頁巖氣水平井完井壓裂技術分析與研究

王茂森

摘 ?要：文章從頁巖氣水平井完井及壓裂方式的選擇分析入手，詳細論述了頁巖氣水平井完井壓裂技術的優化及應用。期望通過文章的研究能夠對壓裂技術在頁巖氣水平井開采中的推廣使用有所幫助。

關鍵詞：頁巖氣;水平井完井;壓裂技術

中圖分類號：TE257 文獻標志碼：A ? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2020）25-0158-02

Abstract： Starting from the selection and analysis of completion and fracturing methods of shale gas horizontal wells， this paper discusses the optimization and application of completion and fracturing technology of shale gas horizontal wells in detail. It is hoped that the research in this paper will be helpful to the application of fracturing technology in horizontal well production of shale gas.

Keywords： shale gas; horizontal well completion; fracturing technology

頁巖氣是一種蘊藏在頁巖層當中的天然氣資源，我國的頁巖氣可開采儲量相對較大。在對頁巖氣進行開采時，需要鉆水平井，為進一步擴大井筒與儲層之間的接觸面積，可以在水平井完井的過程中，對壓裂技術進行合理運用。下面就頁巖氣水平井完井壓裂技術展開分析探討。

1 頁巖氣水平井完井及壓裂方式的選擇

1.1 與水平井完井相適應的壓裂方式

水平井作為一種特殊井，它的井斜角接近90°，采用壓裂技術對此類井段進行完井的過程中，必須保證壓裂方式與完井方式之間具有良好的適應性，否則可能會對完井效果造成影響。鑒于此，在應用壓裂技術對水平井進行完井時，需要對壓裂方式進行合理選擇，這是確保完井質量的前提。現階段，頁巖氣水平井段較為常用的完井方式有兩種，分別為套管完井和裸眼完井。

（1）與套管完井方式相適應的壓裂方式為泵送橋塞，

這種壓裂方式的特點如下：對裂縫的初始點具有良好的控制效果，可以保證井眼的穩定性，對于生產測井非常有利，成熟度比較高、風險相對較低，不足之處在于等待時間長。

（2）與裸眼方式相適應的壓裂方式為封隔器加滑套，

該方式的特點體現在如下幾個方面：能夠節約作業時間，且作業過程中不需要進行固井，井壁上存在的自然裂縫均不會遭到破壞。實際應用中發現，該方式的缺點較多，比如井壁的穩定性比較差，容易出現坍塌，完井的復雜程度較高，無法對裂縫的位置進行精確控制，一旦出現砂堵，很難處理。

由上述分析不難看出，泵送橋塞分段壓裂方式的優點更多、缺點更少，因此，可將該壓裂方式作為頁巖氣水平井完井方式的首選。

1.2 泵送橋塞分段壓裂

在頁巖氣水平井完井作業中，最為適宜的壓裂方式為泵送橋塞，該壓裂方式的具體工藝流程如下：第一段采用油管傳輸射孔，將射孔槍連接到油管柱的下部，送入井下預定深度后，通過調整油管的深度，使射孔槍對準射孔層位后打出射孔彈，從環形空間完成第一段壓裂;隨后使用凝膠對井筒進行沖洗，借助液體泵將橋塞工具送入井內;引爆座封橋塞，借此來使橋塞與射孔槍相分離，同時進行試壓;拖動電纜，將射孔槍帶至射孔段后進行射孔，完成射孔后，將電纜從井內拖出，并對第二層進行壓裂。當第一段壓裂完畢后，可重復上述操作對第二段進行壓裂，以此來達到多層分段壓裂的作業目標。這種壓裂方式最為突出的特點是壓裂段數不會受到限制，雖然生產成本相對加高，但卻能夠增加采收率5倍以上。

2 頁巖氣水平井完井壓裂技術的優化及應用

2.1 技術優化

在對頁巖氣進行開采的過程中，為使井筒與儲層之間的接觸區域達到最大化，通常在完井時打設的都是水平井，并采用多級壓裂。水平井施工中，通過對裂縫參數進行優化，除了能夠進一步提升控制面積之外，還能顯著增強裂縫網絡的導流能力。相關研究結果表明，有效裂縫網絡的形成主要與以下因素有關：水平段所處的方位、原地的應力大小、各向異性、壓裂方式及參數、裂縫的間距和尺寸等等。

