丁夢(mèng)真

頁(yè)巖水力壓裂技術(shù)及發(fā)展趨勢(shì)

丁夢(mèng)真

目前在我國(guó)應(yīng)用較多的頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)技術(shù)之一就是水力壓裂技術(shù)。本文介紹了頁(yè)巖的一些基本的特性，重點(diǎn)介紹了目前應(yīng)用較多的水力壓裂技術(shù)，最后針對(duì)我國(guó)目前頁(yè)巖氣的開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀就頁(yè)巖氣水力壓裂的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了展望，本文的理論研究對(duì)于我國(guó)頁(yè)巖氣事業(yè)的發(fā)展具有很好的理論指導(dǎo)意義。

頁(yè)巖；水力壓裂；現(xiàn)狀；前景

根據(jù)美國(guó)相關(guān)能源部門(mén)最近的信息簡(jiǎn)報(bào)中透露的信息顯示：我國(guó)是世界上擁有最大的頁(yè)巖氣開(kāi)采量的國(guó)家，據(jù)可靠數(shù)據(jù)顯示我國(guó)可開(kāi)采的資源量高達(dá)25.08×1012m3,但是由于我國(guó)針對(duì)頁(yè)巖氣的研究處于起步的階段，各方面的技術(shù)條件以及設(shè)備條件都還不能夠滿足大規(guī)模開(kāi)發(fā)的條件。最近幾年在眾多科學(xué)家的不斷努力研究下針對(duì)常規(guī)儲(chǔ)層方面的壓裂規(guī)律已經(jīng)取得了一些成果但是由于頁(yè)巖儲(chǔ)層的復(fù)雜性水力壓裂的裂紋不是跟常規(guī)儲(chǔ)層一樣的呈現(xiàn)出平面裂紋，而且頁(yè)巖氣儲(chǔ)層層理的方向?qū)λ毫蚜鸭y的擴(kuò)展具有很明顯的影響。目前來(lái)看頁(yè)巖氣是世界上天然氣領(lǐng)域的重要勘探目標(biāo)。相對(duì)來(lái)說(shuō)美國(guó)在頁(yè)巖氣的開(kāi)采方面已經(jīng)處于國(guó)際領(lǐng)先水平，是頁(yè)巖氣大規(guī)?？碧角胰〉贸晒Φ奈ㄒ粐?guó)家。加拿大緊隨其后在頁(yè)巖氣勘探領(lǐng)域以及室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究方面也展開(kāi)了大規(guī)模的研究。

1 頁(yè)巖氣特性及難點(diǎn)

頁(yè)巖氣是主體位于暗色泥頁(yè)巖或者高碳泥頁(yè)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(yè)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(yè)巖氣儲(chǔ)層與眾不同的特點(diǎn)，這就導(dǎo)致了在開(kāi)采頁(yè)巖氣時(shí)無(wú)論在開(kāi)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(yè)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(kāi)發(fā)過(guò)程存在著眾多的困難。在對(duì)頁(yè)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(yè)巖氣的商業(yè)化開(kāi)采，首先必須要采用先進(jìn)的設(shè)備，其次一流的鉆完井以及開(kāi)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。

2 水力壓裂技術(shù)

針對(duì)水力壓裂技術(shù)的研究起步較早，自從1985年就已經(jīng)在頁(yè)巖儲(chǔ)層的增產(chǎn)方面展開(kāi)了應(yīng)用。目前我國(guó)應(yīng)用較多水力壓裂技術(shù)的主要有多級(jí)壓裂技術(shù)、清水壓裂技術(shù)、水力噴射壓裂技術(shù)以及同步壓裂技術(shù)。

2.1 多級(jí)壓裂技術(shù)

