水力压裂技术新进展
引言
水力压裂技术发展迅速，特别是20世纪80年代末以来，在压裂材料、工艺技术和设计方法等方面都取得了新的进展。20世纪80年代后期和20世纪90年代初，水力压裂已不仅仅用于低渗透油气田的改造，在中、高渗地层以及环境条件恶劣的地区(海洋、沙漠、沼泽等)，水力压裂作为布井方案的重要影响因素，也受得了广泛的重视。在保证施工成功率的前提下，设计和工艺措施更强调施工的有效率。为此，在过去措施前地层评估的基础上，深入研究了引起支撑裂缝渗透率(导流能力)伤害的原因，提出了减少伤害的各种措施和方法。同时，为了保证施工质量，探索出了一整套压裂实时监测和施工参数监控技术，并研制出了一整套适用于不同地层条件(温度、渗透率)的低伤害新型压裂材料(支撑剂、压裂液、添加剂等)以及相应的新工艺、新技术（高砂比压裂、重复压裂、压裂监测和裂缝检测等）。
水力压裂新工艺和新技术
1、端部脱砂压裂技术（TSO）
随着油气田开采技术的发展和多种工艺技术的交叉综合运用，压裂技术应用范围已不再局限于低渗透地层，中高渗透地层也开始用该技术提高开发效果。当压裂技术应用于中高渗透性地层时，希望形成短而宽的裂缝，并尽可能地将裂缝控制在油气层范围内。为了适应这一特殊的要求，国外于20世纪80年代中期研制开发了端部脱砂压裂技术，并很快应用于现场，目前国内也开展了这方面的研究，并取得了很大的进展。
（1）端部脱砂压裂的基本原理
端部脱砂压裂就是在水力压裂的过程中，有意识地使支撑剂在裂缝的端部脱砂，形成砂堵，阻止裂缝进一步向前延伸；继续注入高浓度的砂浆后使裂缝内的净压力增加，迫使裂缝膨胀变宽，裂缝内填砂浓度变大，从而造出一条具有较宽和较高导流能力的裂缝。端部脱砂压裂成功的关键是裂缝的周边脱砂，裂缝的前端及上下边的任何部分不脱砂都不能完全达到预期的目的。
端部脱砂压裂分两个不同的阶段。第一阶段是造缝到端部脱砂，这实际上是一个常规的水力压裂过程，目前的二维或三维模型都可以应用。第二阶段是裂缝膨胀变宽和支撑剂充填阶段，这一阶段的设计是以物质平衡为基础，把第一阶段最后时刻的有关参数作为输入参数来完成的。
（2）端部脱砂压裂的技术特点
在端部脱砂压裂技术中，压裂液的粘度要满足两方面的要求：一是保证液体能悬砂，二是有利于脱砂。若压裂液的粘度过低，液体内不能保证悬砂，裂缝的上部就会出现无砂区，达不到周边脱砂的目的，在施工过程中也容易导致井筒内沉砂。若压裂液的粘度过高，滤失就会较慢，难以适时脱砂。所以端部脱砂压裂技术对压裂液的粘度要求比常规压裂液的要严格一些。
和常规压裂相比，端部脱砂压裂技术的泵注排量要小，这是为了减缓裂缝的延伸速度，控制
缝高和便于脱砂。前置液的用量也比常规压裂少，目的是使砂浆前缘能在停泵之前到达裂缝周边。而端部脱砂压裂的加砂比通常高于常规压裂，以提高裂缝的支撑效率。
（3）端部脱砂压裂的适用范围
端部脱砂压裂技术的突出特点是靠裂缝周边脱砂憋压造成短宽缝，因此只能在一定的条件下使用。主要用于浅层或中深地层(能够憋压地层)、高渗透或松软地层以及必须严格限制缝高的地层。
2、重复压裂技术
重复压裂技术是改造失效井和产量已处于经济生产线以下的压裂井的有效措施。美国对重复压裂技术的理论研究、工艺技术和矿场应用都作了大量有成效的工作。如美国的Rangely 油田在891口井上作业1700多次，许多井压裂达4次之多，重复压裂成功率达到70％～80％。North westbark unit油田在重复压裂作业时采用先进的强制闭合技术和端部脱砂技术，取得了很好的经济效益。重复压裂可用来改造低、中渗透地层；适用于常规直井、大斜度井和水平井。
(1)选井原则
根据油井生产史、地层评价结果及开发动态综合分析进行选井。
①油井必须有足够的剩余可采储量和地层能量；
②前次压裂由于施工方面的原因造成施工失败；
③前次压裂生产情况良好，压裂未能处理整个油层或规模不够；
④前次压裂后效果不错，但未给整个措施段提供有效支撑，采取重复改造措施，改善出油剖面。
(2)工艺技术
重复压裂一般要求比初次压裂有更高的导流能力。
①采用高砂比压裂技术形成高导流能力裂缝；
②采用强制闭合技术使改造段达到最大充填。
使用的压裂液有各种类型(硼交联HPC、胍胶、钛交联HPC等)，一般用柴油(5％～50％)或能降解的聚合物作防滤失剂，支撑剂粒径从20／40目至12／18目不等。
3、裂缝检测技术
(1)裂缝高度的检测
①井温测量法
压裂前先测出地层基准温度剖面，压裂时将冷或热的压裂液注入裂缝中，压裂后测量温度异常值的垂向分布范围以确定裂缝高度。
②放射性同位素示踪法
一种方法是在支撑剂中混入示踪剂，压裂后用伽马射线测井法测量放射性示踪剂，以了解支撑裂缝的方位和几何形态；另一种方法是在施工最后在压裂液中加入示踪剂，再进行伽马射线测井。
(2)裂缝方位和几何形态的检测
目前在套管井中仍无可靠的检测方法。在裸眼井中已使用井下电视测量、微地震测量、无线电脉冲测量等方法对裂缝进行探测，通过传送系统在地面进行实时显示，分析裂缝的方位和几何形态。
4、压裂中的缝高控制技术
在对薄油层或阻挡层为弱应力层的油层进行压裂时，裂缝可能会穿透生产层进入上下盖层，这样既达不到深穿透的目的，同时也浪费大量的支撑剂和压裂液。为此必须控制裂缝的高度，尽可能将裂缝控制在油气层内。近几年来，国内外对裂缝缝高控制技术进行了广泛的研究。
（1）建立人工隔层控制缝高
这种方法主要是根据地层条件，在压裂加砂之前，通过携砂液注入轻质上浮或重质下沉暂堵剂，使其聚集在新生成裂缝的顶部或底部，形成一块压实的低渗区，形成人工隔层。再适当提高施工压力，就能限制裂缝向上或向下延伸。如果要同时限制裂缝向上或向下延伸，就必须将轻质上浮或重质下沉暂堵剂同时注入地层，形成上下人工隔层。
暂堵剂选用空心玻璃或空心陶粒，密度最好在0.6～0.75g／cm3的范围内，粒度为70～120目，强度为承受净压13.8MPa时颗粒的完好率在80％～85％以上。
（2）注入非支撑剂液体段塞控制缝高
这种方法主要是在前置液和携砂液中间注入非支撑剂的液体段塞，这种液体段塞由载液和封堵颗粒组成，大颗粒形成桥堵，小颗粒填充大颗粒间的缝隙，形成非渗透性阻隔段，以达到控制缝高的目的。
（3）调整压裂液的密度控制缝高
这种方法主要是根据压力梯度来计算压裂液的密度。如果要控制裂缝继续向上延伸，就要采用密度较大的压裂液，使其在重力作用下尽可能向下压开裂缝。反之，如果要控制裂缝不要向下延伸，就必须使用密度较小的压裂液。
（4）冷却地层控制缝高
这种方法是先低排量注入低温液体冷却地层，降低地层应力，这时的注入压力必须小于地层的破裂压力。当冷却地层的范围和应力条件达到一定要求时，再提高排量，注入高浓度降滤剂的低温前置液，压开裂缝。在注入低温液体冷却地层期间的某一时刻，将注入压力提高到造缝压力，进而采用控制排量和压力的方法控制缝高的延伸。这种方法主要用于胶结性较差的地层和用常规水力压裂难以控制裂缝延伸方向的油气层。我国中原、长庆等油田应用上述缝高控制技术均取得较好效果，可降低裂缝高度30％左右，并增进了裂缝向水平方向延伸。
5、高渗层防砂压裂技术
高渗透地层的防砂压裂是指对高渗透地层进行压裂的同时，又完成了充填防砂作业。常规的砾石充填防砂方法对高渗透地层容易造成伤害，严重降低导流能力。该项技术要求采用端部脱砂技术，使裂缝中的支撑剂浓度达到足够高。加砂之后继续泵注一段时间增大净压力可以进一步扩大裂缝宽度。若有必要，在施工末期略微降低泵速，可以使支撑剂更好地充填于裂缝中。经验表明，与低渗透地层压裂相比，高渗透地层压裂可以产生较高的裂缝导流能力。
