页岩油气水平井压裂工艺技术展望.pdf

天 然 气 勘 探 与 开 发 2 0 1 4年 1月出版 页岩油气水平井压裂工艺技术展望 木 彭成勇 中海石油研究总院 摘要近年来国外大力发展水平井多级压裂技术， 并成功应用于页岩油气实现了商业化开发， 为缓解世界 能源危机鼓舞了信心。我国能源消耗巨大， 对外依赖程度越来越高。尽管拥有丰富的页岩油气资源， 但却无法有 效动用， 其主要原因之一是国内现有增产工艺技术落后。目前国内水平井压裂技术主要针对砂岩储层， 而应用于 页岩储层则效果不佳。鉴于目前关于页岩油气的渗流机理尚未形成成熟理论， 从工艺角度分析页岩油气开发， 详 细介绍了国外主流增产工艺技术及现场试验效果， 并结合国内技术现状提出我国未来压裂工艺技术研究方向， 为 加快国内页岩油气资源大规模开发提供参考。图5表2参 1 O 关键词页岩油气多级压裂泵送桥塞水平井压裂水力喷射丛式固井滑套 0 前言 页岩油气是美国大规模经济性勘探开发的三大 非常规类型气 根缘气、 页岩油气、 煤层气 之一 ， 近 年来得到了空前的快速发展 。自1 9 8 1年第一口页岩 油气井成功压裂 以来 ， 压裂工艺技术得到了不断进步 和完善， 最终实现了页岩油气商业化开发。美 国页岩 油气逐渐成为主要能源供应之一， 至 2 0 1 0年页岩油 气产量为 1 3 7 8 1 0 。 m ， 占全 国天然气年总产量 的 2 3 ％， 超过俄罗斯成为全球第一大天然气生产国， 预 计 2 0 1 5年规划页岩油气产量将达到三分之一。页岩 油气将扮演着越来越重要角色独步能源舞台。中国 页岩油气富集地质条件优越 ， 具有与美国大致相同的 页岩油气资源前景及开发潜力。但我 国的页岩油气 开发利用程度低 ， 尚处于起步阶段。国外页岩油气开 发成功经验表明， 压裂工艺技术的不断进步和创新是 页岩油气开发的关键。目前， 对于页岩油气渗流机理 尚不成熟 ， 本文主要从工艺角度分析页岩油气开发未 来技术发展方向。 1 页岩油气开发对压裂工艺技术要求 与常规砂岩气不同， 页岩油气存储除了空隙中的 游离气外， 还大量以吸附态存在于页岩里。由于页岩 层渗透率极低， 流通性差， 这些气体无法像常规气体 一 样 自由运移。研究表明， 只有充分暴露储层面积， 大量释放吸附气储量 ， 建立储层流通通道， 才能加快 页岩油气释放和流动， 提高单井产能， 最终达到商业 化开发的目的。因此 ， 页岩油气开发对压裂工艺技术 提出以下几方面的基本要求 级数多 采用水平井开发， 增加压裂段密度 ， 减 少渗流能力差带来的不足 ； 规模大 泵人 大量液体， “ 破碎” 性压裂储层 ， 增大暴露面积 ； 成本低 减少压裂施工工序、 缩短压裂时间， 提 高压裂效率 ， 控制单级压裂成本 ； 可靠性强 降低压裂失效风险， 提高压裂成功率。 目前国外各大服务公司投入大量人力和物力开 展水平井多级压裂技术研究 ， 并取得一系列成果 ， 与 此同时也产生了许多全新压裂概念 ， 如清水压裂 、 缝 网压裂、 体积压裂、 同步压裂等。 2 国外典型页岩油气压裂工艺技术展望 据不完全统计， 美国页岩油气水平井压裂工艺超 过8 5 ％采用套管固井， 泵送桥塞式压裂技术， 其次， 裸眼封隔器滑套压裂也相对应用较多。随着技术的 进步和成本的控制 ， 现在也在尝试一些新的压裂工 艺， 如水力喷射、 从式滑套固井压裂技术等。 2 ． 1 泵送桥塞分段压裂技术 基金项目中国海洋石油有限公司综合科研项 目 “ 页岩气研究” 2 0 1 0 一 Y X Z H K Y 一 0 1 1 。 作者简介彭成勇， 男， 1 9 8 1 年出生， 硕士； 现就职于中海油研究总院， 主要从事非常规油气开发增产工作。地址 1 0 0 0 2 7 北京市东城区东 直门外小街 6号海油大厦 1 3 0 8室。电话 1 8 9 1 0 8 7 9 6 2 0 。E m a i l p e n g e h y c n o o c ． c o l n ． c n 6 8 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 7卷第 1期 天 然 气 勘 探 与 开 发 0 1 50 30 0 4 50 60 0 生产时闻， d 图 5 P o w d e r R i v e r 盆地试 验井产能分布图 根据 D J 盆地与 P o w d e r R i v e r盆地现场试验， 初 步认为页岩油气产能与完井压裂方式存在一定联系， 但是不同地 区各种完井方式下的压裂效果可能存在 较大差异。