国外页岩气井水力压裂裂缝监测技术进展_贾利春
国外页岩气水力压裂技术及工具一览
国外页岩气水力压裂技术及工具一览页岩储层具有超低孔低渗特性，钻完井后需要压裂改造后才得到经济产量。
国外油田服务公司最新工具达到了很高水平，水平井裸眼封隔器投球滑套分段压裂技术用高强度低密度球级差达到1/16in，封隔器耐压差达到70MPa，TAM公司自膨胀封隔器最高可达302 °C ；泵送桥塞射孔分段压裂技术所用桥塞可分为：堵塞式、单流阀式和投球式复合桥塞，桥塞耐压差达103.4MPa，耐温232 °C ；哈里伯顿CobraMax H连续油管喷射工具系统，目前最多达到44段。
这些为国内页岩气水力压裂完井方式与压裂工具的选用打下基础。
从应用工具角度看，分段压裂工艺方面主要包括：水平井裸眼封隔器投球滑套分段压裂技术，泵送桥塞分段压裂技术，水力喷射分段压裂技术。
从压裂工具方面分析，目前页岩气压裂技术有可膨胀封隔器/裸眼封隔器+滑套多级压裂，泵送桥塞射孔压裂联作多级压裂，水力喷射压裂等。
在美国的页岩气开发技术中，可膨胀封隔器/裸眼封隔器+滑套多级压裂，泵送桥塞射孔压裂联作多级压裂技术比较成熟，使用比较广泛，可适用于较长的水平段；水力喷射压裂可实现准确定位喷射，无需机械封隔，节省作业时间，非常适合用于裸眼井、筛管井以及套管中井。
1、水平井裸眼封隔器投球滑套多级压裂系统封隔器投球滑套多级压裂技术一般采用可膨胀封隔器或者裸眼封隔器分段封隔。
根据页岩气储层开发的需要，使用封隔器将水平井段分隔成若干段，水力压裂施工时水平段最趾端滑套为压力开启式滑套，其它滑套通过投球打开，从水平段趾端第二级开始逐级投球，进行有针对性的压裂施工。
水平裸眼井多级压裂目前已经是北美页岩气压裂开采主要技术手段，并越来越受到作业者的欢迎。
水平井多级压裂技术关键在于封隔器（压裂封隔器和可膨胀封隔器）和滑套可靠性和安全性能，尤其是管外封压裂管柱的可膨胀封隔器和开启滑套的高强度低密度球材料决定技术的成功与否。
目前国外油田服务公司都有自己成熟的工具，高强度低密度球级差达到1/16in，封隔器耐压差达到70MPa，TAM公司耐高温自膨胀封隔器最高可达30 °C 。
页岩气压裂试气工程技术进展
页岩气压裂试气工程技术进展发布时间：2022-09-23T08:59:03.738Z 来源：《中国科技信息》2022年10期第5月作者：张小霞1 王子振2[导读] 页岩气具有开采难度大、安全风险高、技术涉及面广的特点。
我国作为全球第三个商业开采页岩气的国家张小霞1 王子振21.陕西延长石油（集团）有限责任公司油气勘探公司延长气田采气四厂陕西省延安市 7275002.陕西延长石油（集团）有限责任公司油气勘探公司延长气田采气三厂陕西省延安市 717500摘要：页岩气具有开采难度大、安全风险高、技术涉及面广的特点。
我国作为全球第三个商业开采页岩气的国家，在相关技术发展与商业应用上仍然处于探索阶段。
笔者针对页岩气压裂试气工程技术的相关应用进行简要论述，希望对促进行业发展有所帮助。
关键词：页岩气；泵送桥塞；分段压裂；连续油管；试气引言页岩气藏的储层一般呈低孔、低渗透率的物性特征，其中气体以吸附或游离状态为主要存在方式，气流的阻力比常规天然气大，绝大部分的井都需要实施储层压裂改造才能进行开采，其对技术的要求很高。
美国页岩气资源勘探开发成功的一个关键原因就是其勘探开发技术的进步与创新，其中最重要的两种技术就是水平井技术和压裂技术。
而目前我国的页岩气勘探开发还处于探索阶段，距离规模开发还有较大距离，当前还未成熟完善的开发技术制约了我国页岩气的发展，因此，页岩气勘探开发有待于未来相应技术的进步与创新。
通过相关科研成果的有效应用和相应国家税收政策的扶持，从而推进我国页岩气勘探开发的快速发展。
1 页岩气勘探开发进展1.1全球页岩气勘探开发进展在全球，美国和加拿大是页岩气资源勘探开发最为成功的地区，美国页岩气勘探开发历程说明进行页岩气规模开发是工业化成功的关键，2000～2010年的十年间北美地区的页岩气年产量从100×108ｍ3迅速增加到1500×108ｍ3，增长了15倍以上，2020年美国页岩气产量占全美天然气总产量的68.3%，主要来自马塞勒斯、二叠盆地、海恩斯维尔、尤蒂卡和伊格尔福特等区带。
活性炭测氡法监测煤岩水力压裂裂缝的试验
活性炭测氡法监测煤岩水力压裂裂缝的试验李伟涛;刘鸿福;张新军【摘要】根据活性炭测氡法的原理和煤岩水力压裂的原理,尝试应用该方法对煤岩水力压裂过程中产生的裂缝进行监测,在山西长治进行了4次监测试验.通过对试验区域压裂之前以及之后3年的地表氡值的观测对比,发现煤岩压裂以后地表出现了明显的氡异常,随着时间的推移,氡异常的范围逐渐减少并趋于消失,这说明活性炭测氡法能够对由煤岩水力压裂产生的扰动有所响应.