頁(yè)巖地層壓裂工藝技術(shù)淺析

陳曉毅 張磊

摘要：頁(yè)巖氣的開(kāi)發(fā)已經(jīng)成為油氣田開(kāi)發(fā)的重要方向，作為一種新型的非常規(guī)資源，頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)速度較快，發(fā)展前景較為可觀。如何采取高效的壓裂工藝對(duì)頁(yè)巖地層進(jìn)行壓裂已經(jīng)成為油氣田開(kāi)發(fā)的重要課題。文章對(duì)頁(yè)巖地層壓裂工藝進(jìn)行了分析，重點(diǎn)從技術(shù)現(xiàn)狀、存在問(wèn)題進(jìn)行探討，對(duì)頁(yè)巖地層壓裂工藝進(jìn)步具有一定的價(jià)值和意義。

關(guān)鍵詞：頁(yè)巖氣;非常規(guī)資源;壓裂工藝

1頁(yè)巖地層壓裂工藝技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 新型重復(fù)壓裂

重復(fù)壓裂指的是第一次壓裂隨著時(shí)間推移失效后，重新進(jìn)行壓裂的增產(chǎn)工藝措施。新型重復(fù)壓裂工藝能夠較好的應(yīng)用裂縫暫堵體系、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)技術(shù)和微地震解釋技術(shù)。通過(guò)這三種技術(shù)的有效結(jié)合，能夠比常規(guī)重復(fù)壓裂及時(shí)更好的增加儲(chǔ)層有效增產(chǎn)效果，進(jìn)而開(kāi)采出比原有裂縫控制面積內(nèi)更多的油氣，進(jìn)而改善開(kāi)發(fā)效果[1]。

新型重復(fù)壓裂工藝技術(shù)效果和常規(guī)壓裂中泵入的級(jí)數(shù)控制體系有關(guān)，通過(guò)轉(zhuǎn)向液體在原有裂縫中的暫堵作用，能夠在新的儲(chǔ)層中形成所需壓降，進(jìn)而壓裂出新的裂縫或者延伸出新的裂縫。在應(yīng)用這種工藝技術(shù)時(shí)，要求對(duì)裂縫以及地層參數(shù)進(jìn)行測(cè)算，所以，利用實(shí)時(shí)微地震解釋技術(shù)對(duì)地層參數(shù)、調(diào)整轉(zhuǎn)向液的成分、液量、配比較為關(guān)鍵。

1.2通道壓裂

這種重復(fù)壓裂技術(shù)需要綜合應(yīng)用泵注程序技術(shù)、流體加纖維技術(shù)、射孔技術(shù)、地質(zhì)力學(xué)模型制造高導(dǎo)流能力支撐裂縫技術(shù)等。通道壓裂技術(shù)的關(guān)鍵是，在高導(dǎo)流能力裂縫形成后，利用脈沖的方式注入高能量攜砂隔離液，由于濃度差的營(yíng)銷，隔離液在裂縫中形成“指進(jìn)”，在局部進(jìn)行支撐。沒(méi)有支撐劑的位置在施工結(jié)束、裂縫閉合以后就會(huì)形成通道，能夠呈幾何倍數(shù)的增加裂縫導(dǎo)流能力。

1.2.1泵注程序技術(shù)

泵注程序是建立在常規(guī)水力壓裂程序的基礎(chǔ)上的，有別于常規(guī)水力壓裂程序的是，支撐劑的泵入依靠脈沖方式，然后利用清水進(jìn)行隔離。其技術(shù)特色在于可以產(chǎn)生相似或者尺寸更大的有效裂縫，并且所需支撐劑的數(shù)量更低。

1.2.2射孔技術(shù)

為了讓注入的壓裂液能夠獨(dú)立的進(jìn)入到地層中，以使支撐劑在裂縫中形成獨(dú)立的支撐劑柱，既需要對(duì)壓裂液進(jìn)行配方設(shè)計(jì)，還需要選擇具有特殊技術(shù)特點(diǎn)的射孔技術(shù)。

1.2.3巖石力學(xué)模型

由于在低彈性模量的地層高閉合應(yīng)力下，對(duì)已經(jīng)形成支撐劑周圍地層可能引起地層垮塌，影響裂縫導(dǎo)流能力，所以，要保持地層彈性模量與閉合應(yīng)力的比值在350以上，以讓地層保持較穩(wěn)定的裂縫通道。

1.3超高質(zhì)量泡沫壓裂

超高質(zhì)量泡沫壓裂工藝技術(shù)使用的是具有超高質(zhì)量的泡沫壓裂液，配合使用超輕級(jí)支撐劑，利用單層鋪置支撐劑的方式進(jìn)行支撐劑添加。這種類型的泡沫壓裂液體系中包括粘彈性表面活性劑的稠化水、氮?dú)?，這些化學(xué)物質(zhì)在一定條件下會(huì)形成氣體體積分?jǐn)?shù)為94%-99%的泡沫。這種體系對(duì)裂縫導(dǎo)流能力沒(méi)有傷害性，可以形成較強(qiáng)攜砂能力，能夠較好的將超輕級(jí)支撐劑在復(fù)雜裂縫網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中進(jìn)行鋪置 [2]。

