業(yè)規(guī)模等。鑒于此，本文就淺談頁巖氣開發(fā)中新型壓裂技術(shù)的應(yīng)用展開探討，以期為相關(guān)工作起到參考作用。

頁巖氣開發(fā)；新型壓裂技術(shù)

1 頁巖氣壓裂技術(shù)現(xiàn)狀

頁巖氣在全球的發(fā)展比較快速，而且分布的區(qū)域也比較廣，呈現(xiàn)出發(fā)展?jié)摿薮蟮奶攸c(diǎn)。發(fā)達(dá)國(guó)家在20世紀(jì)90年代就在頁巖氣勘探上取得突破性的成就。并且頁巖氣壓裂技術(shù)發(fā)展的更加成熟。根據(jù)調(diào)查和測(cè)算，世界上的頁巖氣資源總量為456×1012m3。其中美國(guó)的資源數(shù)量占1/15。這樣豐富的頁巖氣資源使得美國(guó)的天然氣存儲(chǔ)量增加。我國(guó)的頁巖氣還處于勘探開發(fā)的階段，剛剛起步，但是發(fā)展的速度比較快。現(xiàn)階段，在中國(guó)的渤海灣、松遼、四川等地方均發(fā)現(xiàn)了頁巖資源。根據(jù)相關(guān)預(yù)算和推測(cè)，中國(guó)頁巖氣資源的總量將會(huì)超過30×1012m3，具有很大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

頁巖儲(chǔ)層呈現(xiàn)出底孔的特征，并且基質(zhì)滲透率比較低。在頁巖氣開發(fā)的過程中，壓裂技術(shù)是主要的技術(shù)，在頁巖氣的開發(fā)中占據(jù)著十分重要的地位。當(dāng)前，北美地區(qū)的頁巖氣壓裂技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到頂峰，我國(guó)想要使頁巖氣壓裂技術(shù)發(fā)揮出應(yīng)有的價(jià)值，就應(yīng)該借鑒北美地區(qū)頁巖技術(shù)的特點(diǎn)和原理。提升技術(shù)的研究速度，在此基礎(chǔ)上形成符合我國(guó)頁巖氣壓裂技術(shù)發(fā)展的理論。

頁巖氣是主體位于暗色泥頁巖或者高碳泥頁巖中的并且主要是以吸附或者游離狀態(tài)存在的氣體，根據(jù)相關(guān)的研究表明頁巖氣儲(chǔ)層的孔隙度通常在4%～5%之間，且儲(chǔ)層的滲透率小于10×10-3μm2。由于頁巖氣儲(chǔ)層與眾不同的特點(diǎn)，這就導(dǎo)致了在開采頁巖氣時(shí)無論在開采技術(shù)還是其他各個(gè)方面都與常規(guī)的儲(chǔ)層與很大的區(qū)別。頁巖儲(chǔ)層的基質(zhì)滲透率一般較低，通常會(huì)小于1mD，所以這就導(dǎo)致了其勘探開發(fā)過程存在著眾多的困難。在對(duì)頁巖氣儲(chǔ)層鉆完井之后只有少量的十分發(fā)育的天然裂縫可以直接投入生產(chǎn)，基本上90%以上的井位都需要在進(jìn)行酸化以及壓裂等增產(chǎn)改造措施后才能夠獲得比較可觀的產(chǎn)量。為了實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的頁巖氣的商業(yè)開采，首先必須要采用先進(jìn)的設(shè)備，其次一流的鉆井以及開發(fā)技術(shù)，最后還需要得到國(guó)家政府各個(gè)方面強(qiáng)有力的支持才可以得到最佳的商業(yè)價(jià)值。

3 新型壓裂技術(shù)

3.1 水力噴射壓裂

水力噴射壓裂石結(jié)合隔離、壓裂、水力射孔一體化的壓裂技術(shù)。在對(duì)裸眼水平井開展水力壓裂時(shí)，當(dāng)儲(chǔ)層發(fā)育存在較多的天然裂縫時(shí)，裸露的井壁表層就會(huì)導(dǎo)致流體損失從而嚴(yán)重破壞壓裂效果。水力噴射壓裂技術(shù)沒有運(yùn)用密封元件，通過維持較低的井筒壓力，實(shí)現(xiàn)了迅速準(zhǔn)確壓開多條裂縫，解決了裸眼完井水力壓裂的難題。水力噴射壓裂由環(huán)空擠壓、噴砂射孔以及水力壓裂這三個(gè)過程共同完成，其優(yōu)點(diǎn)是不受水平井的限制，能夠在裸眼及各種完井結(jié)構(gòu)水平井實(shí)現(xiàn)壓裂，其缺點(diǎn)是受到加砂規(guī)模和壓裂井深的限制。