2.1.1 確定裂縫的具體方位

在頁巖氣水平井鉆井前，必須予以重點考慮的一個因素是水平段井眼的實際方位。對于水平井而言，井筒的方位如果與最大的水平主應力方位保持相垂直的狀態，那么在這一前提下，能夠產生出橫向裂縫。若是井筒方位與最大的水平主應力方位保持一致，則壓裂裂縫會以井筒為基點，沿著軸向逐步擴展，進而形成縱向裂縫。當井筒的方位與井內最大主應力之間的夾角為其它情況時，所產生的裂縫會呈現出復雜性的特點。實踐經驗表明，在頁巖氣水平井當中，橫向裂縫的泄流面積更小，故此在壓裂的過程中希望產生此類裂縫，因受到頁巖層的影響，使得壓裂時容易產生數量較多的微裂縫，當這些微裂縫與橫向裂縫垂直時，便會形成二級裂縫，這是壓裂改造過程中最希望出現的情況之一。在對壓裂裂縫的方位進行確定時，除了要對井壁崩落、鉆井誘導縫進行全面分析之外，還應當進行偶極橫波測井。

2.1.2 射孔參數的優化

與直井相比，水平井的射孔方式具有一定的特殊性，射孔段是否合理直接關系到裂縫網絡的產生幾率。在對頁巖氣水平井進行壓裂的過程中，射孔方式可以選用多點射孔，即簇射孔，這樣不但有助于主裂縫的形成，而且還能防止射孔井段過長時主裂縫的形成數量過多。射孔簇的間隔距離應當控制在25m左右，最少不得少于20m，最大不得超過30m，合理的間距可以使主裂縫的誘導應力場產生疊加，進而誘發遠井主裂縫間的溝通。

2.1.3 裂縫間距優化

采用壓裂技術對頁巖氣水平井進行完井的過程中，減小裂縫的間距能夠進一步加快井筒周圍儲層壓力的下降速度，由此能夠大幅度提升頁巖氣的開采速度。然而通過對壓裂進行現場監測后發現，裂縫的擴展方向會隨著壓裂間距的減小而發生改變，無法與最大應力方向保持平行。之所以會產生出這種現象，主要原因是壓裂裂縫影響了周圍的應力場，致使應力方向與大小全部出現變化，進而導致后續的裂縫擴展完全是按照新的應力狀態進行，并在擴展至一定距離之后發生轉向。為有效解決這一問題，可以采取相應的措施對壓裂裂縫的間距進行優化，借助應力本身所產生的干擾效應，結合頁巖層的節理特點，達到增強滲透率的效果。同時，為防止水平井段裂縫的相互干擾，可對射孔簇的距離進行調整，并將壓裂裂縫的間距控制在33-60m之間。

2.1.4 裂縫長度優化

在頁巖氣水平井的產能影響因素當中，裂縫長度的影響不可忽視。由仿真模擬結果可知，水平井段的裂縫長度越長，頁巖氣的實際產量就越高。但當裂縫的長度達到一定后，頁巖氣的產量增幅則會變小，而越長的壓裂裂縫施工難度和造價越高。因此，對在頁巖氣水平井完井過程中，對壓裂技術進行應用時，要對裂縫的長度進行合理確定。裂縫長度的優化可以借助數值模型來完成，在具體優化時，應當對頁巖的力學狀況以及現場的施工難度等因素加以充分考慮。

2.2 壓裂技術的應用實踐

2.2.1 水平井概況

某井的完鉆井深度為2344m，其中水平段的長度約為585m，起伏高度為6.71m。靶點A到B之間的厚度可以從57m增加到59m，其中靶點A距離頁巖頂部的厚度為46.5m，距離底部的厚度為10.5m;靶點B距離頁巖頂部的厚度為45.9m，距離底部的厚度為13.1m。

2.2.2 分段壓裂的應用效果

對該水平井進行分段壓裂，共分為7段，施工壓力設定為26.5MPa-60.7MPa，具體的施工過程如下：

（1）在第一段內共計射孔4簇，每一簇10孔，經測試后發現，射孔4簇不合理，隨后將射孔簇調整為2-3簇，繼續射孔。

（2）該水平井的第二段到第五段的儲層物理性質相對較好，壓裂裂縫在施工中可以正常延伸，且壓力呈現出持續下降的趨勢，由此表明裂縫與自然裂縫完成溝通，通過加砂對彎曲摩擦阻力進行降低，以此來克服近井筒的影響。自第五段壓裂開始，壓力升至46.3MPa，經過分析后認為近井帶基本形成了穩定的砂堤。

（3）當施工至第六和第七段時，壓力繼續上升，此時出現加砂困難的情況，經分析發現，該段處于微裂縫上。從實際的實施情況來看，橋塞下入的非常順利，達到了預期中的效果。

3 結束語

綜上所述，頁巖氣的開采是一項較為復雜且系統的工作，為提高開采率，可以鉆設水平井，并在水平井完井的過程中對壓裂技術進行合理應用。通過對壓裂相關參數的優化，能夠最大限度地發揮出壓裂技術的作用，這對于頁巖氣的順利開采具有積極的促進作用。未來一段時期，應當加大對壓裂技術的研究力度，通過不斷地改進和完善，從而使該技術能夠更好地為頁巖氣開采服務。

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