%According to the principle of hydraulic fracturing and active carbon radon measuring method,we try to apply active carbon radon measuring method to monitor cracks in coal rock by hydraulic fracturing.Four experiments were carried out in Changzhi city of Shanxi province.By comparing the radon value before and after fracturing within three years,we found that radon appeared obvious anomaly on the ground after fracturing.With the passage of time,the range of radon anomaly gradually decreases and tends to disappear.The results show that the method of active carbon measuring radon can respond to the disturbance caused by hydraulic fracturing of coal and rock.【期刊名称】《煤矿安全》【年(卷),期】2018(049)001【总页数】4页(P5-8)【关键词】活性炭测氡法;煤岩;水力压裂;裂缝监测;氡异常【作者】李伟涛;刘鸿福;张新军【作者单位】太原理工大学矿业工程学院,山西太原030024;太原理工大学矿业工程学院,山西太原030024;太原理工大学矿业工程学院,山西太原030024【正文语种】中文【中图分类】TD712由于煤层储层岩性及力学性质的特殊性，在压裂改造中，水力裂缝的启裂与延伸规律变得非常复杂[1]。
压裂液国内外研究现状
1. 压裂液国内外发展概况压裂技术是我国油气田开发必不可少的重要措施之一，它在增加产量和储量动用方面起到了重要的作用。
压裂的目的主要是形成具有一定几何形状的高导流能力裂缝，改善油气通道,从而增加油气产量。
而压裂液在压裂中起着非常重要的作用,压裂液体系的性能是关乎整个压裂施工作业成败及压裂效果的关键点之一,性能好的压裂液不但能够保障压裂施工的顺利进行，而且能够保护储层，获得理想的增产效果［1］。
压裂液通常是由各种化学添加剂按一定比例配制成具有良好粘弹性的冻胶状物质，主要分为水基压裂液、油基压裂液、泡沫压裂液、清洁压裂液［2］。
1947年，水力压裂首次在现场成功应用的初期，主要使用以原油、成品油所配成的油基压裂液,原因是水基压裂液会对水敏地层造成损害.五十年代，出现了控制水敏地层损害的方法以后，水基压裂液才被应用在压裂作业中，但油基压裂液仍为主要的压裂液。
到六、七十年代，增稠剂瓜胶及其衍生物的出现，使水基压裂液迅速发展并占据主要地位.到了八十年代,由于致密气藏开采和部分低压油井压后返排困难等问题，出现了泡沫压裂液。
到九十年代及以后，为了解决常规压裂液在返排过程中由于破胶不彻底对油藏渗透率造成很大伤害的问题，又开发研制了粘弹性表面活性剂压裂液，即清洁压裂液。
1.1 水基压裂液水基压裂液是以水作溶剂或分散介质，向其中加入稠化剂、添加剂配制而成的，主要采用三种水溶性聚合物作为稠化剂，即植物胶（瓜胶、田菁、香豆、魔芋等)、纤维素衍生物及合成聚合物.这几种高分子聚合物在水中溶胀成溶胶，交联后形成粘度极高的冻胶。
具有低摩阻、稳定性好、携砂能力强、低损害、施工简单、货源广、廉价等特点。
通常，水基压裂液按加入稠化剂种类大致可分为三种类型：天然植物胶压裂液、纤维素压裂液以及合成聚合物压裂液。
1.1.1 天然植物胶压裂液国内外最先研究和应用的是天然植物胶压裂液,因而这类压裂液使用最多，其中瓜胶及其改性产品为典型代表[3］。
国外水力压裂技术新进展
清水（线性胶）易于使砂子沉到垂直缝周边较细的天 然裂缝中，扩大了渗滤面积。
压裂过程中岩石脱落下来的碎屑（特别是在页岩地层 中）它们可能形成“自撑”式的支撑剂。
清水压裂增产机理－新解释
剪切膨胀扩展裂缝－基本假设
作降滑溜低水压（s裂lic液k w对ate地r-层fra的c)。伤害！
作业中带有少量砂的，但也有加砂量较多的，
砂性，比至常降于为低造3.缝5开%导。采流用能水成力量本的多！大，小排量与大储是层它物们性的有共
关。
清水压裂技术
清水压裂技术的发展历程 两个砂岩地层的应用效果对比 清水压裂对致密气藏伤害评价 清水压裂增产机理及适应性 压裂液返排监测技术
排液与生产时间的拟合
Qw Qg
停泵时刻裂缝壁面附近地层含水饱和度分布
停泵时， 滤失区达 到了15英
尺
停泵时井筒附近地层含水饱和度分布
平均进水深度 5-10英尺
生产10天后裂缝附近地层含水饱和度的分布
水侵入区域在井底周围已大大减少，但 在缝端部的含水饱和度仍然很高，此处 的排液程度较低，排液的初速度与井底 周围的水饱和度、滤失区的厚度有关， 并受控于随应力而变化的渗透率。
棉花谷泰勒砂层A气田大型清水压裂与常规压裂的比较
新工艺－清水压裂与冻胶压裂效果比较
泰勒砂层Ｂ气藏清水压裂与常规压裂产量对比
新工艺－清水压裂与冻胶压裂效果比较
造缝后导流能力不足！ 所以要根据地层物性设 计合理的导流能力、选
择施工工艺
泰勒砂层C气田清水压裂与常规压裂产量的比较
清水压裂技术应用实例2－混合清水压裂
A井与观察井的井筒布置图
水力压裂微地震监测技术国内外现状_赵争光
微地震监测原理
监测方式对比
微地震监测目前主要采用两种监测方式，即井下监测、地面监测和浅地表监测。
观测方式 对比项目
