頁巖氣開采壓裂技術(shù)分析與思考

于志偉(長城鉆探壓裂公司，遼寧 盤錦 124000)

0 引言

雖然我國頁巖氣資源比較豐富，但是因?yàn)轫搸r層的滲透率比較低，同時(shí)頁巖氣井在完井后必須通過儲(chǔ)層的改造方能取得更為理想的產(chǎn)量，所以頁巖氣的開采壓裂技術(shù)就成為了頁巖氣開采的主要手段之一。

頁巖氣主要是在吸附或者游離形態(tài)下保存在泥巖或高碳泥巖以及頁巖、粉砂質(zhì)巖類的夾層中間的天然氣，盡管吸附和游離狀態(tài)下的相天然氣是存在在一起的，不過對(duì)于頁巖氣開發(fā)卻是可以不用排水降壓。因?yàn)殡S著頁巖氣中游離狀態(tài)下的相天然氣采出，是可以在自然的條件下來達(dá)到壓力降低的目的，由此導(dǎo)致吸附相和少數(shù)溶化相天然氣的游離化狀態(tài)，進(jìn)一步來完成以及提高天然氣產(chǎn)能，同時(shí)也達(dá)到完成長遠(yuǎn)穩(wěn)產(chǎn)的目的。又因?yàn)轫搸r的孔隙度以及滲透性較低導(dǎo)致天然氣的生產(chǎn)率、采收率同時(shí)也很低，于是頁巖氣最終的采收率憑借于非常有效的壓裂措施，因而壓裂技術(shù)與開采的工藝會(huì)很直接的影響頁巖氣井的經(jīng)濟(jì)效益。

1 壓裂技術(shù)的特點(diǎn)

致密油氣儲(chǔ)層的增產(chǎn)改造的方法必須要使用壓裂技術(shù)，以此種方法來改善天然的裂縫，運(yùn)用此種方法的同時(shí)又可以加強(qiáng)水力人工裂縫，同時(shí)以更大的可能來打開與連通的天然裂縫，從而產(chǎn)生大量的裂縫網(wǎng)絡(luò)，最后來取得更大的頁巖氣開采所帶來的經(jīng)濟(jì)效益。現(xiàn)在而言，平常使用的壓裂技術(shù)有清水壓裂技術(shù)、多級(jí)壓裂技術(shù)、重復(fù)壓裂技術(shù)、水平井分段壓裂技術(shù)、水力噴射壓裂技術(shù)、同步壓裂技術(shù)等等。對(duì)于這幾種技術(shù)當(dāng)中水平井分段壓裂技術(shù)尤以美國進(jìn)步最快，然而清水壓裂技術(shù)則是以最低成本等相關(guān)優(yōu)勢而具備比較廣闊的發(fā)展前程。頁巖層儲(chǔ)層經(jīng)過壓裂最后形成工業(yè)氣流，頁巖氣儲(chǔ)層的壓裂改造工藝以及加砂規(guī)模等，和一般性壓裂改造有著顯然區(qū)別，因?yàn)椴煌瑓^(qū)塊的頁巖儲(chǔ)層其特點(diǎn)是完全不一樣的。對(duì)于比較脆性的地層而言，含有的石英以及碳酸鹽巖非常輕易的就形成了網(wǎng)絡(luò)裂縫，然而對(duì)于塑性地層黏土中所含量較高的卻又很輕易的形成了雙翼裂縫，所以對(duì)于完全不同的頁巖氣儲(chǔ)層所采用的工藝技術(shù)與液體體系也是完全各不相同的，因此需要依據(jù)實(shí)際的地層巖性和敏感性以及塑性微觀結(jié)構(gòu)來進(jìn)行選擇。

2 壓裂技術(shù)的分類

2.1 清水壓裂技術(shù)

清水壓裂實(shí)際上是運(yùn)用其中包含有減阻劑和黏土穩(wěn)定劑及當(dāng)中的表面活性劑的水力壓裂液來取代一般運(yùn)用中的凝膠壓裂液，同時(shí)讓壓裂支撐劑運(yùn)至到裂隙網(wǎng)絡(luò)，此種壓裂液形成的裂隙會(huì)更加長，同時(shí)也對(duì)地層的傷害降到了極小。然而，運(yùn)用清水壓裂技術(shù)來提升巖石滲透率的根據(jù)主要有兩點(diǎn)，首先，純天然的隙面不吻合以及形成的粗糙隙面，剪切應(yīng)力會(huì)將隙面進(jìn)行一定的偏移，與此同時(shí)卻在裂隙擴(kuò)展的時(shí)候，水力裂隙卻會(huì)打開已經(jīng)存在的天然裂隙，從而來增加巖層的滲透率；其次，如果去使用別的壓裂液來實(shí)行壓裂的治理，這時(shí)候是不能再對(duì)進(jìn)入氣層中的壓裂液去實(shí)行徹底的清洗，然而清水壓裂所采用的壓裂液最為重要的必須是清水，這是一種最為清潔的壓裂技術(shù)，這種方法也是增強(qiáng)巖層滲透率的最為重要的因素之一。

2.2 多級(jí)壓裂技術(shù)