这不仅能够获得更高的产量，而且也是极有效的防砂措施。但是应当注意，产量过高、产量变化、水浸等都有可能导致出砂或出砂加重和减产。借助微压裂可获得较精确的裂缝闭合压力、闭合时间、压裂液效率、初损量、滤失系数等数据，还可以设计产生短、宽裂缝，以进一步减小表皮因子。常用的水基压裂液是线性胶凝羟乙基纤维素和硼酸盐交联液，前者主要优点是对地层无伤害性，后者具有良好的可逆性，使支撑剂充填层恢复高渗透率。上述两种压裂液组成的复合压裂既能保护地层又能造出高导流能力的裂缝，用于高渗透地层压裂效果甚佳。采用大颗粒支撑剂效果较好，是发展趋势。目前优选的是20／40目砂。常规的砾石充填所用的砂的颗粒太小，不能有效地减小近井地带压降和防止出砂。采用该项技术在路易斯安那海上气田渗透率500×10-3～1000×10-3μm2地层，使单井日产量高达28.3×104m3以上，远高于在该地区用常规砾石充填的井的产量。在西部非洲一个高渗透新油田的开发中，采用该项技术使表皮因子下降到2.0，生产和防砂均取得良好效果。
6、低渗层深穿透压裂技术
水力压裂是强化开发低渗层的基本方法之一，如果仅仅用于处理地层的近井地带，只能取得很有限的效果。近几年来深穿透压裂技术的发展，使其产生的裂缝长度可达300～1200m，极大地扩大了低渗层的可采储量和产量，有力地提高了开发低渗层的效益。
前苏联借助电子计算机对利用该技术开发低渗层进行了评价和分析。结果表明，目前可有效开发的低渗层储量占其总储量的50％以上，其中24％属于由于利用了该技术而成为新增可采储量，76％属于利用该技术可成倍地提高开发速度和提高最终采收率的高效可采储量；并认为对于深度不超过2500m的井可以用现有的70MPa压力的压裂设备和石英砂，而对于较深的井，特别是超过3000m的井，需要用105MPa压力的压裂设备和更可靠的支撑剂。
借助于近年迅速发展的先进的压裂工艺、材料和技术设备，深穿透水力压裂技术从设计到实施，已有可能较好地实现。为了保证该技术有效地广泛应用，目前需要尽快解决的主要问题是研究应用该项技术处理的井的最佳水动力学系统。为此国内外都在致力于利用电子模型和数学模型研究水力裂缝对油田开发指标的影响，处理好油藏、流体特性和裂缝几何尺寸、方位及导流能力与开发注采系统之间的关系，最大限度地提高油田的开发指标和经济指标。
低渗透深穿透水力压裂在北美得到了最广泛的应用。美国25％～30％的原油储量是利用该项技术采出来的。每年进行4000～6000次作业，加拿大的低渗层储量所占比例更大，每年进行大约1500次作业。
7、低渗层大砂量多级压裂技术
低渗透地层往往具有岩性致密、地下闭合应力高等特点。对这样的低渗透地层采用通常的水力压裂技术，由于裂缝闭合较快，支撑砂易破碎等原因，作业有效期一般都很短，考虑到经济因素，甚至是得不偿失。如何能建立和维护裂缝的高导流能力，以便保持非稳态流期间的高流量，是作业效果成败优劣的关键。为此，近年还发展了大砂量多级压裂技术。
该项技术目的是在整个生产层段产生较大的导流通道，因此首先需要大的用砂量。据估算，要使无因次裂缝导流能力大于10，用砂量需增加300％。考虑到完井层段的间隔、裂缝高度、现场监控以及机械风险等因素，采取逐步加大用砂量的方式，而且用砂量仍呈增大趋势，目
前已设计一次作业用砂量高达22.7×104～27.24×104kg，并使用压裂环和投球。因地下闭合应力高，支撑剂选用20／40目砂或其它大颗粒高强度支撑剂，由于用砂量大，要求使用能在高温剪切作用下保持较高粘度，具有良好抗滤失性和摩阻小的压裂液。现场用的一种适合地层能量较高的线性凝胶，能保证在较高的井口油压下具有足够的携砂能力，裂缝的穿透度相应也较大，一般达到泄流半径的70％。施工后液体能快速返排，是保证油井良好生产动态最关键的因素。美国俄克拉何马州南部致密气层完井层段厚304.8～457.2m，井深2133.6～2743.2m。其主力产层为石灰岩，多处白云岩化，并含有砂质层系，采用大砂量多级压裂技术后，初产量比常规压裂平均高63％。在第一个月内平均日产量高于2.8×104m3的井占62%以上，而以前达到这一初产水平的井只有33％。
8、压裂实时监控技术
实时监控和监测技术，是通过在施工现场实时地测定压裂液、支撑剂和施工参数，模拟水力裂缝几何形状的发展，随时修改施工方案，以获得最优的支撑裂缝和最佳的经济效益。
(1)施工参数监控，包括排量、泵压、砂比等由仪表车直接显示和控制。
(2)压裂质量监测：分别监测混砂车出、入口压裂液(携砂液)的流变性、温度、pH值等参数，对压裂液流变性，特别是加入各种添加剂后的性能以及携砂能力进行定量分析，常用的仪器为范氏系列粘度计，并在模拟剪切和地层温度条件下模拟整个施工过程。对于延缓硼交联压裂液和延缓释放破胶剂体系，矿场实时监测更为重要。
(3)实时压力分析：根据测定的施工参数和压裂液参数用三维压裂模拟器预测井口或井底压力，并与实际值进行拟合，预测施工压力变化(泵注和闭合期间)和裂缝几何形状。主要用途如下：①识别井筒附近的摩阻影响(射孔和井筒附近裂缝的弯曲)，并能定性判断其主要影响因素，判断井筒附近脱砂的可能性；
②评价压裂设计可信程度：如果施工压力与矿场实时预测压力相吻合，则设计的裂缝几何形状是可信的；
③预测砂堵的可能性；
④确定产生的水力裂缝几何形状；
⑤提供施工过程的图像和动画信息。
随着便携式计算机的发展，矿场实时分析在矿场上得到了广泛应用，除GRI外，其它石油公司也都相继研制和发展了这套系统。在实际应用中，经常与小型压裂测试分析结合应用。9、FASTFrac压裂管柱
贝克石油工具公司新近开发出一种连续油管压裂系统—FASTFrac压裂管柱，用于对先前未处理到的层位进行选择性的压裂，从而获得比常规压裂更高效、更经济的压裂效果。应用该技术能一趟管柱实现多层隔离与措施，从而降低了修井作业成本，节省了完井时间。由于该连续油管传送系统能保证高比重压井液不接触生产层，使完井和增产措施均不造成油井伤害，从而快速实现生产优化。FASTFrac工具与Auto-J系统组成一个整体，Auto-J系统的作用是保证连续油管将压裂管柱送入或从井筒中起出。措施时，上部封隔元件和下部封隔元件能隔离一个或多个生产层。一旦第一次措施完毕，系统就复位并重新设置，下入另一个生产层。无
论是FASTFrac封隔器和桥塞系统，还是固定跨式双封隔器系统均能对过去遗漏的小型袋状油气藏实施经济高效的增产措施。
10、新型CK FRAQ压裂充填系统
贝克石油工具公司新近研制成功新型CK FRAQ系统，该系统由多个高性能井下工具组件组成，尤其适用于极高流速和高砂比条件下。在应用软件的辅助下，CK FRAQ系统可以对压裂充填作业（用陶瓷支撑剂）中泵的排量和容量进行优化，同时还可以将卡泵和套管腐蚀风险降至最低。经过大量模拟和小规模室内实验，该工具被应用于现场。人们还通过小规模室内试验，对工具转向孔的几何形状进行了评估，目的是找出哪种几何形状的转向孔遭遇的腐蚀最轻。此外，还进行了样机试验，以确保尽可能地延长套管的使用寿命。
贝克石油工具公司称，从毁坏性对比试验中可以看出，CK FRAQ系统的各种性能都胜过其它竞争产品。
优化水力压裂设计
优化水力压裂设计技术包括以下4个方面。
1、预测裂缝长度和裂缝导流能力
首先用油藏动态模拟器预测不同的裂缝长度和裂缝导流能力可望达到的油气产量，用所测得的数据建立起裂缝长度和净收益之间的关系，确定达到不同裂缝长度和导流能力所需的费用，最大限度地提高经济回收总额。最经济的压裂优化的主要因素之一是使裂缝特性和地层性质之间达到适当的平衡，一般认为渗透率高的储层也需高导流能力的裂缝，但裂缝长度相对要求不太长。
2、压裂参数设计
影响压裂效果的因素很多，搞好压裂设计的基础是参数设计，也是压裂能否成功的先决条件。目前还不能完全人为地控制裂缝在地层中的延伸状态，但可以人为地选择适当的压裂液、支撑剂等压裂材料的类型、数量、泵入速度。准确控制储层裂缝长度、宽度、裂缝的导流能力、缝高、方位、形状等的方法目前仍处于实验阶段。
优化水力压裂设计的关键参数为：支撑裂缝几何形状和导流能力，井口施工条件和生产管柱尺寸，岩石力学性质和地应力分布，压裂液粘度和滤失性，前置液和支撑剂浓度，排量和施工压力等。
3、压裂数学模型设计
