页岩气压裂

页岩气压裂
一、百度词条：页岩气压裂
二、目录：
1.页岩气压裂简介
2.页岩气压裂的技术发展
3.页岩气压裂体系
4.页岩气压裂设备制造
三、页岩气压裂简介：
1.页岩气概况：页岩气在全球范围内分布广泛，且开发潜力巨大。

20世纪90年代以来，美国、加拿大等北美国家页岩气勘探取得成效，开发技术趋于成熟。

据测算，全球页岩气资源量约为456×1012m³。

页岩气的勘探开发使美国天然气储量增加了40%。

2010年美国页岩气产量接近1000×108m³，约占美国当年天然气总产量的20%，页岩气已经成为美国主力气源之一。

国内页岩气的勘探开发尚处于起步阶段，但是发展迅速。

是继美国、加拿大之后，第三个勘探开发页岩气的国家。

目前已经在中国渤海湾及松辽、四川和吐哈等盆地发现了高含有机炭的页岩。

据预测，中国页岩气潜在资源量大于30×1012m³，开发潜力巨大。

2.页岩气压裂技术概况：页岩储层具有低孔特征和极低的基质渗透率,因此压裂是页岩气开发的主体技术。

目前, 北美页岩气逐渐形成了以水平井套管完井、分簇射孔、快速可钻式桥塞封隔、大规模滑溜水或“滑溜水+ 线性胶”分段压裂、同步压裂为主, 以实现“体积改造”为目的的页岩气压裂主体技术。

了解北美地区页岩气储层特点和开发技术, 加快技术研发和应用力度, 尽快形成和配套适应我国页岩气压裂技术应用的基础理论与技术系列, 对于加快我国页岩气勘探开发步伐有着重要的现实意义。

四、页岩气压裂的技术进展
页岩气储层必须经压裂才能形成工业气流。

页岩气储层的压裂改造工艺、加砂规模等都与常规压裂改造有明显不同。

不同区块页岩储层特性各不相同, 并不是所有的页岩都适合滑溜水、大排量压裂施工[ 7] 。

脆性地层( 富含石英和碳酸盐岩) 容易形成网络裂缝, 而塑性地层( 黏土含量高) 容易形成双翼裂缝, 因此不同的页岩气储层所采用的工艺技术和液体体系
是不一样的, 要根据实际地层的岩性、敏感性和塑性以及微观结构进行选择。

经过30 多年的发展, 国外已形成了多项页岩气压裂技术, 并且在多年的发展过程中总结出了一套压裂液选择依据( 如图2 所示) [ 5] 。

从图2 可以看出, 液体类型、排量大小以及加砂浓度等与地层特点有着紧密的联系。

对于塑性地层, 压裂时很难形成裂缝网络, 该类地层利用黏度更高的凝胶或者泡沫更容易实现好的改造效果。

同时, 页岩气压裂裂缝检测技术在压裂后期效果评价方面有重要意义。

图2 页岩气储层压裂方案优化示意
1.直井连续油管分层压裂技术
较早的页岩气开发主要是在浅层, 以直井为主,其压裂技术具有3 个特征, 即连续油管、水力喷砂射孔、环空加砂。

该技术是用高速和高压流体通过连续油管进行射孔, 打开地层与井筒之间的通道后,环空加注携砂液体, 从而在地层中压开裂缝。

其技术要点为水力喷砂射孔, 环空加砂, 然后填砂封堵已压裂层段, 上提连续油管至下一目的层段, 重复上述步骤直至结束施工, 施工结束后用连续油管进行冲砂、返排。

该技术具有作业周期短、成本低、排量选择范围广、连续油管磨损小、井下工具简单和成功率高等特点, 目前在页岩气直井开发中得到了很好的应用。

2.水平井分段压裂技术
随着页岩气开发的深入, 常规的直井已经无法满足开发要求, 水平井和水平井分段压裂技术目前已经成为了北美页岩气藏有效开发的主体技术。

2.1 水平井多级可钻式桥塞封隔分段压裂技术
水平井多级可钻式桥塞封隔分段压裂技术的主要特点是套管压裂、多段分簇射孔、可钻式桥塞( 钻时小于15 min) 封隔。

该技术的施工步骤大致为：
①第一段采用油管或者连续油管传输射孔, 提出射孔枪;
②从套管内进行第一段压裂;
③用液体泵送电缆+ 射孔枪+ 可钻桥塞工具入井;
④坐封桥塞, 射孔枪与桥塞分离, 试压;
⑤拖动电缆带射孔枪至射孔段, 射孔, 提出射孔枪;
⑥压裂第二段;
⑦重复③~ ⑥, 实现多级压裂。

