页岩气水平井分段压裂技术探析

周怡

摘 要：我国页岩气资源量较大，分布较广，勘探潜力大，远超过其它非常规天然气，其勘探开发成为世界天然气勘探开发的热点。但其产层致密或超致密，采收率较低，需通过压裂才能提高其产能。而我国页岩气井压裂技术处在探索阶段，而页岩气水平井分段压裂技术是实现页岩气商业性开发的关键技术，尚需研究和攻关。因此对页岩气水平井分段压裂技术做出探讨，对页岩气水平井的充分有效开发具有着重要意义。本文在对页岩气水平井分段压裂方式选择做出论述的基础上，对页岩气水平井分段压裂设计的优化进行了研究与探讨。

关键词：页岩气；水平井；分段压裂；支撑剂浓度；段塞；复杂裂缝

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.08.043

页岩气藏储层具有低孔低渗特征，在页岩气开采过程中，直井压裂只能在开采前期获得较多产能，但产量会随开采进程而不断递减。因此，如何对页岩气进行充分开采具有重要研究价值，在此过程中，对水平井完井方式以及分段压裂技术设计的优化做出探讨，有利于页岩气经济价值的充分实现。

1 水平井压裂方式选择

在页岩气水平井分段压裂技术的应用中，为满足压裂改造要求，施工方式必须与完井方式契合，井位的设置、钻井轨迹的确定等都需要对压裂工艺要求作充分的考虑。从国内外对页岩气水平井分段压裂方式可以看出，裸眼完井与套管完井是水平井最主要的完井方式。其中，裸眼完井优势为节约时间成本及保护井壁，但其缺点也十分明显，如井壁的不稳定性、裂缝位置难以得到精细确定等，且一旦出现堵砂等现象，很难进行有效处理；套管完井的优势为能够对裂缝的初始点有效控制，且该压裂技术相对成熟，然而时间成本的提升与固井质量的不理想等也制约着相关工作的顺利开展。因此，在井壁应力相对集中并需开展多段压裂的页岩气水平井中，可以选择套管完井下桥塞分段压裂技术。而如果井壁稳定性好，则可使用裸眼完井，使用裸眼封隔器分段压裂技术。

2 页岩气水平井分段压裂设计的优化

在开展页岩气水平井分段压裂施工中，有必要对施工过程进行模擬，从而有效预防施工过程中的潜在风险以及找出影响施工效果的因素，有针对性地降低施工风险、选择最为合理的施工方案。在实际施工过程中，裂缝的发育程度直接影响页岩气的产量。因此，如何更多地造缝成为页岩气水平井分段压裂施工中需要考虑的主要问题之一。面对这一问题，页岩气水平井分段压裂施工需要在获得主裂缝的基础上有效产生诱导缝，从而形成裂缝网络，并在特殊情况下对天然裂缝进行封堵，为预防砂堵，还需对支撑剂的沉砂现象进行分析。

2.1 优化施工工作液体系

由于滑溜水压裂有利于产生复杂缝网，相对于瓜胶压裂液而言，滑溜水压裂不但摩阻低，对地层伤害小，其成本也更低。因此主体压裂采用滑溜水压裂液体系，而滑溜水的携砂能力差制约着页岩气水平井分段压裂施工成效，因此配合使用线性胶进行携砂及造缝，以提高携砂能力从而增加裂缝导流能力。页岩气水平井分段压裂施工一般采用“滑溜水+线性胶”复合压裂的方式，前期利用滑溜水段塞形成复杂裂缝，后期利用段塞线性胶连续加砂的方式在近井地带形成较高导流能力通道，最大限度提高改造效果。同时，可适当提高线性胶比例，以降低虑失，提高净压力，拓展裂缝，确保复杂裂缝充分压开。

2.2 优化施工排量

施工排量是优化射孔参数和压裂段数的重要依据，施工排量小，导致近井天然裂缝开启，液体滤失严重。而施工排量大，易形成单一主缝。通过模拟实验可知，页岩气水平井分段压裂施工使用相同支撑剂浓度时，施工排量与工作液的携砂能力呈正比，与支撑剂的沉降速度呈反比，即施工中排量越大，工作液携砂能力越强，支撑剂沉降速度越慢。因此，在页岩气水平井分段压裂施工中，压裂施工排量应尽可能提高。

2.3 优化施工支撑剂浓度

在页岩气水平井分段压裂施工中，为避免施工过程中出现砂堵并提高裂缝导流能力，设计合理的支撑剂浓度对提高页岩气水平井分段压裂具有重要意义。合理的支撑剂浓度可以更好地控制让缝宽和缝高。从现场施工数据可以看出，支撑剂浓度与压后效果并没有明显的关系，这也决定了在设计支撑剂浓度时，需重点考虑储层天然裂缝形态。另外，由于页岩气储层渗透性较差，在页岩气水平井分段压裂施工中，压开主裂缝沟通更多微裂缝形成网状结构裂缝更为重要，在支撑剂的优化设计中，应更多考虑工作液的携砂能力和砂堤的堆起效率。从支撑剂浓度对砂堤堆起效率的影响方面来看，支撑剂浓度与砂堤堆起效率呈现为正比关系，即支撑剂浓度越大，砂堤堆起效率也就越高。

2.4 优化加砂方式

在页岩气水平井分段压裂施工中，页岩作为一种裂缝性强的储层，需使用常规的水力压裂方式对其天然裂缝进行拓展。另外，页岩的滤失主要是天然裂缝与层理的滤失。在施工过程中，需要利用这种滤失而不是抑制这些滤失。而由于工作液在使用过程中容易出现滤失，因此对于液体的滤失有必要使用段塞工艺来进行弥补，从而通过降低砂堤堆积效率来减小砂堤高度。可采用多级段塞的加砂压裂方式对砂堤低峰进行冲刷，从而形成相对平缓的砂堤，减少砂堵风险。在施工前期前置液段塞采用粉砂，以充分封堵微裂缝提高施工净压力从而增加裂缝体积，主压裂同样采用段塞的方式填充主裂缝控制液体滤失。通过对段塞技术与段塞数量的优化，可有效防止施工初期出现砂堵，对确保裂缝支撑剖面的连续性，对提升每篴加砂压裂施工成功率具有着重要意义。

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