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1、非常规油气田（页岩气）开发压裂的相关工艺与要页岩气的基本简介关于页岩气的定义，Curtis认为页岩气可以是储存在天然裂隙和颗粒间孔隙中 的游离气，也可以是干酪根和页岩颗粒表面的吸附气或者是干酪根和沥青质中的 溶解气。中国地质大学张金川教授给出的定义是：主体位于暗色泥页岩或者高 碳泥页岩中，以吸附和游离状态为主要存在方式的地层中的天然气聚集。页岩气 以多相态存在于致密页岩中以游离、吸附和溶解状态存在于暗色泥页岩中的天然 气，其赋存形式具有多样性，但以游离态和吸附态为主，溶解态仅少量存在，游 离气主要存在于粒间空隙和天然裂隙中，吸附气则存在于基质表面。对于页岩储 层评价：页岩的埋深和厚度、孔隙度和
2、渗透率、裂缝是页岩气储集的衡量条件， 页岩气藏富集程度的关键因素主要包括页岩厚度、有机质含量和页岩储层空间三 大因素。1、美国页岩气的勘探开发现状。2 0世纪3 0年代，美国密歇根州的An t r i m页岩气藏进入中等程度开发阶段。到8 0年代己钻井9 0 0 0 0美国开发最积极的页岩气富集带位于T e x a s的Fo r t W o r t h盆地的Barnett页岩气藏它的成功开发。得到了工业界的广泛关注,19 8 6年首次在Barnett页岩气藏采用大规模的水力压裂。19 9 2年在Barnett页岩气藏完成第一口水平井通过不断提高的水力压裂技术和工艺 ,加速了 Barnett页岩
3、气藏的开发。在此后的2 0年里Barne t t页岩气藏的开发生产模式在北美工业界得到了推广。在过去的10年间B a r n et t页岩气的采收率从2 %增加到5 0 %在美国4 8个州。除阿拉斯加和夏威夷，广泛分布高有机质页岩，资源量在1483X101 218 5 9 X101 2m 3加之煤层气和低渗透气藏的开发， 将对美国能源形势起到重要的贡献。2、开发瓶颈中国页岩气开发还处于探索阶段，仅松辽、伊通盆地有儿口井开始试气，初产在1000立方米左右，四川盆地和鄂尔多斯盆地也己经着手准备成立先导试验区。作为一个新兴的非常规能源，页岩气资源的开发需要大量技术、资金 和人员投入。而中国页岩气资源
4、的开发刚刚起步，经验匮乏，技术不成熟, 这些因素制约着中国页岩气的发展，页岩气资源的规模开发还有很长的路 要走。页岩气开发对技术的要求很高，相对常规天然气来说，开采起来比较难，这主要是由页岩气藏的特点决定的。页岩气开采的核心技术是水平井钻井法和水力压裂法（或称压裂法）。美国超过一半的天然气都是通过压裂法开采获得。该方法是用“压 裂液体”，即化学物质夹杂着大量水、泥沙，用高压注入地下井，压裂邻近的岩石构造，扩张裂口，使天然气能流入井中得以收集。但是这些活动 可能会对环境和人类健康产生负面影响，其中包括污染空气、水源和土壤 等。更何况，页岩气生产区往往是缺水区，而该产业乂必须消耗大量水资源，这就形
5、成了一对矛盾，使其生产不可能无限制地快速增加。4二、页岩气的开采工艺从化学组成上说,页岩气是典型的干气，其主要成分是CH4（C H 4含量大于等于90 %）但是某些储层也产出湿气。页岩气储层是富含有机质的岩层，其组成中占首要地 位的是坚硬的黏土颗粒，片状沉降的黏土矿物颗粒以及层状的沉积物使得岩石水平 渗透率很小，垂向渗透率更小。因此，采用水平井钻井。1、水平井钻井。在页岩气的开发中，水平井己成为主流，在相同的页岩储层中， 水平井垂直于裂缝的方向，有效地增加与气藏的接触面积 一般水平段的长度从7 0 516 0 0m,比直井的产量和采收率高。水平井的完井方式为：套管固井、使用分隔器以 便于多级压
6、裂。一般而言水平井的走向对提高产能非常重要，一般应横切裂缝，但是 Barnett页岩气藏的开发表明：在气藏较厚的区域内,即使有压裂阻挡层，井眼的走向并不是提高产能的最决定性的因素O但是在断层带和气藏的边部，井的走向和压裂缝的方向对井的产能有很大的影响。主裂缝通常近似垂直于最小水平应力的方向，在一个气田中,主要的自然裂缝和人工裂缝的走向是一致的。当然也不排除局部的应力变化水平井距主要取决于对裂缝方向和最优化井筒方向的了解9加强岩石力学的了解，能减少或取消水平井集成射孔 从而能够压裂出主裂缝和纵横交错的裂缝分支。当然，水平井的井距应该使单井和邻井之间裂缝的也能交联，使裂缝的实际连通达到最大化,还要
7、考虑是否可采用邻近的2口以上的井同时压裂，使气藏在更大的压力下产生更复杂的裂缝系统。1、压裂技术。常规酸化压裂技术一般采用前置液酸压，先用高粘度前置液压开延 伸裂缝，然后泵入低粘度酸液，使酸液从高粘度前置液中指状穿过，形成指状酸蚀缝。一 般采用多级交替前置液酸压工艺，即先用高粘度前置液造缝，然后交替泵入酸液和前置液， 利用多级前置液填充并封堵被前面一级酸液溶蚀出的孔洞，迫使后续酸液在裂缝中流动反应，溶蚀具有高导流能力的指进沟槽，并在酸液进一步溶蚀前使溶蚀出的酸蚀缝进一步延伸。页岩气压裂技术一般采用水力压裂。清水压裂(WaterFracturing)是在清水中加入少量的减阻剂，稳定剂，表面活性剂
8、等添加剂作为压裂液进行的压裂作业 ,乂叫做减阻水压裂。水力压裂己经形成了工业标准, 水力压裂目前的进展包括泵入量低黏度近纯水的稀砂液段塞到页岩层中，以诱发新裂缝以及扩大页岩层中的原始裂缝。压裂作业过程分成儿 级，每级集中对一个连续的气层段压裂。使得压裂设备的所有压裂能力都被集中应用到单个气藏单元中这，也被称为体积压裂。降阻水压裂液在很多低渗透储层中效果好。从2 0世纪8 0年代以来,降阻水压裂己应用于B a r n e t t页岩气田的8 0 0 0 口井，多级水平井压 裂和采用低黏度压裂液的2 口以上邻井的同期压裂有效地增加了裂缝的复杂性。根据统计数据，裂缝系统和气藏的接触面积可以达到9.