在超高質(zhì)量泡沫壓裂液體系配方中，泡沫流變性能研究結(jié)果可以看出，在氣體體積分?jǐn)?shù)大于90%時(shí)，泡沫便會(huì)消失，配方體系就會(huì)形成霧狀，進(jìn)而能夠降低壓裂液體系的粘度和攜帶支撐劑的能力。通常認(rèn)為，通過(guò)增加壓裂液的粘度能夠確保氣相體積不受限制保持霧狀。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在一定條件（氣體體積分?jǐn)?shù)為95%、溫度37.8℃、壓力6.7MPa）下，采用一定的設(shè)計(jì)速度，注入一定濃度表面活性劑稠化水，混合氮?dú)饬?，形成體積分?jǐn)?shù)為95%的氣體泡沫。連續(xù)剪切1h后，測(cè)定流變性達(dá)到900mpa·s，和常規(guī)壓裂液粘度200 mpa·s相比，顯著改善了壓裂液的攜砂性能。

1.4減阻水壓裂

由于大部分頁(yè)巖地層的壓裂需要縫網(wǎng)壓裂方式實(shí)現(xiàn)天然裂縫，由于液體泵入效率低、用量大、攜砂能力不強(qiáng)，需要利用大排量壓裂方式進(jìn)行壓裂，容易產(chǎn)生泵送摩阻高的缺點(diǎn)，因此，技術(shù)人員研發(fā)出了減阻水壓裂工藝。這種工藝通過(guò)在清水中加入減阻劑達(dá)到降低摩阻的效果，以實(shí)現(xiàn)大排量泵入的要求。

雖然目前減阻水壓裂工藝技術(shù)在頁(yè)巖地層壓裂中被成功應(yīng)用，由于這種體系具有較低的粘度，攜砂能力受到限制，因此，現(xiàn)場(chǎng)人員在壓裂液中加入支撐劑運(yùn)移改性劑以實(shí)現(xiàn)增加支撐劑浮力的效果，或者選擇超輕類型的支撐劑，利用復(fù)合壓裂工藝技術(shù)提高攜砂能力，達(dá)到增加裂縫導(dǎo)流能力，增加產(chǎn)量的目的。

2 頁(yè)巖地層壓裂工藝存在的問(wèn)題分析

頁(yè)巖氣壓裂開(kāi)發(fā)工藝還存在一些問(wèn)題需要解決：脆性地層更加容易產(chǎn)生復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)裂縫，但是地層脆性或者塑性的成因和主導(dǎo)因素目前尚不明確，需要在機(jī)理研究方面加強(qiáng)基礎(chǔ)性研究，判斷頁(yè)巖地層是否具有壓縮性;支撐劑在頁(yè)巖裂縫中沉降規(guī)律和鋪置方式在導(dǎo)流能力方面產(chǎn)生的影響還不清楚，也需要加強(qiáng)基礎(chǔ)性研究工作，以提高壓裂液的導(dǎo)流能力;對(duì)壓裂返排液需要進(jìn)行優(yōu)化，以較快的實(shí)現(xiàn)循環(huán)再利用;減阻水壓裂設(shè)計(jì)和優(yōu)化需要持續(xù)加強(qiáng)與設(shè)計(jì)[3]。

3結(jié)束語(yǔ)

（1）新型轉(zhuǎn)向壓裂工藝可以較好的壓開(kāi)未增產(chǎn)區(qū)域，達(dá)到提高采收率、加快采油速度的目的。但是，現(xiàn)場(chǎng)操作較為復(fù)雜，難度較大，需要加強(qiáng)監(jiān)測(cè)和調(diào)整力度。

（2）通道壓裂工藝可以顯著增加裂縫導(dǎo)流能力，對(duì)提高產(chǎn)量具有較為重要的作用，但是對(duì)彈性模量與閉合應(yīng)力具有嚴(yán)格要求，要求彈性模量和閉合應(yīng)力之間的比值超過(guò)350。

（3）超高質(zhì)量的泡沫壓裂工藝技術(shù)所需水量較少，對(duì)地層傷害性低，具有較好的效果，但是要求使用特殊的設(shè)備，排量低、成本高，在水敏性強(qiáng)或者地層壓力低的儲(chǔ)層中具有良好適用性。

（4）減阻水壓裂工藝成本低，可以產(chǎn)生復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)裂縫，具有較好的增產(chǎn)效果。但是受有限攜砂能力限制，導(dǎo)流能力不強(qiáng)，要求水力具有較高的功率，尤其適用于天然裂縫發(fā)育、水平主應(yīng)力相差不大、水敏性較弱的地層中。

參考文獻(xiàn)：

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[2]盧占國(guó)，李強(qiáng)，李建兵，等.頁(yè)巖儲(chǔ)層傷害機(jī)理研究進(jìn)展[J].斷塊油氣田，2018，19（5）：629-633.

[3]邵曉州，余川，付勛勛，等.頁(yè)巖氣研究新進(jìn)展及開(kāi)發(fā)瓶頸分析[J].斷塊油氣田，2019，19（6）：764-766.

作者簡(jiǎn)介：陳曉毅 男，1986年5月出生甘肅玉門，漢族，助理工程師，2015年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)（北京）石油工程專業(yè)，現(xiàn)于玉門油田作業(yè)公司壓裂隊(duì)工作

中國(guó)石油玉門油田作業(yè)公司壓裂隊(duì)，甘肅 ?酒泉?735000