本期技術概覽—壓裂技術與裝備

頁巖層可以作為氣體的源巖和儲集巖，儲層具有連續分布、低孔、特低滲、脆性較高等特性。全球能源研究估計，大型頁巖氣資源主要分布在北美、拉丁美洲和亞太地區，且這些地區頁巖氣資源具有極為廣闊的開發前景。

美國作為頁巖氣開發的先行者，在頁巖氣開發方面有許多經驗和先進的技術裝備值得我們學習和借鑒。

美國頁巖氣開發的經驗表明：增產技術尤其是水力壓裂技術，對于頁巖氣的開發是至關重要的。

頁巖氣完井

早期頁巖氣完井通常采用套管完井，壓裂采用可鉆橋塞實現多級壓裂。近期國外逐漸傾向采用裸眼水平井多級壓裂方式完井投產。目前，國內外比較常用的頁巖完井方式主要為以下兩種。

裸眼+襯管+多級壓裂

裸眼多級壓裂系統中，套管外封隔器代替了水泥固井進行各層段隔離，封隔器通常采用彈性元件密封裸眼井筒，通過水力坐封，且生產時不需起出或鉆銑。同時，滑套在封隔器間的井筒上形成通道，代替套管射孔。通過液壓或投入（多個）特定尺寸的啟動球，滑套工具可以實現套筒切換并打開通道。這些球可以在兩級之間實現管內封隔，因而無需使用橋塞。

裸眼多級壓裂系統的主要優點是所有的壓裂處理可以一趟管柱連續完成，無需使用橋塞，大大節省了時間和成本。增產作業完成后，可以迅速返排并投產，后期還可以鉆除球座，進一步提高產量。

套管+固井+多級壓裂

這是頁巖地層中最常用的一種方式。完井時，先對水平井筒內的套管注水泥，然后實施“橋塞+射孔”多級壓裂改造措施，即通過電纜或連續油管坐封橋塞實現套管內的機械封隔。隨后多次重復這一工藝，在水平段上完成多級壓裂改造。當所有小段被處理完后，采用連續油管鉆除復合橋塞，使水平井筒從跟部到端部重新連通并投產。

這種方式可以實現水平段的分段轉向改造，但每一級都要使用連續油管、射孔槍和壓裂裝備進行作業，生產費用非常高，而且作業效率低、費時。因為上述缺點越來越多的作業者轉向裸眼多級壓裂系統，但是上述方法仍有許多優點，值得作業者采用。若克服上述缺點，橋塞射孔技術未必不能與裸眼多級壓裂相爭。

頁巖氣水力壓裂

頁巖屬于一種超低滲透率儲層，滲透率多在0.001~0.01mD之間，因此屬于“納米達西”滲透率地層，所有儲層必須經過壓裂才能投產。通常美國頁巖氣壓裂的單井成本在500萬美元以上，是水平井鉆井成本的2倍。頁巖氣井多采用大規模水力壓裂，通常會加入45~450t支撐劑，壓裂用液通常在10000m3以上。

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目前，美國頁巖氣壓裂中主要應用了三種液體體系：液氮直接注入、注氮氣泡沫和減阻水。除了成本優勢外，減阻水能在高排量下泵入大量水和少量支撐劑，可攜帶支撐劑進入更深的裂縫網絡，從而形成更大的裂縫網絡和泄氣面積，現場應用效果良好。

支撐劑

支撐劑作為水力壓裂的重要部分，性能提高對于水力壓裂的增產效果大幅度提高具有重要意義。對支撐劑技術的深人研究可望對水力壓裂技術的發展注人新的活力，對石油工業帶來不可估量的前景。石油圈原創www.h29736.cn

相關統計數據表明，在水力壓裂作業中硅砂壓裂支撐劑在單井中的使用量呈穩步上升態勢。水力壓裂中支撐劑用量巨大，且研究人員發現增加壓裂砂的使用量可顯著提高單井產能。

然而，硅砂壓裂支撐劑的使用會產生矽塵污染，人在呼吸過程中如果吸入過多矽塵會引起矽肺病，嚴重時還會引起肺癌，甚至進一步引起其他疾病。嚴重的矽肺病往往導致的結果是殘疾和死亡。

為了保持較好的作業效果，壓裂中需要用到大量的支撐劑，但硅砂類壓裂支撐劑的使用又會危害環境和人員安全，因此，消除硅砂壓裂支撐劑存在的矽塵污染問題就十分有必要了。

本期石油圈針對“橋塞+射孔”多級壓裂工藝存在的一些缺點隆重推出了貝克休斯兩款廣受好評的壓裂橋塞—FLASH橋塞和SHADOW橋塞；針對使用量高的硅砂壓裂支撐劑存在的矽塵污染問題也相應地提出了SandTec塵控技術。下面小編向大家一一道來~~

FLASH復合壓裂橋塞

FLASH復合壓裂橋塞是一種可磨式、可鉆式井筒隔離設備。直井段可用電纜下入，水平段可采用E-4電纜壓力坐封工具坐封；也可用連續油管或鉆桿下入，用J型液壓坐封工具液壓坐封。FLASH橋塞的混合卡瓦采用低密度材料制成，極大地縮短了鉆除橋塞的時間，同時也不會降低機械完整性。

新型FLASH復合壓裂橋塞，堅固、抗沖擊性好，可以大幅降低提前坐封的風險，避免計劃外的油井干預作業。另外，該橋塞配備一個新式排量控制閥后，不需要壓裂球也能引導壓裂作業。

SHADOW壓裂橋塞

貝克休斯的SHADOW壓裂橋塞是一款永久式可磨銑橋塞，生產階段可以留在井底，完全消除了橋塞射孔完井作業中的橋塞磨銑過程。SHADOW壓裂橋塞可通過電纜下放到井筒中，也可采用貝克休斯的E-4安裝工具。

SHADOW壓裂橋塞可以擺脫連續油管作業，壓裂一完成就可以開始生產。該橋塞采用了大通徑設計，并使用了貝克休斯IN-Tallic可分解壓裂球，這樣即使帶著橋塞也可以進行生產，節省了完井時間，同時也避免了連續油管作業帶來的費用和風險。

SandTec塵控技術

據估計，全球油氣行業水力壓裂等作業中產生的矽塵污染大概會使17000名現場作業人員的身體健康受到影響，因此，職業安全與保健管理局規定：安全作業現場中的矽塵允許極限濃度不可大于50微克/立方米。

為保證現場工作人員的身體健康，ArrMaz公司依托涂層技術領域超40年的經驗積累，與斯倫貝謝公司及行業專家深入合作，最終研發出SandTec塵控技術。該技術性能出眾，具有方便部署實施、提供全供應鏈保護等特點。SandTec可有效降低水力壓裂作業中砂粒轉移過程中產生的矽塵污染，降幅最高可達到99%，大幅改善了作業現場安全性，解決了硅砂壓裂支撐劑使用受法律法規限制的問題。

來自/Baker Hughes等 ?編輯/張永君

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