因此 ， 选择合适的完井压裂方式， 需要结 合地质特征进一步深入研究其适应性和造缝特征。 4 国内水平井分段压裂技术现状展望 目前我 国水平井压裂技术主要基于超低渗砂岩 储层 ， 主要包括双封单级压裂 、 封隔器滑套压裂 、 水力 喷射压裂、 限流法压裂、 桥塞压裂 包括液体桥塞 等 技术。这些技术压后以形成平面双翼裂缝为主， 平面 双翼裂缝储层暴露面积较小 ， 要实现页岩油气中大量 吸附态气体的充分释放 ， 需要进一步研究裂缝的起裂 及延伸机理 ， 开发新型体积缝网压裂技术 。另外 ， 国 内目前总体而言水平井压裂级数较少 ， 大部分在 3 6段左右 ， 对于水平段超过千米的页岩油气井来说 ， 从规模上远不能满足页岩油气井开发要求。而 目前 国内在滑套球坐制造、 封隔器性能方面达不到要求， 对于泵送桥塞压裂方式 ， 目前 国内尚无 自主研发 ， 其 中最重要 的难题在于桥塞制造、 电缆准确射孔等方 面， 与国外存在较大差距 。因此 ， 需要开展页岩压裂 裂缝延伸机理研究 ， 根据延伸规律， 针对不同特征的 页岩储层 ， 选择合适的压裂工艺和技术。同时， 成本 和可靠性也是页岩油气压裂工艺开发最需要考虑的 方面。 5 认识与结论 国外页岩油气水力压裂技术主要 以泵送桥塞分 段压裂技术为主， 也采用封隔器滑套压裂技术。从压 裂效果可以看出， 压裂工艺级数对页岩油气产能具有 一 定影响， 选择合适的压裂工艺还需进一步开展裂缝 起裂及延伸规律研究。国内水平井压裂技术总体而 言还不能满足页岩油气开发要求 ， 需进一步从裂缝延 伸机理、 规模、 级数、 成本和可靠性方面开展深入研究 工作。 参考文献 1 唐颖， 张金川 ， 张琴 ， 等 ． 页岩油气井水力压裂技术及其应 用分析[ J ] ．天然气工业， 2 0 1 0， 3 0 1 0 ． 2 张士诚 ．低渗透油气藏增产技术新进展2 o o 8年油气 藏增产改造学术研讨会论文集[ M] ．北京 石油工业出版 社 ， 2 0 0 8 ． 3 胡永全 ．重复压裂技术研究[ J ] ．天然气工业 ， 2 0 0 4 ， 2 4 3 7 2 - 7 5 ． 4 崔青 ．美国页岩油气压裂增产技术[ J ] ．石油化工应用 ， 2 0 1 0 ， 2 9 1 0 1 3 ． 5 闫存章， 黄玉珍， 葛春梅， 等． 页岩油气是潜力巨大的非常 规天然气资源[ J ] ．天然气工业， 2 0 0 9 ， 2 9 5 1 6 ． 6 唐代绪， 赵金海， 王华， 等 ．美国 B a r n e t t 页岩油气开发中 应用的钻井工程技术分析与启示[ J ] ．中外能源， 1 6 4 47 52 ． 7 唐颖， 唐玄， 王广源， 等．页岩油气开发水力压裂技术综述 [ J ] ．地质通报 ， 2 0 1 1 年， 3 0 2 3 3 9 3 - 3 9 9 ． 8 陈作、 薛承瑾、 蒋廷学， 等．页岩油气井体积压裂技术在我 国的应用建议[ J ] ． 天然气工业， 201 0 ， 3 0 1 0 3 0 3 2 ． 9 S ． R． Re e v e s 、 D ． 0 ． C o x， M． B ． S mi t h ， e t c ， S t i mu l a t i o n t e c h n o l o g y i n t h e A n t r i m s h a l e ， [ J ] ． S P E 2 6 2 0 3 ， 1 9 9 3 。 l 0 黄玉珍， 黄金亮， 葛春梅， 等 ． 技术进步是推动美国页岩油 气快速发展的关键[ J J ． 天然气工业， 2 O O 9 ， 2 9 5 7 - 1 0 ． 修改回稿日期2 0 1 3 0 5 2 0 编辑文敏 71 薹 耄 咖 珊 渤 撇 0 ． 罄，看 I 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m