井下观测
地面观测
浅井观测
仪器要求 检测周期 检测范围 数据质量 可操作性 成本花费
2016/10/28
高
低
低
短期
短期/长期
长期
小
大
大
好
差
较好
复杂
简便
复杂
高
低
高
(来源：谭玉阳，2016)
2016/10/28
微震技术发展历程
里程碑事件
里程碑事件
2004年，MicroSeismic公司在Barnett页岩气井增产改 造储层时首次用地表检波器排列发射层析成像技术监测 水平井水力压裂并获得巨大成功（Lakings et al., 2006 ）
Peter M. Duncan 在美国石油工业界及学术界力推 FracStar
2015年， 中石油东方物探专家翻译成中文《非常规储层水力压裂微地震成像》 Shawn Maxwell 先后在 Schlumberger 和 Itasca 就职，目前负责 Itasca 在卡尔加里的 IMaGE 中心
2016/10/28
数据采集
一 体
数据处理
化
数据解释
微震技术发展历程
水力压裂微地震监测技术 国内外现状
赵争光
Zhengguang Zhao
Centre for Geoscience Computing School of Earth Sciences
zhengguang.zhao@.au
October, 2016
美国Newark East区页岩气勘探开发进展及技术启示
美国Newark East区页岩气勘探开发进展及技术启示许维武;顾秋香;汶锋刚【摘要】美国德克萨斯州Newark East页岩气区是德州产量最大的页岩气田,共有生产井6200余口,产量5663×104m3/d.该页岩气区的成功开发,是压裂技术进步推动气藏开发的典范.从泡沫压裂到凝胶压裂,再到水力压裂,水平井压裂从1-2段压裂增至6段以上,压裂技术在该区的开发过程中起着关键作用.在开发过程中,钻井技术由直井向水平井转变,水平井逐渐成为区内生产井的主要类型.该气田的成功开发对国内页岩气开发具有借鉴意义.【期刊名称】《内蒙古石油化工》【年(卷),期】2014(000)017【总页数】3页(P102-104)【关键词】页岩气;压裂;水平井;同步压裂【作者】许维武;顾秋香;汶锋刚【作者单位】陕西延长石油(集团)有限责任公司研究院;国土资源部煤炭资源勘查与综合利用重点实验室;陕西煤田地质化验测试有限公司,陕西西安710054;陕西延长石油(集团)有限责任公司研究院【正文语种】中文【中图分类】TD83米切尔能源公司原来主要开发目标为Boonsville区浅层砾岩气。
在经过30多年生产后，天然气产量已经很低，气田的持续发展提出了开拓新气区的要求。
米切尔公司部署了大量的探井，以测试密西西比系生物礁、Viola地层及Ellenburger地层的含油气性。
1980年上半年，在勘探深层目标时，钻穿Barnett页岩层，显示出较大的页岩气量。
在1981年部署第一口Barnett页岩气探井后，为实现对储层的控制，米切尔公司先后部署了36口检查井。
第一口页岩气井（MEC1C.W.slay）采用氮气泡沫压裂，该井生产12年，共计产气6×106 m3，随后关井2年，使用瓜胶再次压裂，生产2.5年产气0.82×106 m3。
又关井2年，然后采用水力压裂又产气28.5×106 m3。
目前该井月产气量0.18× 106 m3。
美国页岩气开发水力压裂作业监管措施概述
植物的影响、地面干扰、工人健康和安全。
很多联邦法律是由州政府根据相关联邦机构批准的各个协议和规划来实施的。
2 水力压裂流程监管促成页岩气经济可采的另一个技术关键就是水力压裂。
水力压裂是一种对地层实施的增产措施，用于改善生产层的渗透率，使气体可以更好地流向井筒。
水力压裂可以用来克服阻碍流体(气或水)流向井筒的天然屏障。
这样的屏障可能包括页岩地层中的天然低渗层，或是由于附近井筒在钻井活动受损而导致渗透率降低。
水力压裂是将一种压裂液按事先计算确定的一定速率和压力泵入地层以在目标地层中制造裂缝或裂隙。
就页岩气开发而言，压裂液主要是水基液体，与协助支撑剂进入裂缝的添加剂混合在一起。
水平钻井和水力压裂的使用是页岩气开发不同于常规气体开采作业的区别所在。
另一处区别在于压裂液的主要成分是大量的水。
一口井的压裂工程通常在几天左右，沿水平井段的多个层区进行依次射孔和压裂作业，从井的末端(“脚趾”)开始沿水平段反向作业直到水平段的起点(“脚跟”)。
单个井筒内可以同时进行25个或更多的压裂作业。
每次压裂后，会用临时胶塞将泵入压裂液的层区和之前压裂的井段分隔开来，随后这些胶塞将在压裂液从井中返排前被去除 页岩气作业公司通过微地震监测，可以绘出压裂造成的微地震活动，揭示裂缝是如何0 引言十多年以来，美国的页岩气开采经历了非凡的增长。
近几年，诸如水平钻井和水力压裂(压裂)这样的技术改进为开发带来了经济性，使得利用美国页岩深层储层的天然气生产一片繁荣。
这一欣欣向荣的趋势加上估计仍有很多未开发储量和预测未来产量将继续攀升，带来了十分乐观的情绪。
然而，很多人也对页岩气生产的环境影响深感担忧，包括这可能会对地下水和地表水带来的伤害、对栖息地的摧毁和对空气的污染。
监管单位、政策部门和公众需要以客观的信息来源为依据，就如何管理页岩气开发所伴随的挑战寻求解答方案和决策。