近年来压裂设计水平的提高突出地表现在数学模型的发展和应用上，人们发展和应用了水力压裂的三维数学模型。简单的二维模型，事先人为地假定了裂缝的高度，并认为裂缝的高度在压裂过程中保持不变。裂缝几何尺寸是按线弹性二维计算，流体在裂缝中的流动按一维计算。典型的二维模型有:适应裂缝长而窄，要求缝长远大于缝高的PKN模型；适应裂缝较短较宽，要求缝高大于缝长的KGD模型。这两种模型均不符合现场实际压裂条件。在实际的压裂过程中，缝高和缝长在同时增加，不可能保证缝高不变，所以人们开始了拟三维模型的实验研究，它是利用简化的三维裂缝模型的概念发展起来的，可以计算出裂缝在X-Y-Z方向的
三维扩展。在计算方法上采用了二维的线弹性扩展或二维的流体流动，有的采用了一维的流体流动，多采用了PKN模型作为缝长的延伸，KGD模型作为缝高的延伸，就是利用两个二维模型计算出三维的扩展，可以近似地预测出裂缝的几何形状，现已为现场广泛采用。全(真)三维模型是根据平衡裂缝的线弹性方程和裂缝平面内的三维流体流动发展起来的。大多使用应力强度因子和裂缝前缘的几何形状，伴之以三维流体流动来模拟裂缝的延伸过程。
4、压裂数学模型应用研究
国外压裂数学模型在现场得到广泛的应用，它可用于现场各种不同的场合和条件，如裂缝在油层和具有地应力差的相邻层中的扩展分析，地应力和静水压力梯度对控制裂缝垂向扩展的作用，停泵后裂缝的进一步扩展，从微形压裂试验中估计地层渗透性能，不同类型压裂液交界面的位置变化以及支撑剂在缝内的分布等。根据不同的用途和目的，国外各石油公司或服务公司都有自己研制的全三维或拟三维压裂模型和软件，例如Shell公司的ENER FRAC，Meyer & Assocs公司MFRAC，Reservoir engineering system(RES)公司的FRACPRO，Schlumberger公司的FRAC HIT等。全三维压裂软件有：Trra Tek inc公司的TERRAFRAC，Marathon oil公司的GOHFER，Lekig University的HYFRAC 3D等。
压裂液技术进展
1、低聚合物压裂液
BJ作业公司开发了一种称作Vistar的新型特低聚合物压裂液。它由聚合物、缓冲剂、交联剂及破胶剂4种主要成分组成。聚合物是一种高屈服点的羟甲基胍胶(HY—CMG)，即一种单独的胍胶衍生物。其聚合物的含量是常规聚合物压裂液的1／2；利用聚合物与金属基交联剂的交联提高粘度；工作温度93～121℃；粘度限制在400mPa·s／100s-1，这样就可获得长且细的裂缝，而不像用硼酸基凝胶液获得的那种短而粗的裂缝。虽然这种压裂液的粘度比较低，但其悬砂能力还是很适合携带含量比较高的支撑剂。通过在现场的400次作业，获得了理想的缝长和较彻底的清洁返排。
其优点为：
(1)能造成理想的裂缝长度；
(2)成本较无聚合物压裂液的低；
(3)比常规交联胍胶压裂液的用量要少1／2，返排更好；
(4)降解聚合物的伤害减少。
缺点是在砂粒充填时，仍有轻微的伤害。虽然破胶剂能够有效地降低聚合物的分子量，从而减小液体的粘度，但裂缝中依然含有部分的可削弱导流和排液能力的聚合物。
这种压裂液在美国犹他州Wasatch地层（低孔、低渗储层）中应用取得了很好的效果。
2、能提高油气井产量的低胍胶硼酸盐压裂液
北美洲石油与天然气公司已经通过减少硼酸盐交联的压裂液的浓度来提高原油产量。许多公司采用硼酸盐交联的压裂液，因为这种体系能够产生高粘度，在剪切条件下重新愈合和形成，并且是以天然存在的廉价的硼酸盐为主要成分。硼酸盐液体对剪切不敏感，交联是可逆的。
降低胍胶浓度的目的是为了减少对油层的损害，并且为压裂后更彻底地排液创造条件。其它研究工作已经表明，彻底排液和减少支撑剂的堵塞可以创造更好的裂缝导流能力并提高产量。低胍胶硼酸盐压裂液是淡水与胍胶的混合物，并且由单一的缓冲－交联液所交联。采用缓冲剂可以简化配制工作。因为体系中减少了30%～40%的胶体，所以压裂后在油层内仅留下较少的胶体和不溶残渣。实际应用表明，在压裂后3个月的生产中，石油公司增加净现值43000美元。
3、HMP优质水基压裂液
哈里伯顿的微聚合物服务公司研制成功一种优质水基压裂液（HMP），该压裂液易回收且可重复使用多次。HMP基于一种短链聚合物，该聚合物在制造过程中经过化学剪切，最终比原聚合物短20～30倍。压裂液中添加有硼酸盐交联剂。泵送停止后，在储集岩天然酸性的作用下，压裂液得以有效破胶。返排液可重新使用。
该公司称，HMP具有以下特点：可重复使用，从而节省资金并减少水的用量，解决了水处理问题；裂缝长度增加3～5倍，产量和总储量增加幅度与之相当；排液效率翻番，并且无需使用破胶剂；携带支撑剂的能力增强，压裂液滤失量降低。
由于该压裂液泵送后能够自然破胶并恢复其原始粘度，因此，无需驱替支撑剂，压裂液就可以自由地返排到井筒中，然后再回收、过滤和重新使用。采用处理过的HMP进行后续增产作业不仅经济，而且有效。这一特点使得HMP尤其适用于遥控作业。
今后的发展方向
1、随着水力压裂施工的要求越来越高，对压裂液和支撑剂的性能要求也越来越高，因此必须加强高性能压裂液和支撑剂的研究与开发。
2、开展有效的裂缝检测技术研究。目前压裂后裂缝的检测技术仍然是水力压裂技术的一个薄弱环节，国内外采用的检测方法虽然取得了一定的成效，但还有很大的局限性，还需要进一步的研究。
3、在中高渗透地层中应用端部脱砂压裂技术，扩大水力压裂技术的应用范围。
4、发展矿场实时监测和分析技术，提高施工的成功率和有效率。
国内外水力压裂技术现状及发展趋势 国内外水力压裂技术现状及发展趋势 1. 水力压裂技术的概述 水力压裂技术是一种用于释放和采集地下岩石中储存的天然气或石油的方法。该技术通过高压水将岩石破碎，使储层中的油气能够流动到井口并采集出来。水力压裂技术的应用范围广泛，已经成为当今油气勘探和生产领域不可或缺的重要工艺。 2. 国内水力压裂技术的发展 2.1 技术进展 近年来，中国在水力压裂技术领域取得了长足的进展。国内开展了一系列水力压裂试验和生产实践，并不断优化了水力压裂液的配方和压裂参数，提高了技术效果。目前，国内已经具备了一定的水力压裂能力，大规模商业化的水力压裂项目也在逐渐增加。 2.2 技术挑战 然而，国内水力压裂技术仍面临一些挑战。由于我国地质条件复杂多样，水力压裂参数的优化和设计仍需进一步完善。水力压裂过程中对水和化学药剂的需求量较大，对水资源的消耗和环境影响也需要引起重视。国内水力压裂技术在环保、安全等方面的标准和规范也亟待完
善。 3. 国外水力压裂技术的现状 3.1 技术领先 相比之下，国外水力压裂技术相对更为成熟和领先。美国作为全球水 力压裂技术的发源地和领导者，已经积累了丰富的经验和技术。加拿大、澳大利亚、阿根廷等国家也在水力压裂技术领域取得了显著进展。 3.2 发展趋势 在国外，水力压裂技术正朝着更高效、可持续的方向发展。技术创新 持续推动着水力压裂技术的进步，如改良水力压裂液配方、增加试验 参数、提高水力压裂设备效率等。另注重环境保护和社会责任意识也 推动了水力压裂的可持续发展，包括减少用水量、降低化学品使用、 加强废水处理等。 4. 对水力压裂技术的观点和理解 4.1 技术应用前景广阔 水力压裂技术作为一种有效的油气勘探和生产工艺，具备广阔的应用 前景。随着全球能源需求的增长和传统资源的逐渐减少，水力压裂技 术有望成为我国能源领域的重要支撑。 4.2 重视技术创新和可持续发展 为了更好地推动水力压裂技术在国内的应用，我们应加大技术创新力