一般目的层水平井段被分成8~ 15 段,每段水平段长度为100~ 150 m, 每段射孔4~ 6 簇，
每射孔簇跨度为0. 46~ 0. 77 m, 簇间距20~ 30 m,压裂施工结束后快速钻掉桥塞进行测试、生
产。

可钻桥塞分段多级压裂技术的关键工具是可钻桥塞。

目前, 国外复合材料可钻桥塞比较成熟, BakerHug hes 公司的QUICK Drill 桥塞、Halliburton 公司的Fas Drill桥塞等都是非常成熟的复合材料桥塞。

这种复合材料桥塞可钻性强, 耐压耐温都比较高: QUICK Drill 桥塞耐压可达86 MPa, 耐温达到232℃; Fas Drill 桥塞耐压可达70 MPa, 耐温达到177℃。

由于国内材料发展水平滞后, 复合材料可钻桥塞的水平低于国外产品, 目前, 大庆油田、华北油田都不同程度地开展了复合材料桥塞的研究。

由于该技术射孔坐封桥塞联作, 压裂结束后能在很短时间内钻掉所有桥塞, 大大节省了时间和成本, 同时减小了液体在地层中的滞留时间, 降低了外来液体对储层的伤害。

通过该种射孔方式每段可以形成4~ 6 条裂缝,裂缝间的应力干扰更加明显, 压裂后形成的缝网更加复杂。

水平井水平段被分成多段压裂, 改造完成
后可形成8~ 15 段的裂缝簇, 改造体积更大, 压裂后的效果也更好。

2.2 水平井封隔器分段压裂技术
水平井多级滑套封隔器分段压裂技术
该技术通过井口落球系统操控滑套, 其原理与直井应用的投球压差式封隔器相同, 具有施工时间短和成本低的优点。

关键在于每一级滑套的掉落以及所控制的级差, 级数越多, 滑套控制要求越精确, 施工风险也越高。

该技术采用机械式封隔器, 主要适用于套管完井。

该类封隔器需要压力坐封或者工具坐封, 因此工艺过程复杂, 下入工具串次数较多, 对于水平井施工风险较大, 任何一个环节处理不当就会导致施工失败, 造成大修。

目前由于可钻式桥塞分隔技术的应用, 该技术的应用逐年减少。

水平井膨胀式封隔器分段压裂技术
由于水平井开发的特殊性, 部分水平井裸眼完井, 常规封隔器难以满足后期压裂施工的需要, 为此研制开发了遇油( 遇水) 膨胀封隔器。

膨胀式封隔器, 也称反应式封隔器, 将一种特殊的可膨胀橡胶材料直接硫化在套管外壁上, 其工作原理为封隔器下入井底预定位置后, 遇到油气或水后可膨胀橡胶即可快速膨胀, 橡胶膨胀至井壁位置后继续膨胀而产生接触应力, 从而实现密封。

膨胀胶筒在井下遇油或遇水自动膨胀坐封, 胶筒膨胀后能适应不规则井眼的形状, 紧贴井壁, 实现分层分段。

胶筒膨胀完毕后不收缩, 始终紧贴井壁, 保证坐封质量合格。

因为该技术具有可靠性高、成本和作业风险低、压裂后能很快转入试油投产等优点, 所以目前在国外已经得到大规模的应用,已在120 多口井上应用, 改造层段超过850 段。

近年来, 国内油田引进国外公司的遇油膨胀封隔器技术, 已成功下井40 多口, 并取得
较好的应用效果。

在引进产品推广的同时, 国内不少科研院所和石油工具研发公司开展了自膨胀封隔器的自主开发研究, 并初步应用于现场, 取得了良好的效果。

但是与国外产品相比，目前还存在着密封压力低、使用温度低等问题。

水平井水力喷射分段压裂技术
该技术是集射孔、压裂、封隔于一体的新型增产改造技术。

利用水力喷射工具实施分段
压裂, 不需封隔器和桥塞等封隔工具, 自动封堵, 封隔准确。

水力喷射分段压裂技术可以选
用油管或连续油管作为作业管柱, 使用范围广, 套管完井、筛管完井和裸眼完井都适用。

其施工工艺分为拖动管柱式和不动管柱式。

不动管柱式使用喷射器为滑套式喷射器, 可实现多级压裂。

托动管柱式的优点在于, 连续拖动施工管柱可以节省很多时间, 降低施工成本, 另
外由于依靠水力喷射射孔定位准确, 因此压裂针对性强, 对于改造层段控制性高。

在全世界范围内, 该项技术迅速发展, 由美国开始逐渐扩展到加拿大、巴西、哈萨克斯坦、俄罗斯和中国等国家。

水平井多井同步压裂技术
同步压裂技术是页岩气储层改造的另一项重要技术。

将两口或者更多的相邻井之间同时用多套车组进行分段多簇压裂, 或者相邻井之间进行拉链式交替压裂, 让储层的页岩承受更高的压力, 增强邻井之间的应力干扰, 从而产生更加复杂的裂缝网络, 最终改变近井地带的
应力场。