1 监管和执行框架在美国，油气的开发和生产，包括页岩气，是通过一系列复杂的联邦法、州法和地方法加以管理的，这些法律涉及勘探和作业的所有领域。
页岩气水力压裂技术及工具浅析
Ｒ ａ ｐ ｉ ｄ Ｆ ｒ ａ ｃ 完井 系统 明显优势 ，完井时间 比传统技术缩短了一半 以 上， 生产动态效果显著 ， 该技术在提高完井效率方 面取得 了较大进
４ 结 论
４ ． １多级压裂工艺适用于产层较 多 ， 水平井段较长的生产井 ， 且
工具 能够承受较高的温度 和压裂差 ， 能较大缩短压 裂施工时 间； 步。 ４ ． ２泵 送桥塞射 孔联作 多级压裂技 术优点是 分段 级数不 受 限 ２ 泵 送 桥 塞射 孑 Ｌ 联 作 多 级压 裂 系统 适合多层压裂改造 ； 页岩气桥塞多级压裂技术属于机械封堵分层压裂技 术 ， 适用于 制 ， ４ － ３水力喷射压裂不受完井方式 限制 ，尤其适用于裸 眼完井 的 套管井 ， 由于其具有分层压裂段数不受 限制 、 压裂层位定 位精 确 、 封
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８ ６・
科 技论坛
页岩气 水力压裂 技术及工具浅析
王 倩 （ 辽 宁石油化 工大学教育 实验 学院， 辽宁 抚 顺 １ １ ３ ０ ０ ０ ） 摘 要： 页岩气储层往往呈现低孔隙度和低渗特性等特 点， 钻完井后一般 需经压裂改造后才能得 到可观的经济产量 。本 文结合 国外 岩 气的开采和压裂工具的应用情况， 分析 对比了水平井裸 眼封 隔器投球滑套分段 压裂技 术、 泵送桥 塞分段 压裂技 术以及 水力喷射 分段压 裂技 术的 施 工 工 艺 ， 为 国 内页岩 气的 开 采提 供 一 定 的 借 鉴 经验 。 关键词 ： 页岩 气 ； 多级 压 裂 ； 桥塞 ； 水 力压 裂 页岩气作为一种新兴的能源 ，在世界各地具有丰富 的存储量 ， 但 页岩气 井钻完井后只有极小量天然裂缝特别发 育的井可直接投 入生产 ， 大部分都需要压裂改造后才能得 到可观的经济产量『 】 － ２ ］ 。目 前 国外从分段压裂工艺方面看 ， 主要分水平井裸眼封隔器投球滑套 分段压裂技术 、泵送桥塞分段压裂技术 和水力喷射分段压裂技术 ； 从压裂工具方 面分析 ， 主要有 可膨胀封 隔器 ／ 裸眼封隔器 ＋滑套 多 级压裂 ， 泵送桥塞射孔压裂联作 多级压裂 ， 水力喷射压裂等 。 １ 裸 眼封 隔 器 投 球 滑套 多级 压 裂 技 术 封 隔器投球滑套多级压裂技术一般采用 可膨 胀封隔器或者 裸 眼封隔器 ， 根据 页岩气储层开发 的需要 ， 使用封隔器将水平井段 分 隔成若干段 ，水力压裂施工时水平段最趾端 滑套为压力开启式 滑 套， 其它滑套通过投球打开 ， 从水平段趾端第二级开始逐级投球 ， 进 行有针对性的压裂施工［ ３ １ 。水平裸眼井多级压裂 目前在北美页岩气 图 １裸眼封 隔器投球滑套多级压裂 压裂 开采 中应用较多 ， 其关键零部件在于封隔器和滑套的可靠性 和 ３ 水 力喷 射 多级 压 裂 安全性能 ， 以及决定压裂施工效果 的套管外封可膨胀封隔器和开启 水力喷射分段压裂是一种最有效的压裂增产措施 ， 其喷射流体 滑套的高强度低密度球材料等 。 在底 层中形成裂缝Ｈ ， 通过油套环 空泵 入液体使压裂层压力 小于裂 Ｑ ｕ ｉ ｃ ｋ Ｆ Ｒ Ａ Ｃ和 Ｐ ａ ｃ ｋ ｅ ｒ ｓ Ｐ ｌ ｕ ｓ 公司是研 制多 阶段压裂 系统 的先 缝延伸压力 ， 射流 出口周围流体速度最高 ， 其压力最低 ， 射流流体卷 驱， 目前 已多达 ７ ７ ５ ０个 系统 ， 并研 发 了 Ｑ ｕ ｉ ｃ ｋ Ｆ ｒ ａ ｃ 和Ｓ ｔ ａ ｃ ｋ Ｆ ｒ ａ ｃ ＨＤ 一起进入 页岩 目的层 ， 驱使裂缝 向前延伸 ， 因 目的 两套 最先 进的裸眼多级压裂 系统 。Ｑ ｕ ｉ ｃ ｋ Ｆ ｒ ａ ｃ 是一次投入一个封堵 吸环空周 围液体 ， 层 压力低 于裂缝延伸压力 ， 所 以在喷射压裂下一层 时 ， 以前压 开层 球开启多个滑套的多级压裂批处理系统 ，可满足 １ ５次投球进行开 段裂缝不再延伸。水力喷射压裂技术可以在裸 眼、 筛管完井的水平 启６ ０级滑套 的多级压裂的施工。Ｓ ｔ ａ ｃ ｋ Ｆ ｒ ａ ｃ Ｈ Ｄ高密度多级压裂系 也可以在套管井 中进行 ， 施工安全性高 ， 可 以用 统， 该 系统 可以多次投入 同一尺寸封堵球开启 多级滑套 ， 有效增 加 井 中进行加砂压裂 ， 趟管柱在水平井 中快速 、 准确地压开多条裂缝 ， 水力 喷射 工具可 压 裂级 数 。 贝克休斯的 Ｒ ａ ｐ ｉ ｄ Ｆ ｒ ａ ｃ多级投球打滑套压裂 系统 可实现快速 、 以与常规油管或连续油管相连接入井。 水力 喷射工具 的关键部件是喷嘴 ， 喷嘴的耐用 性和可靠性是制 连续的水力压裂 。 每两级滑套之间可以选用液压座封裸 眼封 隔器或 约页岩气水平井水力 喷射改造的瓶颈。 现 阶段制造喷嘴的材料 主要 自膨胀封 隔器 。压裂完成一级后投球泵送打开下级滑套 ， 如此逐级 有硬质合金 、 陶瓷 、 人造宝石 、 金 刚石等 。但是 由于金刚石和人造宝 进行压裂 。整体压裂完毕 ， 密封球被从井 内返排处地面 。 石成本高 ， 目前水力喷射压裂用 喷嘴 主要 由硬质合金和 陶瓷加工制 Ｂ ｒ ｉ ｇ ｈ ａ ｍ 勘 探 公 司 和 Ｗｉ ｌ ｌ ｉ ａ ｍ 生 产 公 司率 先 采 用 该 技 术 ， 造。 随着页岩地层深度不断加深 ， 地层压力增高 ， 喷射压力也高喷射 Ｗｉ ｌ ｌ ｉ ａ ｍｓ 钻出了两 口井进行对 比 ， 一 口井使用传统的“ 堵塞 ＋射孔 ” 速度越快 ， 要求喷嘴材料的硬度 和耐磨性也越 高。 的压裂 系统 ，另外 一 口井 使用 Ｒ ａ ｐ ｉ ｄ Ｆ ｒ ａ ｃ系统 。结果 表明 ，新 的