水力压裂分布式光纤传感联合监测技术研究进展 隋微波;温长云;孙文常;李俊卫;郭欢;杨艳明;宋佳忆 【期刊名称】《天然气工业》 【年(卷),期】2023(43)2 【摘要】水力压裂分布式光纤传感监测技术已成为非常规储层开发的重要技术之一,为使业界进一步明确和了解不同类型传感技术的物理机理、技术特性和理论模型,促进该技术更加快速有效地推广和应用,本文针对分布式温度传感(DTS)、分布式声波传感(DAS)和基于瑞利频移的分布式应变传感(DSS-RFS)3种技术在水力压裂监测中的应用情况,从不同传感技术的物理机理和主流安装方式出发,系统地总结分析了各类传感技术现场应用的典型案例和技术特点,以及对应的监测解释理论模型的研究现状。最后结合水力压裂监测矿场实验的最新实例,总结了未来开展水力压裂分布式光纤联合监测的技术思路。研究结果表明:(1)水力压裂分布式光纤传感联合监测技术能够在压裂工艺设计、裂缝扩展反演、邻井干扰监测和压后效果评价等诸多方面提供重要的实时数据和解释结果,不同类型传感器所对应的理论模型有不同程度的发展;(2) DTS本井温度监测是水力压裂光纤监测和评价的重要组成部分同时具有一定程度的多解性,DAS邻井应变率监测和DSS-RFS本井应变监测能够直接反馈裂缝扩展和裂缝演化过程中的相关应变,今后将成为水力压裂裂缝评价的重点发展领域;(3)分布式光纤传感技术在未来的有效应用除了需要发展更加准确高效的机理模型外,同时也有赖于大数据处理和深度学习算法与之高度融合,从而实现监测过程的数据筛选、模式识别和关键参数的快速反演。结论认为,科学有效地设计和采用多种分布式光纤传感对水力压裂过程和压后生产过程进行联合监测和数据分析解释,可在很大程度上实现压裂液/支撑剂分布、暂堵转向、级间干扰、压裂冲
1端部脱砂压裂技术（TSO） 随着油气田开采技术的发展和多种工艺技术的交叉综合运用，压裂技术应用范围已不再局限于低渗透地层，中高渗透地层也开始用该技术提高开发效果。当压裂技术应用于中高渗透性地层时，希望形成短而宽的裂缝，并尽可能地将裂缝控制在油气层范围内。为了适应这一特殊的要求，国外于20世纪80年代中期研制开发了端部脱砂压裂技术，并很快应用于现场，目前国内也开展了这方面的研究，并取得了很大的进展。 （1）端部脱砂压裂的基本原理 端部脱砂压裂就是在水力压裂的过程中，有意识地使支撑剂在裂缝的端部脱砂，形成砂堵，阻止裂缝进一步向前延伸；继续注入高浓度的砂浆后使裂缝内的净压力增加，迫使裂缝膨胀变宽，裂缝内填砂浓度变大，从而造出一条具有较宽和较高导流能力的裂缝。端部脱砂压裂成功的关键是裂缝的周边脱砂，裂缝的前端及上下边的任何部分不脱砂都不能完全达到预期的目的。 端部脱砂压裂分两个不同的阶段。第一阶段是造缝到端部脱砂，这实际上是一个常规的水力压裂过程，目前的二维或三维模型都可以应用。第二阶段是裂缝膨胀变宽和支撑剂充填阶段，这一阶段的设计是以物质平衡为基础，把第一阶段最后时刻的有关参数作为输入参数来完成的。 （2）端部脱砂压裂的技术特点 在端部脱砂压裂技术中，压裂液的粘度要满足两方面的要求：一是保证液体能悬砂，二是有利于脱砂。若压裂液的粘度过低，液体内不能保证悬砂，裂缝的上部就会出现无砂区，达不到周边脱砂的目的，在施工过程中也容易导致井筒内沉砂。若压裂液的粘度过高，滤失就会较慢，难以适时脱砂。所以端部脱砂压裂技术对压裂液的粘度要求比常规压裂液的要严格一些。 和常规压裂相比，端部脱砂压裂技术的泵注排量要小，这是为了减缓裂缝的延伸速度，控制缝高和便于脱砂。前置液的用量也比常规压裂少，目的是使砂浆前缘能在停泵之前到达裂缝周边。而端部脱砂压裂的加砂比通常高于常规压裂，以提高裂缝的支撑效率。 （3）端部脱砂压裂的适用范围 端部脱砂压裂技术的突出特点是靠裂缝周边脱砂憋压造成短宽缝，因此只能在一定的条件下使用。主要用于浅层或中深地层(能够憋压地层)、高渗透或松软地层以及必须严格限制缝高的地层。 2、重复压裂技术 重复压裂技术是改造失效井和产量已处于经济生产线以下的压裂井的有效措施。美国对重复压裂技术的理论研究、工艺技术和矿场应用都作了大量有成效的工作。如美国的Rangely油田在891口井上作业1700多次，许多井压裂达4次之多，重复压裂成功率达到70％～80％。North westbark unit油田在重复压裂作业时采用先进的强制闭合技术和端部脱砂技术，取得了很好的经济效益。重复压裂可用来改造低、中渗透地层；适用于常规直井、大斜度井和水平井。 (1)选井原则 根据油井生产史、地层评价结果及开发动态综合分析进行选井。 ①油井必须有足够的剩余可采储量和地层能量； ②前次压裂由于施工方面的原因造成施工失败； ③前次压裂生产情况良好，压裂未能处理整个油层或规模不够； ④前次压裂后效果不错，但未给整个措施段提供有效支撑，采取重复改造措施，改善出油剖面。 (2)工艺技术 重复压裂一般要求比初次压裂有更高的导流能力。 ①采用高砂比压裂技术形成高导流能力裂缝； ②采用强制闭合技术使改造段达到最大充填。 使用的压裂液有各种类型(硼交联HPC、胍胶、钛交联HPC等)，一般用柴油(5％～50％)或能降解的聚合物作防滤失剂，支撑剂粒径从20／40目至12／18目不等。 3、裂缝检测技术
油气开采中的水力压裂技术研究及应用 水力压裂技术，是一种利用水或其他压缩介质对岩层进行注入 并形成裂缝，从而使地下气体、原油等资源能够顺利流出地面的 技术。自二十世纪七十年代进入人们的视野以来，水力压裂技术 在国内外的油气开采中得到越来越广泛的应用，成为一项极具前 景并备受关注的技术手段。那么，为何水力压裂技术能够在油气 开采中如此受到大家的欢迎和认可呢？今天，我们就来一探究竟。 一、水力压裂技术的优势 1、适用范围广：水力压裂技术能够适应各种不同类型的岩层，包括致密砂岩、页岩、煤层气等。由于能够从地下深处提取出可 用资源，因此水力压裂技术在能源领域的应用广泛，被誉为能源 产业的一员。 2、提高了油气开采效率：传统的油气开采方式效率低下，只 能提取部分可用资源，而水力压裂技术则可以把地下被困住的资 源都释放出来。通过注入高压流体，可以使岩层产生裂缝，增加 储层的通透性，提高了油气的开采率。一项研究表明，美国采用 水力压裂技术，每天可获得约五百万桶的油和天然气，为该国提 供了重要的能源支撑。 3、减少了环境污染：水力压裂技术相对于传统的油气开采方式，可以让气体和原油更直接地流到地面，减少了可能产生的地
下难以发现的泄漏和污染。虽然水力压裂技术本身也存在一些环 境问题，如地震风险等，但在恰当的条件下进行，它能够帮助减 少对环境的负面影响。 二、水力压裂技术的具体操作过程 在了解水力压裂技术优势的基础上，我们深入探究一下它是如 何操作的。 1、注水管具备渐进性：从地面通过专门的管道将水流注入到 地下裂隙中，使岩层开始渗漏。 2、压裂液的制备工艺：压裂液通常由水、沙子、粘土和化学 添加剂组成，其中沙子是为了防止岩层过度裂开，化学添加剂则 可以帮助减缓水的黏度并使粘土更容易与岩石结合。还有其他的 添加剂用于抑制气体溢出和防止水垢等问题。 3、添加化学物质：为了使压裂液更加适合与岩石结合，添加 剂中常使用丙烯酸类物质来填补裂隙。然后在岩层中注入高压止 水措施来增加其中心腔的压力。 4、检测岩石变化:在鳞片夹层和裂隙内注入油、水或沥青，以 进行深度测量，确定是否达到了期望的分裂程度。为了使压裂液 更加适合与岩石结合，添加剂中常使用丙烯酸类物质来填补裂隙。然后在岩层中注入高压止水措施来增加其中心腔的压力。 三、水力压裂技术的研究进展
压裂液技术现状与发展趋势 压裂液技术，即水力压裂技术，是一种应用于页岩气、煤层气等非常 规气源开采中的关键技术。它通过将大量高压水泵送至深部岩石中，产生 强大的压力，使岩石发生裂缝，从而提高气体流通性，促进气体的释放与 采集。本文将从技术现状与发展趋势两个方面对压裂液技术进行探讨。 一、技术现状 1.压裂液配方：目前，常用的压裂液配方主要包括水、粘土矿物、添 加剂和控制剂等。水是压裂液的主体，占总体积的70%以上，常用的水源 是地表水和淡水。粘土矿物主要用于维持压裂液的黏度和稳定性。添加剂 如增稠剂、降解剂等用于改善液体流动性能，控制剂则主要用于调节压裂 液的性能与效果。 2.压裂液泵送技术：压裂液泵送技术是实现压裂液高效输送的关键。 目前常用的泵送技术包括高压泵、齿轮泵、隔膜泵和柱塞泵等。高压泵是 最常用的泵送设备，其具有泵送流量大、压力高、结构简单等优点，但能 耗较大。隔膜泵则是一种节能型泵送设备，其通过隔膜的周期性振动，实 现压裂液的泵送。 3.施工技术与工具：压裂液的施工技术包括固井施工、射孔施工、水 力压裂施工等。常用的施工工具包括固井管、射孔弹、水力压裂装置等。 施工工具的研发与改良对提高压裂液的施工效果和采气效率具有重要意义。 二、发展趋势 1.绿色环保化：近年来，压裂液技术在环保方面存在一些问题，如废 水排放、地下水污染等。未来的发展趋势将更加关注绿色环保，研发低污染、高效、可回收利用的压裂液技术。