多級(jí)壓裂是利用封堵球或限流技術(shù)分隔儲(chǔ)層不同層位進(jìn)行分段壓裂的技術(shù)。所以，多級(jí)壓裂依據(jù)儲(chǔ)層含氣的特殊性，然后對(duì)同一個(gè)井眼分別不同的位置去實(shí)行目的性的分段后再獨(dú)自壓裂。所以目標(biāo)是相對(duì)非常明確的，同時(shí)增產(chǎn)的效率也是非常高的。另外又可以分別去分為水平井多級(jí)可鉆式橋塞封隔分段壓裂技術(shù)以及滑套封隔器分段壓裂技術(shù)。首先是在壓裂結(jié)束以后可以在一定的時(shí)間以內(nèi)鉆掉全部橋塞，以此來節(jié)約作業(yè)中的時(shí)間與控制成本，達(dá)到減小液體在地層所滯留的時(shí)間以及同時(shí)也是對(duì)地層損害的減少。其具備操作時(shí)間比較短、節(jié)約時(shí)間以及還可達(dá)到降低成本的諸多優(yōu)勢，可是工藝卻是相對(duì)復(fù)雜，風(fēng)險(xiǎn)也是相對(duì)比較大的。

2.3 混合壓裂技術(shù)

混合壓裂技術(shù)是集常規(guī)凝膠壓裂和清水壓裂處理技術(shù)的所有優(yōu)勢于一身，能更好完成更加長的有效裂隙長度以及其中比較高的裂隙傳導(dǎo)性。此種技術(shù)的施工流程首先是泵入滑溜水，然后再使用清水的強(qiáng)造隙能力來發(fā)生更長裂隙。再者就是泵入交聯(lián)凝膠前置液，然后利用用凝膠和一定的粒徑支撐劑的混合液在先前產(chǎn)生的長裂隙中來形成黏滯指進(jìn)，減緩支撐劑沉降，確保裂縫導(dǎo)流能力，進(jìn)而使產(chǎn)量提高。同時(shí)這種技術(shù)同清水壓裂來做比較的話，混合壓裂具備更好的攜砂能力與比較低的濾失能力。對(duì)于儲(chǔ)層傷害方面而言，混合壓裂技術(shù)是應(yīng)該鑒于清水壓裂與凝膠壓裂技術(shù)的兩者之間的，其損害的程度是顯然小于交聯(lián)凝膠壓裂的，同時(shí)還可節(jié)省其中的用水量。

2.4 水力噴射壓裂技術(shù)

水力噴射壓裂是一種利用水射流獨(dú)特性質(zhì)的儲(chǔ)層改造新技術(shù)。該技術(shù)結(jié)合了水力射孔和水力壓裂技術(shù)，經(jīng)過快速高壓的流體攜帶砂體以此來進(jìn)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的水力壓裂技術(shù)。而水平井水力噴射分段改造工藝結(jié)合了水力射孔和水力壓裂技術(shù)，是以水力噴砂射孔與加沙壓裂聯(lián)作的儲(chǔ)層改在造技術(shù)，能夠沿著水平井橫向在多個(gè)位置獨(dú)立連續(xù)改造而不使用任何機(jī)械密封裝置。此種工藝特點(diǎn)是應(yīng)用范圍廣，適用于套管、裸眼和篩管等不同完井方式中的深水平井。

2.5 重復(fù)壓裂技術(shù)

最后講的就是重復(fù)壓裂，這種壓裂技術(shù)是一種對(duì)于氣井來進(jìn)行再次壓裂，同時(shí)可以起到增產(chǎn)的目的。如果頁巖氣使用最初始的壓裂方法而沒有辦法去取得比較樂觀的采氣量，又或者隨著時(shí)間的發(fā)展，目前的支撐劑的質(zhì)量達(dá)不到要求以及因?yàn)樘厥庖蛩囟ピ械闹涡Ч虼硕鴮?dǎo)致產(chǎn)氣量大大下降的時(shí)候，就會(huì)選擇一般經(jīng)常采用的重復(fù)壓裂工藝。重復(fù)壓裂技術(shù)又可以分為三種方法：第一，當(dāng)頁巖層內(nèi)壓裂后如果形成了新的裂縫；第二，順著原來的裂縫繼續(xù)延伸下去；第三，更改方法重復(fù)壓裂。此種技術(shù)對(duì)處理滲透率低以及天然裂縫較發(fā)育、層狀與非均質(zhì)地層而言這種效果是比較適合的，同時(shí)效果也是比較好的。

3 結(jié)語

綜上所述，水力壓裂技術(shù)是油氣增產(chǎn)當(dāng)中為最經(jīng)常使用又是最為傳統(tǒng)的處理技術(shù)，在比較多的常見能源儲(chǔ)層的開發(fā)中，這種技術(shù)早已經(jīng)成為商業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)的重點(diǎn)。對(duì)于國內(nèi)當(dāng)前頁巖氣開采壓裂技術(shù)來說，包括清水壓裂技術(shù)、多級(jí)壓裂技術(shù)、混合壓裂技術(shù)、水力噴射壓裂技術(shù)，以及重復(fù)壓裂技術(shù)。在運(yùn)用過程當(dāng)中，首先要做好技術(shù)的配套工作，這是最為關(guān)鍵的。因?yàn)槟壳霸陧搸r氣開采中，面對(duì)的頁巖層的滲透率比較低，加之儲(chǔ)層條件各異，頁巖氣井在完井后必須通過對(duì)儲(chǔ)層針對(duì)性的改造，方能取得更為理想的產(chǎn)量。所以頁巖氣的開采壓裂技術(shù)就成為了頁巖氣開采的主要手段。同時(shí)寄希望于廣大石油天然氣地質(zhì)勘探開發(fā)人員在頁巖氣開采壓裂技術(shù)的基礎(chǔ)上，不斷開拓創(chuàng)新，勇于克服困難，瞄準(zhǔn)世界先進(jìn)水平，探索更加科學(xué)、更加先進(jìn)、更加有效的頁巖氣開采技術(shù)，為促進(jìn)頁巖氣開采事業(yè)高質(zhì)量發(fā)展貢獻(xiàn)力量。