裂缝性地层钻井液漏失模型及漏失规律_贾利春1_陈勉1_侯冰1_孙振2_金衍1
目前部分钻井液漏失模型中通过分形方法表征裂
缝面粗糙度，但只有在裂缝开度满足指数变形规律的
前提下，才能在钻井液漏失控制方程中体现裂缝面粗
糙度对钻井液漏失规律的影响[8,12,15]，此外，这些模型
不能体现裂缝面粗糙度对裂缝开度的影响。因此，本
文采用裂缝迂曲度来表征裂缝面粗糙特性。
前人在研究缝内流体流动规律时，常把裂缝简化
对流经裂缝的流体具有很大影响。裂缝面通常具有渗 透性，钻井液漏失到裂缝中后会通过裂缝面滤失到地 层基质中，因此裂缝面滤失性会影响钻井液漏失规律。
近 20 年来，众多研究者提出了多种钻井液漏失模 型以定量分析钻井液漏失规律。Lietard O 等[4]提出了 单条光滑裂缝条件下的宾汉模式钻井液漏失模型。 Lavtov A 等[5-8]对钻井液漏失机理进行了深入研究。 Majidi R 等[9-11]建立了光滑径向裂缝条件下赫巴模式 钻井液漏失模型。Ozdemirtas M 等[12-13]根据 Reynolds 方程提出了考虑分形裂缝粗糙度的二维钻井液漏失模
本文采用幂律模式钻井液，建立考虑裂缝面粗糙 度及滤失性的二维单条任意倾角裂缝钻井液漏失模 型。基于该模型分析裂缝面迂曲度、钻井液流变参数、 裂缝几何参数、裂缝面滤失性等对钻井液漏失速率的 影响规律。
1 裂缝表征
目前，常采用分形法模拟裂缝面的粗糙特 性[8,12,17-19]。分形维数 D 和 Hurst 指数 H 是描述分形特 征的两个重要参数，通常 D=3−H。图 1 给出了不同分 形维数下的裂缝面，可以看出，Hurst 指数越小，裂缝 面越粗糙。
图 1 不同分形维数下裂缝面示例
图 2 钻井液漏失裂缝模型示意图
2014 年 2 月
贾利春 等：裂缝性地层钻井液漏失模型及漏失规律
国外页岩气井水力压裂裂缝监测技术进展
最终得 到水力 压裂 裂缝 的缝高 、 长和方 位参 数 ｍ。 缝 ］
图 １ 井下 微 地 震裂 缝 监 测工 作 原理 图 ， 是 压裂 井
和监 测井 位 于 同一 井 区 ， 裂井 压 裂施 工 过 程 中产 生 压
的微 地震 信 号 通过 地 层 向周 围传播 ， 于 邻 井 中 的接 裂缝 的倾 角 。井下 测斜 仪布 置在 与压 裂层 相 同深 度 的 位
１ 页 岩 气 井 水 力 压 裂 监 测 技 术
目前 。 美 国页 岩 气 开 发 地 区 ， 在 主要 运 用 井 下 微
以直接 投 入生 产 ， 但是 大部 分 的页岩 气 井需 要 经过 水
力 压裂 改造 后才 能获 得理 想 的产量 。 页岩气 井 经过 地 震 监 测 、 斜 仪 裂 缝 监 测 、 接 近 井 筒裂 缝 监 测 和 测 直
Ｔｉ ｅ ｍ Ｍ ｉｒ ｅｓ ｉ Ｍ ｏ ｔ ｒｎｇ ｆ ｉ ｕ ｔｎ ｏｕ Ｈｙｄ ａ ｌｃ ｃｏｓｉｍ ｃ ｎｉｏ ｉ ｏ Ｓｍ ｌａ ｅ ｓ ｒ ｕｉ
Ｆａ ｔｒ ｇ Ｔ ｅｔ ｎｓｉ ｄａｅ ｔ Ｈｏ ｚ ｎ ａ Ｗ ｅ ｓｉ ｈ ｒ ｕ ｎ ｒａ ｃ ｉ ｍｅ ｔ ｎ Ａ ｊｃ ｎ ｒ ｏ ｔ ｌ ｎ ｔ ｅ ｉ ｌ
是 目前 判 断压 裂裂 缝 最准 确 的方法 之 一［ 。 ］ 页岩气 储层 进行 水力 压裂 过程 中 。裂 缝起 裂和 延 引起裂 缝 附近弱 应力 平 面的剪 切滑 动 ，这 类似 于地 震 震 ”－。水 力压 裂产 生微地 震释放 的 弹性 波 ， ［］ ７ ８ 其频率 相
当高 ， 概在 ２ ０ ２ ０ ｚ 大 ０ ～ ０ ０Ｈ 声波频 率 范围 内变化 。 些 这
天然 气 聚集 ］ 。页 岩气 的资 源前 景 巨大 ， 在全 球 范 好 地 了解 压 后 产 量 情 况 ．判 断裂 缝 是 否 覆 盖 了 目的 且
裂缝遮蔽：一种直接测量水平井水力压裂的范围和传播模式的方法。
SPE 151980裂缝遮蔽：一种直接测量水平井水力压裂的范围和传播模式的方法。
Ali Daneshy, Daneshy Consultants Int'lJessica Au-Yeung, PennWest ExplorationTrevor Thompson, PennWest ExplorationDean Tymko, PennWest ExplorationCopyright 2012, Society of Petroleum EngineersThis paper was prepared for presentation at the SPE Hydraulic Fracturing Technology Conference held in The Woodlands, Texas, USA,6–8 February 2012.This paper was