2.高效低耗能：随着油气资源的逐渐枯竭，对压裂液技术的要求也越来越高。未来的发展趋势将注重提高压裂液技术的效率和降低能源消耗，通过改进泵送技术、配方优化等手段实现高效低耗能。 3.智能化与自动化：随着科技的不断发展，压裂液技术也将朝着智能化、自动化方向发展。智能化技术可以实现对压裂液的自动控制和监测，提高施工效率和精确度。 4.全球化合作：压裂液技术在世界范围内得到广泛应用，特别是美国页岩气革命的推动下，国际合作和经验交流日益重要。未来的发展趋势将更加注重国际合作，通过共享技术和资源，推动压裂液技术的发展。 综上所述，压裂液技术在非常规气源开采中具有重要地位。随着能源需求的不断增长和技术的不断进步，压裂液技术将不断发展，实现绿色环保、高效低耗能、智能化与自动化，推动全球范围内的合作与交流。
煤矿井下钻孔高压水力压裂技术研究与应用研究报告 1. 引言 煤矿井下钻孔高压水力压裂技术是一种通过利用高压水将 岩层破碎以提高煤矿开采效率的方法。本研究旨在对这一技术进行深入研究，并探索其在实际应用中的潜在效益。 2. 研究背景 煤矿开采过程中，传统的机械采矿方法在某些复杂岩层条 件下存在效率低下的问题。钻孔高压水力压裂技术作为一种新兴的开采方法，被认为能够显著提高煤矿的开采效率。 3. 技术原理 3.1 高压水力压裂原理 高压水力压裂技术利用高压水通过钻孔进入岩层，形成高 压水射流。高压水射流对岩层施加压力，导致岩层破碎。通过不断重复压裂操作，可以将煤层有效地破碎。 3.2 技术流程 矿井井下钻孔高压水力压裂技术一般包括以下流程： 1. 钻孔：选择合适位置进行钻孔，通过钻孔设备将钻孔深入到目标煤层。 2. 压裂液的配制：根据煤层的特性和压裂需要，选取合适的压裂液成分和浓度。常见的压裂液成分包括水和添加剂等。 3. 高压水射流压裂：将压裂液通过钻孔注入到煤层中，通过高压水射流将煤层进行压裂。 4. 压裂效果评估：通过对压裂后的煤层进行评估，判断压裂效果是否满足预期。 4. 技术优势 煤矿井下钻孔高压水力压裂技术具有以下优势： - 提高煤 矿开采效率：通过将煤层破碎，增加煤层与水的接触面积，提
高了煤层的可开采性。 - 减少煤尘产生：钻孔高压水力压裂 技术采用水力破碎岩层，相比传统机械破碎方法，能够有效减少煤尘的产生，改善井下工作环境。 - 降低能耗：相比传统 机械破碎方法，钻孔高压水力压裂技术在能耗方面有一定的优势，因为其主要依靠高压水射流进行破碎。 5. 应用案例 5.1 煤矿井下开采 煤矿井下钻孔高压水力压裂技术广泛应用于煤矿井下的煤 炭开采过程。通过在煤层中进行钻孔并施加高压水射流，可以显著提高煤炭的采取率与产量。 5.2 土壤改良 除了煤矿开采外，钻孔高压水力压裂技术也可以应用于土 壤改良领域。通过在土壤中进行钻孔并施加高压水射流，可以改良土壤的结构和渗透性，提高土壤的可利用性。 6. 技术挑战与前景 6.1 技术挑战 煤矿井下钻孔高压水力压裂技术在应用过程中仍然存在以 下挑战： - 钻孔深度限制：由于井下环境的限制，钻孔深度 受到一定的约束，需要钻机具备足够的灵活性和适应性。 - 压裂液配制和注入：压裂液的成分和浓度选择对压裂效果具有重要影响，如何根据不同的煤层条件进行合理的压裂液配制和注入是一个挑战。 - 压裂效果评价方法：如何准确评估压裂 效果，以便优化操作方案和提高效率也是一个挑战。 6.2 技术前景 尽管煤矿井下钻孔高压水力压裂技术目前仍面临一些挑战，但其在煤炭开采和土壤改良领域的应用前景仍然广阔。随着技
天然气井的水力压裂技术及其效果分析 一、概述 天然气井水力压裂技术是通过人工将大量压力水注入井下，以 控制良好条件下的压力释放和裂缝扩张，从而提高天然气采集效率。目前，天然气行业井数逐年增加，天然气井的水力压裂技术 在采气过程中起着举足轻重的作用。本文将介绍天然气井水力压 裂技术及其效果分析。 二、天然气井水力压裂技术的原理 水力压裂技术是指通过泵注的压力，将液体(建议使用水)注入 井底，通过一定的压力控制，裂缝从井底向井壁扩张，达到破碎 地层、增大岩石孔隙度的目的，进而释放岩石中的天然气，增加 采气效率。随着现代技术的发展，现如今的地质勘探已经采用了 尖端的压裂技术，并开展了相应的研发活动，以适应不断变化的 天然气井采掘需求。 三、天然气井水力压裂技术的优点 1. 提高天然气采集效率：压裂可以使天然气沉淀体积变大，从 而提高采集效率。 2. 增加天然气储备：通过压裂技术，能够发挥天然气储藏潜力，为能源储备提供技术支持，从而为国家经济的快速发展提供稳固 基础。
3. 节约能源成本：采气过程中，不同的采气方式所造成的成本差异不容忽视。而水力压裂技术采气效率高、节约成本而成为行业热门。 四、天然气井水力压裂技术的劣势 1. 压制达不到预期效果：尽管现代压裂技术已经发展多年，但压制成果仍然无法完全预测，无法保证达到预期效果。 2. 环境影响：水力压裂技术会释放很多有害物质，这些物质可能对周围环境造成不利影响。 3. 停机时间：压裂过程会停机2-3天，造成资源浪费和采气效率低下。 五、天然气井水力压裂技术的应用 水力压裂技术广泛应用于提高天然气采集效率，如美国等国家已经广泛使用。此外，中国也在积极探索水力压裂技术的应用。 六、天然气井水力压裂技术的效果分析 水力压裂技术的效果取决于几个因素，其中最为关键的是压力和研究区域的地质情况。研究显示，水力压裂技术可以显著提高天然气探采可能性，但其成果仍有不确定性。 七、结论
高压脉动水力压裂增透机理与技术 高压脉动水力压裂增透技术在能源领域的应用与探讨 高压脉动水力压裂增透技术是一种新型的能源开采技术，其应用范围涵盖了石油、天然气等重要能源领域。这种技术的研发与应用对于提高能源采收率、降低开采成本具有重要意义，因此备受业界。本文将对高压脉动水力压裂增透技术的机理与技术原理进行深入探讨，以期为该技术的进一步发展和应用提供参考。 高压脉动水力压裂增透技术的研究始于20世纪90年代，经过几十年的发展，已经在国内外得到了广泛应用。在理论研究方面，学者们针对高压脉动水力压裂的应力场、流体力学等方面进行了大量研究，提出了许多重要的理论模型和计算方法。同时，在实践应用方面，高压脉动水力压裂技术在提高石油、天然气采收率方面也取得了显著成效。高压脉动水力压裂增透的机理主要包括应力场和流体力学两个方面 的因素。在应力场方面，高压脉动水力压裂通过产生周期性的压力波动，改变了地层的应力状态，从而诱导地层产生裂缝。在流体力学方面，高压脉动水力压裂过程中产生的压力波动会引起地层中的液体流动，从而促进裂缝的扩展和连通。
高压脉动水力压裂增透技术的原理主要是通过一定的设备仪器产生高压脉冲波，作用于地层，从而实现对地层的压裂和增透。具体来说，该技术的主要设备包括脉冲发生器、压力泵、水力喷枪等。脉冲发生器产生高压脉冲波，压力泵将水力喷枪中流出的水或其他液体进行加压，使其具有较高的冲击力，从而在地层中形成裂缝。同时，这些设备还可以通过一定的技术手段对脉冲波的频率、幅度、作用时间等参数进行调节，以满足不同地层和不同工程需求。 高压脉动水力压裂增透技术在石油、天然气等领域的应用已经得到了广泛认可。在石油领域，该技术成功应用于大庆、胜利等油田，有效提高了采收率。在天然气领域，高压脉动水力压裂增透技术也应用于多处气田的增产改造。该技术在页岩气、致密气等非常规天然气资源开发中也发挥了重要作用。 高压脉动水力压裂增透技术作为一种新型的能源开采技术，已经在石油、天然气等领域得到了广泛应用，并在提高能源采收率和降低开采成本方面取得了显著成效。然而，该技术的发展仍存在一定的挑战和问题，如设备仪器的可靠性、脉冲波参数的优化调节等。未来，需要进一步加强对高压脉动水力压裂增透技术的理论研究和实践应用探索，为能源领域的可持续发展提供更有效的技术支持。
