重庆科技学院石油工程
学术论文
课程名称：油气田应用化学 课题题目：页岩气压裂的研究 指导教师：XXXXXXX 姓 名：XXXXXX 学 号：XXXXXXX 专 业：
学 院：石油工程学院
重庆科技学院继续教育学院 完成时间：2014年5月20日
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摘 要
页岩气是一种非常规的天然气资源。因此，研究其页岩气的新技术和发展方向、勘探方法、压裂的新技术，钻井、完井、固井等技术对于页岩气新的研究进展有着重大的研究意义。
现在工艺是将天然气的成藏分为吸附气产生、游离气流入基质等5个阶段，具有较好开采潜力的页岩气藏是保持在第三阶段的气藏；将页岩气藏成藏机制进行了进一步分析，对地层压力提出了新的认识。但是，中国页岩气的开发还处于起步阶段，在理论研究的同时还需要进行大胆实践探索才是目前的重点。
引 言
页岩气作为一种典型的非常规天然气资源是从页岩层中开采出来的，主体位于暗色泥页岩或高碳泥页岩中，以吸附或游离状态存在于泥岩、高碳泥岩、页岩及粉砂质岩类夹层中的聚集。分布在盆地内厚度较大、分布广的页岩烃源岩地层中，具有开采寿命长和生产周期长的优点。
根据页岩地层特征，采用测井、地震勘探和取心等技术发现，我国南方、中东部（华北—东北）、西北及青藏等四大地区具有页岩气开发潜力。目前，页岩气井钻井主要是直井和水平井。在水平井钻井过程中，采用了MWD(随钻测井)技术、GEOVISION随钻成像服务和RAB钻头等LWD（随钻测井）技术、自然伽马测井曲线进行实时控制与定位；采用三维地震解释技术优化井身设计。同时，运用欠平衡压力钻井、泡沫固井技术和酸溶性水泥浆体系以及组合式桥塞完井、水力喷射射孔完井和机械式组合完井等完井方式。在增产方面，采用了大型水力压裂技术，包括清水压裂、直井压裂、水平井分段压裂、重复压裂和同步压裂等，并对裂缝进行实时监测以提高采收率。
目前在我国渤海湾及松辽、四川和吐哈等盆地发现了高含有机炭的页岩。据预测，中国页岩气潜在资源量大于30×1012m3，开发潜力巨大。页岩储层具有低孔特征和极低的基质渗透率,因此压裂是页岩气开发的主体技术。目前, 页岩气逐渐形成了以水平井套管完井、分簇射孔、快速可钻式桥塞封隔、大规模滑溜水或“滑溜水+ 线性胶”分段压裂、同步压裂为主, 以实现“体积改造”为目的的页岩气压裂主体技术。了解我国页岩气储层特点和开发技术, 加快技术研发和应用力度, 尽快形成和配套适应我国页岩气压裂技术应用的基础理论与技术系列, 对于加快我国页岩气勘探开发步伐有着重要的现实意义。
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目 录
一、页岩气的压裂进展
1.1 LPG（液化石油气）压裂
1.2 超临界CO2系统开发非常规油气技术 二、页岩气压裂新技术
2.1 直井连续油管分层压裂技术
2.2 水平井分段压裂技术
2.3 水平井多级可钻式桥塞封隔分段压裂技术 2.4 页岩井压裂技术 三、页岩气勘探技术 四、页岩气层的钻完井技术
4.1 固井、完井技术 4.2 储层保护 五、结论
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一、页岩气压裂的技术进展
常规的页岩气开采技术主要是水力压裂技术。所谓的水力压裂就是通过将压裂液压入油井中，将岩层压裂，产生高导流能力的裂缝通道，再注入支撑剂（主要是石英砂）撑住裂缝，进而提高油气采收率的一种石油开采工艺。