selected for presentation by an SPE program committee following review of information contained in an abstractsubmitted by the author(s). Contents of the paper have not beenreviewed by the Society of Petroleum Engineers and are subject to correction by the author(s). The material does not necessarily reflectany position of the Society of Petroleum Engineers, itsofficers, or members. Electronic reproduction, distribution, or storage of any part of this paper without the written consent of the Societyof Petroleum Engineers is prohibited. Permission toreproduce in print is restricted to an abstract of not more than 300 words; illustrations may not be copied. The abstract must contain conspicuous acknowledgment of SPE copyright.摘要。
页岩气压裂技术现状及发展建议
页岩气压裂技术现状及发展建议作者：李睿来源：《环球市场》2019年第06期摘要：页岩气属于非常规的天然气资源，由于岩性的致密性，给页岩气的开发带来一定的难度。
实施页岩气的压裂技术措施，为合理开采页岩气提供依据。
分析我国页岩气开发压裂技术的现状，解决页岩气开发的技术难点问题，预测页岩气压裂技术的发展趋势，促进页岩气的快速开发，为充分利用页岩气资源莫定基础。
关键词：页岩气;压裂技术;现状;发展页岩气资源具有非常大的开发潜力，由于页岩气藏的特点，实施水力压裂技术措施后，才能顺利进行开采，因此有必要研究页岩气压裂技术的现状，解决页岩气压裂的技术难点问题，提高页岩气开发的效率，达到页岩气开发的经济效益指标。
一、页岩气压裂技术现状对页岩气藏实施水力压裂技术措施，促使致密性的页岩形成人工裂缝，提高页岩气的渗透能力，达到气藏开采的技术标准，更好地开发页岩气。
页岩气低孔低渗的特点，给气藏的开发带来巨大的难度。
压裂作业施工成为页岩气开发的关键技术措施，有待于进一步的完善和开发，使其达到最理想的勘探开发的效果。
（一）连续油管分层压裂技术措施针对直井的压裂作业施工，以连续油管的压裂技术、水力喷砂射孔压裂技术及环空压裂技术为主，提高直井段的水力压裂的效果。
促使页岩气层形成更多新的裂缝，提高储层的渗透能力，为合理开发页岩气提供依据。
连续油管的应用，缩短油层水力压裂的周期，减少起下管柱的工作量。
井下作业的工具简单，压裂施工的成功率高。
经过水力喷砂射孔，环空加砂的方式，保证页岩气层的压裂状态，形成更多的人工裂缝，达到页岩气层压裂施工的技术要求。
（二）水平井分段压裂技术措施水平井各个井段的井斜角不同，实施分段的多级压裂技术措施，达到设计的压裂作业施工的效果。
应用多级可钻式桥塞封隔的压裂技术措施，进行套管压裂，多段的分簇射孔，利用可钻式桥塞进行封隔，压裂施工后，将桥塞钻穿，恢复井筒的正常运行状态。
水平井的封隔器分段压裂技术措施的应用，选择多级滑套封隔器，有井口落球系统控制滑套，实施分段压裂施工，达到分段施工的作用效果。
水力压裂实时监测技术
水力压裂实时监测技术水力压裂实时监测技术摘要：水力压裂实时监测技术，有利于使低渗透油田的采收率提高，通过利用压裂施工产生裂缝的长度、高度和方位角，优化井网、优化压裂设计或其他油田开发措施，对与油井的经济收益到达最大化是意义重大的。
关键词：水力压裂实时监测技术在油田开发过程中，为了使油区的开采价值提高，经常需要对油区进行压裂作业，以使其开采条件改变，从而提高采收率。
压裂是指在井筒中形成高压迫使底层形成裂缝的施工过程，包括水力压裂和酸化压裂，是国内、国外广泛应用的行之有效的增产、增注的措施。
下面主要来介绍一下其中的水力压裂方面的实时监测技术。
一、直接远源裂缝监测技术这种监测技术主要包括微地震裂缝描述技术与测斜仪裂缝描述，在压裂过程中利用地表或邻井进行裂缝参数测量，但测不出裂缝导流能力或有效裂缝长度。
这类技术的测量精度会随着测量距离的增大而下降。
1.地面-地下测斜仪裂缝描述技术生产水力压裂裂缝时其附近的岩石要变形。
通过灵敏度高的测斜仪在所引起的几处倾斜的位置〔变形派生出的〕上测量到的水力裂缝，然后通过反演可以得到裂缝的几何形态和方位。
压裂过程中造成的变形在地面上主要是裂缝倾角、方位角、距裂缝中心深度及裂缝总体积的函数。
比方一致大小的一条南北向垂直裂缝不管是在极硬的碳酸盐岩中、酥松的砂岩中还是低杨氏模量的硅藻岩中，都会产生同样的外表变形区。