水力压裂技术研究现状及发展趋势 一、引言 水力压裂技术是一种通过高压水将岩石裂开的方法，以便在其中注入液体或气体。该技术广泛应用于石油和天然气勘探和生产领域。本文旨在通过对水力压裂技术的现状和发展趋势进行研究，以了解该技术的最新进展和未来发展方向。 二、水力压裂技术的基本原理 1.1 原理介绍 水力压裂技术是一种将高压水注入地层中，以产生足够的裂缝来释放储层中的天然气或石油的方法。该技术可以通过在井口附近钻孔并注入高压水来实现。当高压水进入地层后，它会向外扩张，并在地层中形成裂缝。这些裂缝可以增加储层中可供采集的天然气或石油量。 1.2 水力压裂技术的主要步骤 （1）井口附近钻孔；
（2）注入高压水； （3）形成地层中的裂缝； （4）释放储层中的天然气或石油。 三、水力压裂技术的现状 2.1 技术应用范围 水力压裂技术广泛应用于石油和天然气勘探和生产领域。在美国，该技术已被广泛应用于页岩气和页岩油的开采。 2.2 技术发展历程 水力压裂技术最早是在20世纪40年代开发出来的。当时，该技术主要用于增加储层中可供采集的天然气或石油量。随着时间的推移，该技术得到了不断改进，并被广泛应用于各种类型的储层中。 2.3 技术优势和不足之处 水力压裂技术具有以下优势：
（1）可以提高储层中可供采集的天然气或石油量； （2）可以增加能源产量； （3）可以减少对进口能源的依赖； （4）可以创造就业机会。 但是，该技术也存在一些不足之处： （1）可能会对环境造成负面影响； （2）可能会导致地震活动； （3）可能会对地下水资源造成污染。 四、水力压裂技术的发展趋势 3.1 技术改进和创新 随着技术的不断发展，水力压裂技术将继续得到改进和创新。例如， 可以通过改变注入液体的化学成分来提高效率，并减少对环境的影响。
论油水井修井作业技术现状与发展趋势研究 油水井修井作业技术是石油工业中至关重要的一部分，它直接关系到油田的产能和开采效率。随着石油资源的逐渐枯竭，油水井修井作业技术的研究和发展变得尤为重要。本文将对油水井修井作业技术的现状和发展趋势进行研究，以期为相关领域的研究人员和工程师提供参考。 一、油水井修井作业技术现状 1. 传统修井作业技术 传统的油水井修井作业技术主要包括水平井、多级水力压裂、水平井段压裂等。这些技术在一定程度上能够满足油田的开采需求，但是在高渗透、高含水或者复杂地层条件下效果并不理想，且存在作业周期长、成本高等问题。 2. 先进修井作业技术 随着科技的不断进步，一些先进的修井作业技术逐渐被引入到油水井修井作业中。水力压裂技术的不断改进，使得在复杂地层中也能够取得较好的效果；水平井段压裂技术的应用使得储层开采更加高效；多点定向钻井技术的发展使得井筒构造更加复杂的情况下也可以进行修井作业。这些先进技术的应用，使得油水井修井作业的效率和效果得到了提升。 二、油水井修井作业技术发展趋势 1. 碳酸盐沉淀技术的应用 现代技术的发展，为油水井修井作业带来了更多的选择。对于高含水油田，采用碳酸盐沉淀技术可以减少水在油藏中的移动能力，提高油的采收率。碳酸盐沉淀技术有望在油水井修井作业中得到更广泛的应用。 2. 化学增强采收技术的研究 传统的水力压裂技术虽然可以有效提高油田的产能，但有可能引起环境问题和地震风险。对化学增强采收技术的研究成为了一个热点。通过向油藏中注入化学物质，改善油水井修井作业的条件，提高采油效率，这一技术有望在未来得到更广泛的应用。 3. 智能化技术的应用 智能化技术在各个行业都得到了广泛的应用，油水井修井作业也不例外。智能化技术可以提高作业的自动化程度和精准度，减少人为因素的干扰，降低作业成本。利用物联网
中国煤层气压裂技术应用现状及发展方向 一、引言 煤层气压裂技术是煤炭开采中的一项重要技术，其应用可以有效地提高煤层的渗透性，增加煤炭的产量，提高开采效率。本文将就中国煤层气压裂技术的应用现状及发展方向进行探讨。 二、高效增产技术 1.水力压裂技术 水力压裂技术是一种常用的煤层气压裂技术，其基本原理是通过高压泵将压裂液注入煤层，利用压裂液的流动压力使煤层产生裂缝，再通过支撑剂的填充，提高煤层的渗透性。在中国，此技术已广泛应用于煤炭开采，并取得了良好的增产效果。 2.气体压裂技术 气体压裂技术是一种新型的煤层气压裂技术，其基本原理是通过注入气体（如二氧化碳、氮气等）在煤层中形成高压，从而产生裂缝。此技术的优点是可以有效降低对地层的伤害，提高采收率。目前，此技术在中国的应用尚处于试验阶段，但未来有望得到广泛应用。 三、排采技术 1.自动排采技术 自动排采技术是一种先进的煤层气压裂技术，其基本原理是通过自动化设备进行排采，实现连续、自动的开采。此技术的优点是可以提高开采效率，降低人工成本。目前，此技术在中国的应用尚处于探索阶段，但未来有望得到广泛应用。
2.智能排采技术 智能排采技术是一种基于物联网技术的煤层气压裂技术，其基本原理是通过传感器对煤层进行实时监测，根据监测数据调整排采参数，实现高效、安全的排采。此技术的优点是可以提高开采效率，减少人工干预，降低事故发生率。目前，此技术在中国的应用尚处于起步阶段，但未来有望得到快速发展。 四、发展方向 1.高效增产技术的进一步发展 随着煤炭开采技术的不断提高，高效增产技术将成为未来煤层气压裂技术的重要发展方向。对于水力压裂技术，需要进一步研究新型的压裂液和支撑剂，提高压裂效果和采收率；对于气体压裂技术，需要进一步研究气体的注入方式和压力控制，实现更好的裂缝诱导和采收率提高。 2.排采技术的智能化和自动化 随着自动化和智能化技术的不断发展，排采技术的智能化和自动化将成为未来煤层气压裂技术的重要发展方向。需要进一步研究基于物联网技术的传感器和控制系统，实现实时监测和智能控制；同时，需要开发更加高效、可靠的自动排采设备，提高开采效率和安全性。 3.环境保护和资源利用 在煤炭开采过程中，需要充分考虑环境保护和资源利用。对于煤层气压裂技术，需要研究新型的环保型压裂液和气体介质，减少对环境的污染；同时，需要加强资源回收利用技术的研究和应用，提高资
油田油水井压裂技术的发展现状 前言：上世纪50年代，美国提出"井网压裂"的建议。后期，前苏联进行了物模与油藏 数值模拟研究，进行了水力裂缝与井网系统组合。水力压裂技术是油气井、注水井增注的一 项重要技术措施。主要是利用高压索组将液体超过地层吸收能力的排量注入井中，在井底地 层中形成裂缝，裂缝逐渐向前延伸，在地层中形成具有一定长度、宽度及高度的填砂裂缝， 从而改善油气层的渗透性。 1.油田油水井压裂技术 1.1.油田油水井压裂技术增注机理 对于渗透性很好的储层，只要配注合理，完全不需要进行压裂或者酸化等措施，即可达 到注水要求；而对于渗透性比较差的储层，特别是受到伤害后，为了满足一定的注水量要求，仅仅通过酸化、补孔等措施不足解决问题，这时就需要采取压裂措施，而压裂后改变了注入 水的渗流特性，有效克服了＂压降漏斗＂的问题，比较容易达到降压注水或增注的目的。因此，水井压裂对低渗、特低渗是很有必要的。如果对水井进行压裂，即使支撑裂缝的长度很短，只要有一定的导流能力，那么井筒附近的压力损耗几乎是可忽略。假设支撑裂缝长度为20米，导流能力为10μm时简化的井底压力的变化情况。可以知道井筒附近的压力损耗很小，到地层深部由于不同位置与裂缝的关系不同，既有线性流，也有径向流，线性流的阻力小于 径向流，部分位置的流体的流动存在混合流现象。从井底压力来看，水井压裂后的井底拒力 远远低于不进行压裂时的径向流，也远低于酸化措施处理后的。因此，通过改变地层流油田 注水井足裂增注化理体从径向流到双线性流流动规律，即使是特低渗储层也是可容易实现水 井增注的。 1.2.影响低渗透油田压裂增注的主要因素 一般情况下，注水井出现欠注现象的主要原因包括：储层物性差，储层渗透率低，注水 井连通性差及注水水质波动等。通过对注水井进行压裂增注措施是提高低渗透油田注水开发 效果的一项有效措施。然而，有时压裂后并未得到理想效果。经研究表明，影响低渗透油田 压裂增注的主要原因包括压裂液伤害特性、储层物性、毛细管阻力、润湿性及驱动压力等。 