在页岩气开采所使用的压裂液中，98%都是水，剩下2%的成分是化学添加剂。在压裂结束后，约有30%-70%的压裂液会被抽回地面，称之为“返排液”。这些返排液通常会有四种处理方式：循环利用、处理后排放到河流中、注入地下水以及储存在露天的蓄水池中.但是水力压裂会造成压裂液中的化学物质和页岩气（主要是甲烷）混入地下水 中，返排液处置不当也会污染地表水 。因此，应加大水力压裂替代技术的投入与破解新技术的产生。下面简述两种新技术压裂方式：
1.1 LPG（液化石油气）压裂
LPG在压裂过程中会因为压力和高温而气化，与天然气一起被重新抽回地面，进行分离并最终做到重复利用。这种压裂手段相比于传统的水力压裂技术来说基本不需要水，也无需投入成本处理废水，极大地缓解了对环境和水资源的压力。虽然这项技术前景可观，但是其推广还存在一定的问题。首先是LPG比水的成本要高；其次是该技术尚不成熟，其安全性还有待检验。
1.2 超临界CO2系统开发非常规油气技术
利用CO2在超临界状态的独特物理化学性质系统开发页岩气和非常规油气资源。超临界CO2喷射钻井能够在页岩层中获得较高的机械钻速，同时不会使页岩层产生粘土膨胀、水锁等效应；利用超临界CO2流体进行储层压裂改造，能使储层产生更多微小裂缝，有助于页岩气生产；最重要的是，CO2与页岩的吸附强度高于CH4，因此CO2能够置换吸附在页岩上的CH4，在提高产量和生产速率的同时，实现CO2永久埋存，符合当前环保的主题。超临界CO2开发页岩气无论从技术或是经济上去审视，均具有极大优势，该项新技术的出现，对于开发页岩气具有重大的发展意义。
二、页岩气压裂的新技术
页岩气储层必须经压裂才能形成工业气流。页岩气储层的压裂改造工艺、加砂规模等都与常规压裂改造有明显不同。不同区块页岩储层特性各不相同, 并不是所有的页岩都适合滑溜水、大排量压裂施工。脆性地层( 富含石英和碳酸盐岩) 容易形成网络裂缝, 而塑性地层( 黏土含量高) 容易形成双翼裂缝, 因此不同的页岩气储层所采用的工艺技术和液体体系是不一样的, 要根据实际地层的岩性、敏感性和塑性以及微观结构进行选择。已形成了多项页岩气压裂技术,并且在多年的发展过程中总结出了一套压裂液选择依据( 如图一）。从图一可以看出, 液体类型、排量大小以及加砂浓度等与地层特点有着紧密的联系。对于塑性地层, 压裂时很难形成裂缝网络, 该类地层利用黏度更高的凝胶或者泡沫更容易实现好的改造效果。同时, 页岩气压裂裂缝检测技术在压裂后期效果评价方
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面有重要意义。
图一 页岩气储层压裂方案优化示意
2.1 直井连续油管分层压裂技术
压裂技术具有3 个特征, 即连续油管、水力喷砂射孔、环空加砂。该技术是用高速和高压流体通过连续油管进行射孔, 打开地层与井筒之间的通道后,环空加注携砂液体, 从而在地层中压开裂缝。其技术要点为水力喷砂射孔, 环空加砂, 然后填砂封堵已压裂层段, 上提连续油管至下一目的层段, 重复上述步骤直至结束施工, 施工结束后用连续油管进行冲砂、返排。
2.2 水平井分段压裂技术
常规的直井已经无法满足开发要求, 水平井和水平井分段压裂技术目前已经成为了页岩气藏有效开发的主体技术。
2.3 水平井多级可钻式桥塞封隔分段压裂技术
水平井多级可钻式桥塞封隔分段压裂技术的主要特点是套管压裂、多段分簇射孔、可钻式桥塞( 钻时小于15 min) 封隔。该技术的施工步骤大致为： ① 第一段采用油管或者连续油管传输射孔, 提出射孔枪; ② 从套管内进行第一段压裂;
③ 用液体泵送电缆+ 射孔枪+ 可钻桥塞工具入井; ④ 坐封桥塞, 射孔枪与桥塞分离, 试压;
⑤ 拖动电缆带射孔枪至射孔段, 射孔, 提出射孔枪; ⑥ 压裂第二段;
⑦ 重复③ ~ ⑥ , 实现多级压裂。
可钻桥塞分段多级压裂技术的关键工具是可钻桥塞。目前, 国外复合材料可钻
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