变形区是一个被两条对称隆起带〔如果裂缝是倾斜的，那么隆起就是不对称的〕所包围着的南北走向地槽，该隆起带的大小取决于所造缝的体积，两个隆起之间的别离程度取决于裂缝中心深度。
以上的概念虽然简单，但可以确定少数主要压裂参数——比方裂缝倾角、方位角、不十分精确的距裂缝中心深度以及因为不对称发育而引起的裂缝偏移。
倾斜区的方向和特征形状不随裂缝深度的增大而改变。
但倾斜的大小会随裂缝增大而变小。
现在的测斜仪能解决由裂缝所引起的小到纳弧度级别的倾斜度，也能用于测量超过3000m 深度的〔大型〕压裂施工。
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分 布 式 声 传 感 裂 缝 监 测 （DAS）系 统 将 传 感 光 纤 沿 井 筒 布 置 ，采 用 相 干 光 时 域 反 射 测 定 法 （C-OTDR）， 对 沿光纤传输路径的空间分布和随时间变化的信息进 行监测。 该技术的主要原理是，在传感光纤附近由于 压裂液流的变化会引起声音的扰动，这些声音扰动信 号会使光纤内瑞利背向散射光信号产生独特、可判断 的变化 。 ［16］ 地面的数据处理系统通过分析这些光信号 的变化，产生一系列沿着光纤单独、同步的声信号。 图 3 是分布式声传感系统裂缝监测示意图。
分布式声传感（DAS）裂缝监测等裂缝监测技术来了解 和评价页岩气井水力压裂裂缝的特征。 1.1 井下微地震裂缝监测
井下微地震裂缝监测通过采集微震信号并对其 进行处理和解释，获得裂缝的参数信息从而实现压裂 过程实时监测， 可用来管理压裂过程和压裂后分析， 是目前判断压裂裂缝最准确的方法之一 。 ［6~7］
表1 几种裂缝监测技术的对比
监测
监测裂缝的能力
技术 方位 倾角 缝长 缝高 缝宽
局限性
井下微
对 监 测 井 要 求 高 ，条
能 可能 能 能 能
地震
件苛刻
无法确定单个和复杂裂 测斜仪 能 能 能 能 能
缝的尺寸，深井不适用
直接近 需 要 压 裂 后 进 行 ，且
井筒裂 能 可能 可能 可能 可能 只能应用于井眼周边
46 天然气与石油 2012 年 2 月 NATURAL GAS AND OIL
放射性同位素示踪剂法是在压裂过程中将放射 性示踪剂加入压裂液和支撑剂，压裂之后进行光谱伽 马射线测井；温度测井用于测量由于压裂液注入导致 地层温度的下降， 将压裂后测井和基线测量进行比 较，可以分析得到吸收压裂液最多的层段；声波测井 利用压裂液进入井筒的声音变化情况能够确定压裂 液流动的差异，从而得到井筒裂缝的大致高度；井筒 成像测井可以获得天然和诱导裂缝的定向图，这些可 以提供有关最小主应力方向的信息；井下录像可以直 接观察不同射孔方向的压裂液流情况，从而确定井筒 附近裂缝的扩展情况；多井径测井（又称为椭圆度测 井）可以提供井筒崩落的方向和椭圆率，这可以解释 最大主应力方向，由于裂缝的延伸方位与最大主应力 方向一致，可获得裂缝的延伸方位。
参考文献： ［1］ Scott kell. Modern Shale Gas -Development in the United
States：A Primer ［M］. U. S. Department of Energy Office of Fossil Energy，National Energy Technology Laboratory，2009. ［2］ 江怀友，宋新民，安晓璇，等. 世界页岩气资源与勘探开发技 术综述［J］. 天然气技术，2008，2（6）：26-30. ［3］ 白 兆 华 ，时 保 宏 ，左 学 敏. 页 岩 气 及 其 聚 集 机 理 研 究 ［J］. 天 然 气 与 石 油 ，2011，29（1）：54-57. ［4］ 黄玉珍，黄金亮，葛春梅，等. 技术进步是推动美国页岩气快 速发展的关键［J］. 天然气工业，2009，29（5）：1-5. ［5］ 李 武 广 ，杨 胜 来 ，殷 丹 丹 ，等. 页 岩 气 开 发 技 术 与 策 略 综 述 ［J］. 天然气与石油，2011，29（1）：34-37. ［6］ Shawn Maxwell. Microseismic Hydraulic Fracture Imaging： The Path Toward Optimizing Shale Gas Production［J］. Shales，
页岩气储层进行水力压裂过程中， 裂缝起裂和延 伸造成压裂层的应力和孔隙压力发生很大变化， 从而 引起裂缝附近弱应力平面的剪切滑动， 这类似于地震 沿着断层滑动，但是由于其规模很小，通常称作“微地 震”［7~8］。 水力压裂产生微地震释放的弹性波，其频率相 当高，大概在 200～2 000 Hz 声波频率范围内变化。 这些 弹性波信号可以采用合适的接收仪在邻井检测到，通 过分析处理就能够判断微地震的具体位置。 页岩气井 进行水力压裂施工时， 在压裂井的邻井下入一组检波 器，对压裂过程中形成的微地震事件进行接收，通过地 面的数据采集系统接收这些微地震数据， 然后对其进 行处理来确定微地震的震源在空间和时间上的分布， 最终得到水力压裂裂缝的缝高、缝长和方位参数［9~10］。
缝监测
分布式
无法确定复杂裂缝的
能 能 可能 不能 不能
声传感尺寸Βιβλιοθήκη 图 3 分布式声传感系统示意图
3 结论