2.压裂技术方向研究 2.1.合理参数优化研究 确定裂缝导流能力：压裂裂缝的导流能力对压后油井日产量和长期累积产油量及水井的 日注水量、累积注水量有较重要的影响，是评价压裂支撑裂缝的重要参数之一。裂缝导流能 力需要与储层物性相匹配，通常对于渗透性较低的储层，要求的导流能力稍低，而对于物性 较好的储层，要求的导流能力高一些，即＂低渗小导，高渗大导＂。导流能力的大小是由储 层的基本物性决定的，对目标井层进行计算时，可根据具体情况进一步进行优化，求得最佳 支撑裂缝的导流能力。加砂强度和平均砂液比：加砂强度、平均砂液比也是十分重要的参数。它们直接反映了压裂支撑裂缝中的砂体情况和裂缝的导流能力。压裂过程中的砂液比过低， 必然导致加砂强度低，支撑裂缝的支撑能力低，在长期生产过程中受到生产影响或岩石中孔 隙压为变化，支撑裂缝的导流能力容易丧失，失去高渗流特性，直接影响压裂效果。另外加 砂强度和砂液比低，不容易形成好的砂梯剖面，与储层流体渗流时对不同裂缝长度段对裂缝 的导流能力大小要求不一样不匹配，也就是说，从井筒到裂缝深处的导流能力应该越来越小，形成所谓的＂模形＂，才符合人工裂缝储层流体的渗流规律。因此应该优化出合适的砂液比 和加砂强度，才能保证储层流体具有好的渗流场，提高注水量。优化前置液：前置液是压裂 施工过程中的重要组成部分，具有正反两方面作用。适量的前置液可有效将地层压开，并使 裂缝延伸到理想位置。前置液量过大，虽有利于裂缝的延伸和支撑剂的运移，但压后不易排出，无论对支撑裂缝的导流能力，还是对储层的渗透率都有较大伤害，进而影响压裂效果；
水力压裂技术在页岩气开发中的应用研 究 摘要：页岩气储层通常具有低渗透性和小孔隙度的特点，所以需要进行压裂 改造才能获得更多的经济产量。本文探讨了目前国内外岩气开采和压裂所使用的 工具，并对水平井裸眼封隔器投球滑套分段压裂技术、泵送桥塞分段压裂技术和 水力喷射分段压裂技术的施工工艺进行了分析和比较。希望通过这些分析和比较，推动我国页岩气开采技术的进步 关键词：页岩气；水力压裂；复杂裂缝 一、引言 一些研究已经表明，在使用水力压裂技术开发页岩气时，需要考虑多种因素，包括水力压裂参数、岩石的物理特性、地表震动等。此外，还需要注意环境因素，比如地下水污染、甲烷泄漏等。虽然水力压裂技术在页岩气开发中有着广泛的应用，但也存在一些争议。部分人士认为，水力压裂过程会对环境造成严重的破坏，并且有可能引发地震等问题。因此，在使用水力压裂技术开发页岩气时，需要采 取一系列的措施来减少负面影响。 二、水力压裂技术简介 水力压裂技术是当代石油和天然气勘探开发中的重要手段之一，通常被应用 于钻采页岩气、致密天然气等深层油气资源。其主要通过高压液压石墨推入地下 含气层，将含气层岩石裂开，并在断裂中注入压裂液，以促进天然气的释放和采集。水力压裂技术主要包括钻井和注水系统两个部分。在钻井过程中，需要选择 合适的钻井位置、深度和方向，并配置合适的钻探设备和钻头，以确保钻井的精 确度和高效性。在注水系统中，需要将液态化的液压石墨和其他流体通过高压泵 推入井内，以压破井壁并注入岩层中。同时，注水压力和流量也需要在一定范围 内进行调整和控制，以使压力足以裂开岩石，但不会对环境造成过大的影响。
水力压裂技术通常发生在一个包含钻孔和注水管道的密闭环境内，这些管道 可以延伸数千米深，以便最大限度地利用油田资源。在深层岩层中进行水力压 裂的一个主要优点是，能够获得高产气流，因为这些层具有高渗透性和较大的储量。同时，水力压裂技术可以在较短的时间内释放大量的天然气，从而加快现代 化能源的生产率和可持续性。然而，水力压裂技术也存在一定的环境挑战和风险。水力压裂液通常包含化学品和有毒物质，可能会对地下锻造水和附近生态环境产 生负面影响。在岩石裂开的过程中，水力压裂也可能会引发地震，并可能导致地 下水的污染和排放。为了有效地管理这些环境影响，需要实行实时监测、科学规 划设计、综合影响评估等严格的管理措施和监测系统。 三、岩气开采和压裂工具 （一）裸眼封隔器投球滑套多级压裂技术 裸眼封隔器投球滑套多级压裂技术，简称ESF技术，是一种高效的压裂技术。它采用裸眼井筒、封隔器、投球、滑套等技术手段，在不需要管柱支撑的情况下，实现了高效压裂。ESF技术主要分为两个阶段：封隔器阶段和水力压裂阶段。在 封隔器阶段，通过机械化方式安装封隔器，并注入胶凝剂封堵井眼；在压裂阶段，利用高压泵注入水力石墨，从而裂开岩石，释放出天然气或石油。 ESF技术的优点在于可以缩短注水时间、提高泵送压力、减少用水量和工序 以及减少工人劳动强度。同时，由于不需要管柱支撑，可以大幅降低压裂成本和 时间，提高效率和利益。然而，ESF技术还存在一些不足之处。首先，该技术需 要使用高压泵和大量水力石墨等设备，在一定程度上会造成对水和环境的影响。 此外，封隔器、投球和滑套等器具的使用也需要技术储备和保养能力，增加了技 术门槛。 ESF技术可以通过优化约束和监管、减少对环境和水资源的影响、提高器具 的稳定性和使用寿命等手段，进一步推广和普及。该技术有助于提高石油和天然 气的开采效率和可持续性，促进新能源的发展与应用。 （二）泵送桥塞分段压裂技术
煤矿井下水力压裂技术的发展现状与前 景 基金项目：重庆科技学院研究生科技创新计划项目，编号：YKJCX***-***** 目前我国煤炭行业的形势依然严峻，由于煤层透气性低、瓦斯难以有效抽放导致的瓦斯突出、爆炸等事故屡见不鲜，造成了巨大的人员伤亡和经济损失，因此，加强瓦斯抽放、增加煤层透气性势在必行。水力压裂技术已成为增加煤层透气性最有效方法之一，本文通过介绍水力压裂机理、封孔技术及工艺设备的研究现状，指出水力压裂技术研究的必要性与可行性，以期为工程应用提供参考。 1.水力压裂机理研究 水力压裂技术1947年始于美国，起初主要用于低渗透油、气田的开发中，在地面水力压裂方面的研究仅仅局限在石油、油气藏以及地热资源的地面钻井开采过程中。前苏联科学家在20世纪60年代开始在卡拉甘达和顿巴斯矿区进行井下水力压裂的试验研究。目前针对井下煤层水力压裂增透技术的研究已取得了明显发展，国内学者郭启文、张文勇等经过试验与现场应用研究了煤层的压裂分解机理，指出水力压裂技术只能够在煤层内产生 1/ 5
很少的裂缝，并会在裂缝周围产生应力集中区，存在一定局限性。李安启等将理论与实践相结合，研究了煤层性质对水力裂缝的影响，还在煤层压裂裂缝监测基础上提出了煤层水力裂缝的几何模型。 在水力压裂机理方面的研究，国内外学者对水力压裂在油气系统地面钻井压裂、煤炭行业井下增加煤层透气性方面都进行了较为深入的研究，但其压裂机理方面仍存在一定分歧，不能很好的控制水力压裂的效果。随着我国煤炭安全生产逐步发展和穿煤隧道等工程的逐步建设，水力压裂技术将大范围推广应用，因此加强水力压裂技术理论研究势在必行。 2.压裂钻孔封孔技术研究 煤层水力压裂钻孔封孔是有效实施水力压裂技术的关键，而封孔质量的好坏取决于两个主要因素：①封孔材料，需要选择性能良好、价格适中、易于操作的材料；②封孔的长度，封孔长度太短会导致高压水的渗漏，太长会造成人力、材料、时间的浪费。因此，要使水力压裂技术能够有效开展，必须在选取“物美价廉”的封孔材料的同时，研究材料承载能力与封孔长度之间应满足的关系，因此有关水力压裂过程中钻孔封孔问题的研究主要集中在封孔材料、封孔方法方面的研究。 倪冠华等采用无缝钢管模拟钻孔的方法，对PD复合材料的脉动水力压裂钻孔密封参数进行了研究，确定了一定注水压力下 2/ 5
高速通道压裂新技术 高速通道压裂新技术 水力压裂的目的是建立从地层到井筒的流动路径，提高油气井产能。常规压裂技术通常采用支撑剂填充裂缝，保持裂缝开启，从而建立有效生产通道。本文所述的新型压裂技术在整个支撑剂填充区形成高速通道网络，将裂缝导流能力提高几个数量级。通过在几个油气田的成功实施，表明该技术能明显改善油气井的经济生产能力。 Emmanuel d’Huteau YPF公司 阿根廷Neuquén Matt Gillard Matt Miller Alejandro Pea 美国得克萨斯州Sugar Land Jeff Johnson Mark Turner Encana油气（美国）公司美国科罗拉多州丹佛Oleg Medvedev 加拿大艾伯塔省埃德蒙顿Tom Rhein Petrohawk能源公司得克萨斯州Corpus Christi Dean Willberg 美国犹他州盐湖城 1947 年，Stanolind 石油天然气公司在美国堪萨斯州西南部的Hugoton 勘探与生产公司开始广泛采用这种油