多級(jí)壓裂（Multi-Stage Fracturing）技術(shù)是采用封堵球或者一定的限流技術(shù)對(duì)儲(chǔ)層的不同層位進(jìn)行分段壓裂。多級(jí)壓裂技術(shù)能夠有針對(duì)性的對(duì)儲(chǔ)層的不同的特點(diǎn)采取不同的施工方式且對(duì)應(yīng)的目標(biāo)準(zhǔn)確取得的壓裂效果比較明顯。目前多級(jí)壓裂施工方式主要有2種：一種是采用滑套封隔器進(jìn)行分段壓裂，另外一種是采用可鉆式橋塞進(jìn)行分段壓裂。美國(guó)85%的頁(yè)巖氣生產(chǎn)井開(kāi)采所采用的是多級(jí)壓裂技術(shù)與多級(jí)壓井相結(jié)合的方式，所取得的增產(chǎn)效果明顯。美國(guó)Newfield公司于2006年在開(kāi)采Woodford頁(yè)巖儲(chǔ)層的開(kāi)發(fā)井采時(shí)采用的是5-7段式的分段壓裂技術(shù)，實(shí)施的結(jié)果顯示由于所壓裂的井段增加了相比于早期其他水平井的壓裂而言取得了很好的效果。目前，多級(jí)壓裂技術(shù)相對(duì)來(lái)說(shuō)比較成熟適用于產(chǎn)層較多水平井段較長(zhǎng)的井。頁(yè)巖儲(chǔ)層的不同層位的含氣性具有較大的差異，多級(jí)壓裂技術(shù)的優(yōu)勢(shì)就是能夠較好的利用儲(chǔ)層含氣性的特點(diǎn)對(duì)有待壓裂的層位進(jìn)行優(yōu)化。

2.2 清水壓裂技術(shù)

清水壓裂(Water Fracturing)技術(shù)指的是將一定量的減阻劑、表面活性劑以及穩(wěn)定劑等添加劑加入到清水中作為壓裂液進(jìn)行壓裂作業(yè)。清水壓裂液的優(yōu)勢(shì)在于不但能夠在一定程度上降低對(duì)地層的傷害程度還能夠最大程度上節(jié)約成本，最重要的是能夠獲得比凝膠壓裂液更高的產(chǎn)量。該壓裂液體系對(duì)于天然裂縫比較發(fā)育楊氏模量比較高的地層比較適合。中國(guó)石化集團(tuán)公司于2010年05月采用該壓裂技術(shù)在方深1井的頁(yè)巖井段進(jìn)行了壓裂施工作業(yè)，最終獲得了很好的產(chǎn)量。

2.3 水力噴射壓裂技術(shù)

該壓裂技術(shù)主要是采用砂體在高壓流體的沖擊下進(jìn)行射孔作業(yè)，在地層與井筒之間流通的通道被打開(kāi)后起到提高流體排量的作用，從而能夠在地層中開(kāi)啟新的裂縫。水力噴射壓裂技術(shù)的優(yōu)勢(shì)是能夠在不使用密封原件的裸眼井中維持相對(duì)較低的井筒壓力條件下,迅速、準(zhǔn)確的壓開(kāi)多條裂縫。美國(guó)第一次使用該壓裂技術(shù)是于2005年針對(duì)Barnett頁(yè)巖中的53口井進(jìn)行了壓裂施工作業(yè),其中有21口井被評(píng)定為技術(shù)成功。

2.4 同步壓裂技術(shù)

同步壓裂技術(shù)是同時(shí)對(duì)2口或2口以上的配對(duì)井進(jìn)行壓裂施工。同步壓裂技術(shù)原理是使壓裂液和支撐劑在高壓下從一口井向另一口井運(yùn)移距離最短來(lái)達(dá)到水力壓裂裂縫網(wǎng)絡(luò)的密度和表面積增加的目的，并且利用井間連通的優(yōu)勢(shì)來(lái)增大工作區(qū)裂縫的程度和強(qiáng)度，最大限度地連通天然裂縫。同步壓裂技術(shù)的優(yōu)勢(shì)是能夠短期內(nèi)增加頁(yè)巖氣的產(chǎn)量而且對(duì)工作區(qū)造成的影響較小，壓裂成本低對(duì)于頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)中后期比較常用。

3 結(jié)語(yǔ)

本文重點(diǎn)介紹了常用的頁(yè)巖氣水力壓裂技術(shù)有多級(jí)壓裂、清水壓裂、水力噴射壓裂以及同步壓裂技術(shù)等。結(jié)合國(guó)內(nèi)外目前頁(yè)巖氣水力壓裂技術(shù)的研究現(xiàn)狀，筆者對(duì)我國(guó)未來(lái)的水力壓裂技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了展望，未來(lái)我國(guó)水力壓裂技術(shù)應(yīng)該向著如下幾個(gè)方面展開(kāi)研究：第一點(diǎn)是開(kāi)發(fā)全三維水力壓裂軟件；第二點(diǎn)是研發(fā)實(shí)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)壓裂分析；第三點(diǎn)是進(jìn)一步對(duì)裂縫診斷技術(shù)和裝置進(jìn)行研究。

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