9、2X106m 2。该项技术简单实用，但是对某些页岩可能并不适用，则可以采用凝胶压裂，气体辅助压裂或复合压裂等其他压裂技术。此外，降阻水压裂液的黏度太低,所以砂和支撑剂的携带能力有限 。目前,复合压裂液 的使用日渐广泛，在这项技术中，降阻水用于打开裂缝，黏度大的压裂液则用于运输支撑剂到裂缝的远端。不同压裂方式的确定根本依据还是取决页岩的性质，希望达到的裂缝与页岩的接触面积，撑剂要达到的位置和预期的产量要求等。除了水力压裂，还有泡沫压裂,凝胶压裂,多级压裂，同步压裂,水力喷射压裂，重复压裂等。多级压裂是利用封堵球或限流技术分隔储层不同层位进行分段压裂 的技术。多级压裂能够针对储层特点进行有针对性的
10、施工,目标准确，压裂效果明显。多级压裂有2种方式 一是滑套封隔器分段压裂,二是可钻式桥塞分段压裂。目前，在美国页岩气生产井中,有85%的井采用水平井和多级压裂技术结合的方式开采，增产效果显著。多级滑套封隔器分段压裂是目前页岩水平井多段压裂中前沿的完井方式,它能够在水平井或直井中同时压裂多个层段而不必使用桥塞分隔。滑套完井方法是一种可以通过机械或水力的方法，进行操作的完井方式。它使用滑动套管和可膨胀的封割器，使作业者通过关闭一个和多个层段在一个井筒中选择性地进入多个不同的油层，而不需要使用连续油管或皎接管来分隔层段。在压裂流体中投入直径逐渐增大的封隔球,可以将己经压裂的层段封隔起来，进行下一个层
11、段的压裂，整个操作过程连续进行，不用停止泵入压裂液。同步压裂指对2口或口以上的配对井进行同时压裂。同步压裂采用使压裂液和支撑剂在高压下从一口井向另一口井运移距离最短的方法，来增加水力压裂裂缝网络的密度和表面积9利用井间连通的优势来增大工作区裂缝的程度和强度。最大限度地连通天然裂缝同步压裂最初是2口互相接近且深度大致相同的水平井间的同时压裂。目前己发展成3口井同时压裂，甚至4口井同时压裂。同步压裂对页岩气井短期内增产非常明显,而且对工作区环境影响小，完井速度快，节省压裂成本，是页岩气开发中后期比较常用的压裂技术。水力喷射压裂是集水力射孔、压裂、隔离一体化的水力压裂技术。对裸眼水平井进行水力压裂,
12、当储层发育较多的天然裂缝时,大而裸露的井壁表面会使大量流体损失，影响压裂效果O水力喷射压裂技术不使用密封元件而维持较低的井筒压力，迅速准确地压开多条裂缝，解决了裸眼完井水力压裂的难题。水力喷射压裂由3个过程共同完成，水力喷砂射孔,水力压裂和环空挤压。优点是不受水平井完井方式的限制，可在裸眼和各种完井结构水平井实现压裂 ,缺点是受到压裂井深和加砂规模的限制重复压裂。重复压裂除了用来恢复低产井的产能外，同样也用于有些产量相对较高的井。事实上，生产状况良好的井经常具备实施重复压裂的条件，高潜力的井具备的条件是实施重复压裂增产成功的关键。总之，(1)水力压裂技术是页岩气开发的核心技术之一,现己广泛应用
13、在页岩气井的增产作业中,目前常用的水力压裂技术有多级压裂、清水压裂、同步压裂、水力喷射压裂和重复压裂。(2)多级压裂技术是目前页岩气水力压裂作业中应用最广泛的技术。多级压裂加水平 井是合理的页岩气开发方式,清水压裂改变了以往依靠交联冻胶延长裂缝的手段,既达到了增产效果，乂减小了对地层的伤害。，同步压裂技术作业的特点是2口或2口以上的井同时压裂尤其适用于开发中后期井眼密集时的压裂作业。水力喷射压裂的应用不受完井方式的限制，可在裸眼和各种完井结构水平井实现压裂，缺点是受到压裂井深和加砂规模的限制。重复压裂能够有效地改善单井产量与生产动态特性，除用来恢复低产井的产能外，对于那些产量相对较高的井提高产量同样适用。)清水压裂作业成本低，地层伤害小，在国内常规油气开发中应用成熟，是现阶段中国页岩气开发储层改造的适用技术。对于开采长度、厚度、大的页岩气井，可以使用多级分段清水压裂。在开发中后期产量下降时，可以使用重复压裂技术重新改造，随着中国页岩气开发技术的成熟和开发规模的扩大同步压裂技术是规模化页岩气 开发的客观 需要。