这种复杂的裂缝网络依靠增加裂缝密度和裂缝壁面表面积而形成“三维裂缝网络”, 增加压裂改造的波及体积, 从而提高产量和最终采收率。

该技术在北美Woodford 页岩和Barnet t 页岩改造中应用广泛, 并取得了较好的效果。

可知, St1H 和St2H 井进行了同步压
裂( SF) ,压后第1月累计产量和第2月累计产量均高于其他未同步压裂井( NSF) , 产量增幅21% ~ 55%。

五、页岩气压裂体系
页岩气储层特点不同, 其选择的压裂液也不同。

目前所使用的压裂液有滑溜水、线性胶、交联液和泡沫等, 而滑溜水和复合压裂液是目前主要压裂液体系。

1.滑溜水压裂体系
滑溜水压裂液体系是针对页岩气藏改造发展起来的一项新技术。

该液体体系主要适用于无水敏、储层天然裂缝较发育、脆性较高地层。

其主要特点为: 适用于裂缝性地层; 提高形成剪切缝和网状缝的概率; 使用少量稠化剂降阻, 对地层伤害小, 支撑剂用量少; 成本低,
在相同作业规模下, 滑溜水压裂比常规冻胶压裂其成本可以降低40%~ 60% 。

2.复合压裂体系
复合压裂或混合压裂主要是针对黏土含量高、塑性较强的页岩气储层[ 14] 。

注入复合压
裂液既可保证形成一定的缝宽, 又保证有一定的携砂能力。

复合压裂液的注入顺序一般为:
前置液滑溜水与冻胶交替注入, 支撑剂先为小粒径, 后为中等粒径, 低黏度活性水携砂在冻
胶液中发生粘滞指进现象, 从而减缓支撑剂沉降, 确保裂缝的导流能力。

3.页岩气超高导流能力压裂新技术
页岩气超高导流能力压裂新技术是在页岩气网络压裂技术的基础上演变而来的, 与常
规网络压裂技术相比, 该技术在设计思路、应用材料及泵注工艺上有很大区别。

在设计思路上, 提供导流能力的不是支撑剂本身, 而是各个支撑剂堆间无支撑剂充填的超高导流能力的通道; 在应用材料上, 用高黏度的压裂液及可溶性纤维把支撑剂紧紧包裹在一起。

由于支撑剂的作用不是简单地提供导流能力, 因此对支撑剂的质量无过高要求; 在泵注工艺上, 采取
多段注入低黏隔离液以形成超高导流的通道。

同时, 还具有低裂缝净压力的优势, 在施工可
操作性及安全性等方面具有优越性。

因此, 该技术具有很好的推广应用前景。

4.裂缝检测技术
裂缝监测在页岩气压裂中占有重要地位。

通过裂缝监测, 可以预测裂缝方位、计算改造体积及泄流面积, 为后期的产量预测以及新井布井提供参考。

监测裂缝的方法包括化学示踪剂法、物理示踪剂法、微地震监测以及测斜仪监测, 应用较广泛的是微地震监测。

微地震监测又分为同井监测和邻井监测, 其原理主要是通过邻井放置多个检波器, 记录在裂缝起裂和闭合过程中所发生的微地震事件, 计算压裂改造所得到的改造体积及预测压后产量。

六、页岩气压裂设备制造
由于页岩气市场的潜力巨大，世界主要钻采装备供应商纷纷瞄准了压裂市场。

在国内，江汉油田第四石油机械厂、烟台杰瑞石油装备有限公司、兰州通用机器制造有限公司、大港中成装备制造公司都在研制压裂装备。

此外，吉艾科技等企业也开始进军压裂设备市场。

发展到近几年，国内生产的压裂设备迅速替代了进口，国产压裂设备占据了国内市场的主体，并逐步进入国际市场。

烟台杰瑞石油服务集团股份有限公司副总裁姜晓宝表示，他们较早进行了页岩气技术储备和先期应用，积累了一定的经验，比照美国每年新增700-800台压裂车的需求量来看，预计中国未来页岩气大规模开发后压裂车的需求量将十分可观。

他们在2012年年产100多台压裂车的基础上，2013年已经进行了产能储备。

中国石油集团咨询中心专家马家骥认为，压裂成套装备是继成套钻机之后需求高峰的又一个品种，从长远看，很有发展前景，但从目前来看，最现实的市场在北美，潜力市场是欧洲，而中国市场相对滞后。