a）水力压裂是页岩气藏储层改造的重要手段，也 是目前页岩气开发的核心技术之一，认识压裂过程产 生的裂缝产状参数，对于提高压裂效果和优化压裂设
计是非常重要的，而裂缝监测技术为评价页岩气藏储 层压裂效果提供了可能性。
b）井下微地震裂缝监测是判断压裂裂缝最精确的 方法之一，也是最常用的裂缝监测方法，通过实时确 定微地震的位置， 能够显示详细的裂缝扩展信息，但 是该技术要求地层必须可以产生和传输可分析的微 地震事件。
c）测斜仪裂缝监测可以确定裂缝方位、倾角和裂 缝中心的大致位置，充分利用地面测斜仪和井下测斜 仪的优势，可以快速方便地应用于现场。
OIL AND GAS FIELD DEVELOPMENT 油气田开发
和邻井井下布置两组测斜仪来监测压裂施工过程中 引起的地层倾斜，经过地球物理反演计算确定压裂参 数的一种裂缝监测方法 。 ［11］ 测斜仪在地表测量裂缝方 向、倾角和裂缝中心的大致位置，在邻井井下可以测 量裂缝高度、长度和宽度参数 。 ［11~12］
图 1 是井下微地震裂缝监测工作原理图，压裂井 和监测井位于同一井区，压裂井压裂施工过程中产生 的微地震信号通过地层向周围传播，位于邻井中的接 收器接收这些信号并传至地面数据采集器，处理后可 得到微地震监测图。 1.2 测斜仪裂缝监测
测斜仪裂缝监测技术是通过在地面压裂井周围
45 第 30 卷 第 1 期
1 页岩气井水力压裂监测技术
目前，在美国页岩气开发地区，主要运用井下微 地震监测、测斜仪裂缝监测、直接近井筒裂缝监测和
收稿日期： 2011-10-08 基金项目： 国 家 科 技 重 大 专 项 课 题 资 助 （2011ZX05009-005） 作者简介： 贾 利 春 （1985-）， 男 ，河 北 邯 郸 人 ，博 士 研 究 生 ，主 要 从 事 油 气 井 岩 石 力 学 与 工 程 研 究 。
页岩气；水力压裂；裂缝监测 文献标识码：A 文章编号：1006-5539（2012）01-0044-04
0 前言
页岩气是指赋存于富含有机质的暗色泥页岩或 高碳泥页岩中，以吸附或游离状态为主要存在方式的 天然气聚集 。 ［1~3］ 页岩气的资源前景巨大，且在全球范 围内广泛分布，据估计全球页岩气的资源量约为 456× 1012 m3，约占全球非常规天然气资源量的 50 % 。 ［2~4］ 目 前，美国是世界上页岩气工业起步最早、发展最快、年 产量最大的国家，其根本原因是页岩气开发技术的进 步 。 ［4~5］
d）分布式声传感监测在 2009 年 2 月首次应用于 水力压裂裂缝监测的现场试验， 目前还处于起步阶 段，还需要进行大量的现场试验，验证其监测效果。
e）通过压裂监测技术可以更好地了解裂缝的扩展 情况，掌握裂缝的特征，先进压裂裂缝监测技术的应 用大大增加了水力压裂增产措施的有效性和经济性， 最终反馈到压裂的优化设计上，实现页岩气藏管理的 最优化。
每个声信号相应于光纤上 1～10 m 长的信道，比如 5 000 m 长的井下光纤按 5 m 长信道可以产生 1 000个 信道 。 ［16］ 将所收集的原始声音信号数据传送到处理系 统，对这些信号进行解释处理和可视化输出。
通过实时分析 DAS 地面系统所采集的数据，可以 获得压裂液和支撑剂的作用位置，实现优化压裂液和 支撑剂作用位置，通过诊断压裂设计的效果，在施工 过程中和后续施工中实现成本优化。
图 1 井下微地震监测示意图
图 2 地面测斜仪监测示意原理图
1.3 直接近井筒裂缝监测 直接近井筒裂缝监测，是在井筒附近区域通过对
压裂后页岩气井的流体物理特性，如温度或示踪剂等 进行测井，从而获得近井筒范围裂缝参数信息 。 ［15］ 这 类裂缝监测技术通常作为选择应用技术的补充，主要 包括放射性同位素示踪剂法、温度测井、声波测井、井 筒成像测井、井下录像和多井径测井技术。
由于页岩气储层显示低孔、 低渗透率的物性特 征，因此只有极少数天然裂缝特别发育的页岩气井可 以直接投入生产，但是大部分的页岩气井需要经过水 力压裂改造后才能获得理想的产量 。 ［1~5］ 页岩气井经过
水力压裂改造后，利用裂缝监测技术可以有效地评价 压裂效果。 通过裂缝监测：a）更好地了解压裂施工，获 得裂缝大致尺寸， 判断压裂是否产生了多裂缝；b）更 好地了解压后产量情况， 判断裂缝是否覆盖了目的 层，分析 裂缝和天然 裂缝 是 否 交 叉 ；c）进 行 压 裂 优 化 和产量经济评价，随施工规模的增加可以获得多少的 裂缝长度和高度增长，获得最优的压裂设计。 因此，采 取准确的裂缝监测方法是认识页岩气井压裂裂缝扩 展的有效手段。
测斜仪在两个正交的轴方向上测量倾斜，当仪器 倾斜时，包含在充满可导电液体的玻璃腔内的气泡产 生移动，以便与重力矢量保持一致。 精确的仪器探测 到安装在探测器上的两个电极之间的电阻发生变化， 这种变化是由气泡的位置变化所引起的。
图 2 是测斜仪监测垂直裂缝的示意原理图，显示 了从地面测斜仪和邻井井下测斜仪观察到的水力裂 缝造成的地面变形 。 ［12~14］ 由地面测斜仪监测的垂直裂 缝引起的地面变形是沿着裂缝方向的凹槽，而且凹槽 两侧地面发生突起，通过凹槽两侧的突起可以推算出 裂缝的倾角。 井下测斜仪布置在与压裂层相同深度的 邻井中，垂直裂缝会在邻井处产生突起变形，从而可 以推算出裂缝的几何形态。
2 几种裂缝监测技术的对比