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本期技术概览—压裂技术与装备

本期技术概览—压裂技术与装备

页岩层可以作为气体的源岩和储集岩,储层具有连续分布、低孔、特低渗、脆性较高等特性。全球能源研究估计,大型页岩气资源主要分布在北美、拉丁美洲和亚太地区,且这些地区页岩气资源具有极为广阔的开发前景。

美国作为页岩气开发的先行者,在页岩气开发方面有许多经验和先进的技术装备值得我们学习和借鉴。

美国页岩气开发的经验表明:增产技术尤其是水力压裂技术,对于页岩气的开发是至关重要的。

页岩气完井

早期页岩气完井通常采用套管完井,压裂采用可钻桥塞实现多级压裂。近期国外逐渐倾向采用裸眼水平井多级压裂方式完井投产。目前,国内外比较常用的页岩完井方式主要为以下两种。

裸眼+衬管+多级压裂

裸眼多级压裂系统中,套管外封隔器代替了水泥固井进行各层段隔离,封隔器通常采用弹性元件密封裸眼井筒,通过水力坐封,且生产时不需起出或钻铣。同时,滑套在封隔器间的井筒上形成通道,代替套管射孔。通过液压或投入(多个)特定尺寸的启动球,滑套工具可以实现套筒切换并打开通道。这些球可以在两级之间实现管内封隔,因而无需使用桥塞。

裸眼多级压裂系统的主要优点是所有的压裂处理可以一趟管柱连续完成,无需使用桥塞,大大节省了时间和成本。增产作业完成后,可以迅速返排并投产,后期还可以钻除球座,进一步提高产量。

套管+固井+多级压裂

这是页岩地层中最常用的一种方式。完井时,先对水平井筒内的套管注水泥,然后实施“桥塞+射孔”多级压裂改造措施,即通过电缆或连续油管坐封桥塞实现套管内的机械封隔。随后多次重复这一工艺,在水平段上完成多级压裂改造。当所有小段被处理完后,采用连续油管钻除复合桥塞,使水平井筒从跟部到端部重新连通并投产。

这种方式可以实现水平段的分段转向改造,但每一级都要使用连续油管、射孔枪和压裂装备进行作业,生产费用非常高,而且作业效率低、费时。因为上述缺点越来越多的作业者转向裸眼多级压裂系统,但是上述方法仍有许多优点,值得作业者采用。若克服上述缺点,桥塞射孔技术未必不能与裸眼多级压裂相争。

页岩气水力压裂

页岩属于一种超低渗透率储层,渗透率多在0.001~0.01mD之间,因此属于“纳米达西”渗透率地层,所有储层必须经过压裂才能投产。通常美国页岩气压裂的单井成本在500万美元以上,是水平井钻井成本的2倍。页岩气井多采用大规模水力压裂,通常会加入45~450t支撑剂,压裂用液通常在10000m3以上。

压裂液石油圈原创www.oilsns.com

目前,美国页岩气压裂中主要应用了三种液体体系:液氮直接注入、注氮气泡沫和减阻水。除了成本优势外,减阻水能在高排量下泵入大量水和少量支撑剂,可携带支撑剂进入更深的裂缝网络,从而形成更大的裂缝网络和泄气面积,现场应用效果良好。

支撑剂

支撑剂作为水力压裂的重要部分,性能提高对于水力压裂的增产效果大幅度提高具有重要意义。对支撑剂技术的深人研究可望对水力压裂技术的发展注人新的活力,对石油工业带来不可估量的前景。石油圈原创www.oilsns.com

相关统计数据表明,在水力压裂作业中硅砂压裂支撑剂在单井中的使用量呈稳步上升态势。水力压裂中支撑剂用量巨大,且研究人员发现增加压裂砂的使用量可显著提高单井产能。

然而,硅砂压裂支撑剂的使用会产生矽尘污染,人在呼吸过程中如果吸入过多矽尘会引起矽肺病,严重时还会引起肺癌,甚至进一步引起其他疾病。严重的矽肺病往往导致的结果是残疾和死亡。

为了保持较好的作业效果,压裂中需要用到大量的支撑剂,但硅砂类压裂支撑剂的使用又会危害环境和人员安全,因此,消除硅砂压裂支撑剂存在的矽尘污染问题就十分有必要了。

本期石油圈针对“桥塞+射孔”多级压裂工艺存在的一些缺点隆重推出了贝克休斯两款广受好评的压裂桥塞—FLASH桥塞和SHADOW桥塞;针对使用量高的硅砂压裂支撑剂存在的矽尘污染问题也相应地提出了SandTec尘控技术。下面小编向大家一一道来~~

FLASH复合压裂桥塞

FLASH复合压裂桥塞是一种可磨式、可钻式井筒隔离设备。直井段可用电缆下入,水平段可采用E-4电缆压力坐封工具坐封;也可用连续油管或钻杆下入,用J型液压坐封工具液压坐封。FLASH桥塞的混合卡瓦采用低密度材料制成,极大地缩短了钻除桥塞的时间,同时也不会降低机械完整性。

新型FLASH复合压裂桥塞,坚固、抗冲击性好,可以大幅降低提前坐封的风险,避免计划外的油井干预作业。另外,该桥塞配备一个新式排量控制阀后,不需要压裂球也能引导压裂作业。

SHADOW压裂桥塞

贝克休斯的SHADOW压裂桥塞是一款永久式可磨铣桥塞,生产阶段可以留在井底,完全消除了桥塞射孔完井作业中的桥塞磨铣过程。SHADOW压裂桥塞可通过电缆下放到井筒中,也可采用贝克休斯的E-4安装工具。

SHADOW压裂桥塞可以摆脱连续油管作业,压裂一完成就可以开始生产。该桥塞采用了大通径设计,并使用了贝克休斯IN-Tallic可分解压裂球,这样即使带着桥塞也可以进行生产,节省了完井时间,同时也避免了连续油管作业带来的费用和风险。

SandTec尘控技术

据估计,全球油气行业水力压裂等作业中产生的矽尘污染大概会使17000名现场作业人员的身体健康受到影响,因此,职业安全与保健管理局规定:安全作业现场中的矽尘允许极限浓度不可大于50微克/立方米。

为保证现场工作人员的身体健康,ArrMaz公司依托涂层技术领域超40年的经验积累,与斯伦贝谢公司及行业专家深入合作,最终研发出SandTec尘控技术。该技术性能出众,具有方便部署实施、提供全供应链保护等特点。SandTec可有效降低水力压裂作业中砂粒转移过程中产生的矽尘污染,降幅最高可达到99%,大幅改善了作业现场安全性,解决了硅砂压裂支撑剂使用受法律法规限制的问题。

来自/Baker Hughes等  编辑/张永君

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白矾
石油圈认证作者
毕业于中国石油大学(华东),油气井工程硕士,长期聚焦国内外石油行业前沿技术装备信息,具有数十万字技术文献翻译经验。

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