3.2 多級(jí)壓裂

多級(jí)壓裂是利用限流或封堵球技術(shù)分隔儲(chǔ)層不同層位進(jìn)行分段壓裂的技術(shù)。多級(jí)壓裂能夠依據(jù)儲(chǔ)層的含氣性特點(diǎn)對(duì)同一井眼中不同位置地層進(jìn)行分段壓裂，其主要作業(yè)方式有滑套完井和連續(xù)油管壓裂兩種。多級(jí)壓裂具有分段壓裂和多段壓裂的特點(diǎn)，它能夠在同一口井中單獨(dú)壓裂不同的產(chǎn)層。這種技術(shù)的增產(chǎn)效率比較高，技術(shù)成熟，適合運(yùn)用于產(chǎn)層較多，水平井段較長(zhǎng)的井。頁巖儲(chǔ)層不同層位含氣性差異大，多級(jí)壓裂能夠充分利用儲(chǔ)層的含氣性特點(diǎn)使壓裂層位最優(yōu)化。多級(jí)壓裂技術(shù)是頁巖氣水力壓裂的主要技術(shù)。在美國(guó)頁巖氣生產(chǎn)井中，有85%的井是采用水平井和多級(jí)壓裂技術(shù)結(jié)合的方式開采，增產(chǎn)效果顯著。

3.3 清水壓裂

目前美國(guó)開發(fā)頁巖氣主要采取了清水壓裂的增產(chǎn)措施，即運(yùn)用通過添加一定減阻劑的清水作為壓裂液。這種壓裂液的主要成分有水，以及很少量的粘土穩(wěn)定劑、減阻劑和表面活性劑。選用這種低成本壓裂液的原因是，水作為一種低粘度流體，比較容易出現(xiàn)復(fù)雜的裂縫網(wǎng)絡(luò)，而且需要清理的次數(shù)也很少，是一種比較清潔的壓裂技術(shù)，能夠產(chǎn)生更長(zhǎng)的裂縫，并運(yùn)用壓裂支撐劑到裂縫網(wǎng)絡(luò)，清水壓裂在Barnett等低滲透油氣藏儲(chǔ)層改造中取得很好的效果。

3.4 同步壓裂

同步壓裂技術(shù)起初在Barnett頁巖氣井完井中實(shí)施，施工者能夠在相隔152～305m范圍內(nèi)同時(shí)對(duì)兩口平行的水平井進(jìn)行壓裂，很好的展示了同步壓裂發(fā)展前景。由于頁巖儲(chǔ)層氣體分子能夠移動(dòng)的距離短，滲透性差，需要借助壓裂獲取近距離的高滲透率路徑而到達(dá)井眼。同步壓裂運(yùn)用的是使支撐劑及壓力液在高壓下從一口井向另一口井運(yùn)送最短距離的辦法，以此來加劇水力壓裂裂縫網(wǎng)絡(luò)的表面積及密度。目前已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)三口井甚至是四口井的同時(shí)壓裂，運(yùn)用這種技術(shù)的頁巖氣井能夠在短期內(nèi)體現(xiàn)出非常明顯的增產(chǎn)效果。

4 結(jié)束語

綜上所述，我國(guó)頁巖氣資源的開發(fā)是時(shí)代發(fā)展的必然趨勢(shì)，現(xiàn)階段所廣泛運(yùn)用的清水壓裂技術(shù)因?yàn)榈刭|(zhì)、水資源及作業(yè)條件等限制，需要及時(shí)革新。在對(duì)國(guó)外先進(jìn)壓裂技術(shù)積極學(xué)習(xí)和引進(jìn)的過程中，要結(jié)合實(shí)際情況，科學(xué)優(yōu)化，保證與我國(guó)實(shí)際國(guó)情所符合。同時(shí)，相關(guān)人員要積極自主研發(fā)新型壓裂技術(shù)，促使水資源缺乏、運(yùn)輸難度較大等問題得到切實(shí)解決，從技術(shù)角度保障我國(guó)頁巖氣的開采。

[1]陳萬鋼，吳建光，孫晗森，吳翔.煤層氣縫網(wǎng)壓裂技術(shù)研究[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2017，17(09)：22-29.

[2]范明福，肖兵，陳波，張洪新，王黎.頁巖氣壓裂返排液再利用技術(shù)[J].天然氣勘探與開發(fā)，2017，40(01)：73-77.

[3]李根.國(guó)內(nèi)頁巖氣開采技術(shù)進(jìn)展[J].化工設(shè)計(jì)通訊，2017，43(02)：41+62.