水力压裂作业过程中，用专业化设备向井中快速泵入压裂液，泵入速从而迫使地层压力上升，使地层破裂， 油田进行了首次水力压裂实验。此后，度快于压裂液向地层中的渗入速度，气藏增产技术提高或延长油井产能。从而产生裂缝（下图）。通过连续泵入实际上，今天仍在生产的很多油气田，压裂液，使裂缝从井筒向地层远处延伸，如果没有实施水力压裂，早就不具备经济开采能力。 从而增加导流面积，确保更多油气流向井筒，帮助提高油气井产能。 《油田新技术》20XX年年秋季刊：23 卷，第3 期。220XX 年斯伦贝谢版权所有。 ClearFRAC 和HiWAY 是斯伦贝谢公司的商标。 裂缝单翼 ^ 理想化的裂缝延伸横截面视图。通过连续泵入压裂液（虚线箭头）使裂 缝沿最小应力面向两边延伸，形成裂缝单翼。 4 油田新技术 5 采用压裂技术，作业公司能更快成裂缝，并尽可能使裂缝延伸较远距离，地回收油气井开发成本，并大幅度提高最终油气产量（下图）。
水力压裂在页岩气开发中的应用研究 水力压裂技术（Hydraulic Fracturing）在页岩气开发中起到了 至关重要的作用。本文将从水力压裂技术的原理和发展历程、在页岩 气开发中的应用及效果、存在的问题和挑战以及前景展望等方面进行 探讨和研究。 1. 水力压裂技术的原理和发展历程 水力压裂技术是一种通过注入高压液体来产生裂缝和断裂而达到开采 矿藏的目的的方法。其基本原理是通过注入高压液体，在地下岩层中 形成高压液体的压力，从而使岩石发生断裂和裂缝，以增加油气的产 能和采集效率。 水力压裂技术的发展历程可以追溯到20世纪40年代，最早应用 在煤层气开采中。随着石油和天然气资源的逐渐枯竭和能源需求的增加，水力压裂技术逐渐应用于页岩气等非常规天然气资源的开发中。 2. 水力压裂技术在页岩气开发中的应用及效果 水力压裂技术在页岩气开采中具有重要的应用和效果。首先，通过水 力压裂技术，可以使得页岩气储层中原本难以渗流的岩石变得可渗透 性增强，从而提高了储层的产能和采集效率。其次，通过压裂液注入，可以打破页岩储层中的层理结构，使得水平井和多水平井得以实施， 大大提高了储层的开发潜力。 3. 存在的问题和挑战 然而，在水力压裂技术应用中，也存在一些问题和挑战。首先，压裂 液的注入量和压力的控制需要严格的技术要求，过高的注入压力可能 会引起岩层破裂，导致破裂裂缝扩展到非目标层位；过低的注入压力 则可能会导致裂缝无法扩展到足够的范围。其次，压裂液的化学成分 和含有一定量的添加剂，可能对地下水环境产生潜在的影响和风险。 另外，水力压裂技术的成本相对较高，投资回报周期较长。 4. 前景展望 尽管存在一些问题和挑战，但水力压裂技术在页岩气开发中的应用前
水力压裂施工过程中智能化控制方法研究近年来，水力压裂技术在油气资源开采中得到广泛应用。水力压裂是 一种通过注入高压水将岩石破碎从而增加石油和天然气产出的技术。然而，传统的水力压裂施工过程中存在着一些问题，如施工效率低、生产成本高、人力资源浪费等。因此，研究和开发水力压裂施工过程中的智能化控制方 法对于提高施工效率和降低生产成本具有重要意义。 智能化控制是指通过新技术和新方法，使施工设备和系统具备自主识别、自动判断、自主控制和自动调整等功能，从而提高施工效率和资源利 用率，减少人力资源浪费、事故发生率和生产成本。 研究水力压裂施工过程中的智能化控制方法，可以从以下几个方面展开： 1.数据获取和处理：通过传感器和监测装置采集施工过程中的相关数据，如施工压力、注水量、裂缝扩展情况等，并利用数据挖掘和分析技术 对数据进行处理和分析，实时监测施工过程中的各项参数，并及时发出警 报和调整施工参数。 2.智能化设备控制：通过引入自适应控制算法和先进的控制装置对施 工设备进行控制和调整，实现施工参数的自动调整和优化，提高施工效率 和降低生产成本。例如，利用智能采集装置和控制器对注水压力、注水量 和注水速度进行实时调整，以最大程度地提高裂缝的扩展效果。 3.智能化工艺优化：通过建立施工过程的数学模型和仿真模拟，研究 不同施工参数对裂缝扩展效果的影响，并利用智能优化算法对施工参数进 行优化，找到最佳的施工工艺和参数组合，提高施工效率和资源利用率。
4.智能化安全保障：通过引入智能安全监测系统和自主识别算法，对 施工过程中的安全隐患进行识别和预警，并自动采取相应的措施来避免事 故的发生。例如，通过安装智能监测装置来实时监测施工设备的状态和工况，并在出现异常情况时及时停机并发出警报。 在水力压裂施工过程中，智能化控制方法的实施需要大量的技术支持 和系统集成，包括传感器技术、控制算法、数据处理和分析技术等。同时，还需要进行大量的实地试验和实际施工应用，以验证智能化控制方法的可 行性和有效性。 总之，通过研究和开发水力压裂施工过程中的智能化控制方法，可以 提高施工效率和降低生产成本，提高资源利用率，减少人力资源浪费和事 故发生率。这对于油气资源的开采和利用具有重要意义。
利用先进的支撑剂输送技术提高油田水 力压裂效率和生产力 文摘:本论文研究了利用先进的支撑剂输送技术提高油田水力压裂效率和生 产力的方法。水力压裂作为一种常用的增产技术，对支撑剂的输送效率和释放效 果有着重要要求。传统的支撑剂输送方式存在一些限制，影响了压裂效果和产能。通过引入先进的支撑剂输送技术，如纳米技术、胶囊包裹技术和智能微球技术等，本研究展示了如何优化支撑剂输送方式，提高压裂液体中支撑剂的分散性、稳定 性和释放效率，从而提高水力压裂的效率和产能。本文总结了先进支撑剂输送技 术在油田水力压裂中的应用优势和挑战，并展望了其未来的发展方向。 关键词:先进支撑剂输送技术，水力压裂，效率，生产力 引言: 随着全球能源需求的不断增长和传统油藏的逐渐枯竭，提高油田生产力和采 收率变得尤为重要。水力压裂作为一种有效的油田增产技术，已被广泛应用于油 田开发中。在水力压裂过程中，支撑剂在裂缝中的定位和分散对于增加油层渗透 性和提高采油效率至关重要。传统的支撑剂输送技术在一些方面存在限制，例如 支撑剂在压裂液体中的分散性和稳定性较差，影响了其在裂缝中的均匀分布和释 放效率，从而降低了水力压裂的效率和产能。 1.支撑剂在水力压裂中的作用 1.1支撑剂的类型和功能 在水力压裂中，支撑剂是一种重要的辅助材料，用于填充裂缝、稳定岩石结构，并增加岩石的渗透性，从而增强油藏的采收能力。根据其形态和功能，支撑 剂可分为固体颗粒和液体两种类型。
固体颗粒支撑剂：固体颗粒支撑剂主要由颗粒状的材料组成，常见的包括砂、陶瓷颗粒等。其功能是填充裂缝中的空隙，防止裂缝闭合，从而维持裂缝的开放性，增加油层的渗透性。固体颗粒支撑剂还可以承受高压力，防止裂缝在水力压 裂过程中过度扩展。 液体支撑剂：液体支撑剂通常是由一种或多种化学物质组成的特殊液体，如 聚合物、胶体悬浮液等。其主要功能是填充裂缝中的细微空隙，弥补固体颗粒支 撑剂无法填充的空间，增加裂缝表面的润湿性，从而更好地固定固体颗粒支撑剂，提高裂缝的稳定性。液体支撑剂还能降低压裂液的粘度，有利于压裂液的输送和 裂缝的扩展。 1.2支撑剂在裂缝中的定位和分散原理 支撑剂在水力压裂中的定位和分散是关键的工作步骤。支撑剂需要准确地输 送到裂缝中并保持均匀分布，以实现最佳的增产效果。 定位原理：支撑剂定位是指将支撑剂输送到裂缝中的特定位置，使其在裂缝 的有效部位填充空隙，增加裂缝的宽度和面积。定位原理涉及到压裂液体的射流 特性、裂缝的尺寸和形态等因素。通常使用高压喷射技术和调控压裂液体流速来 实现支撑剂的精确定位。 分散原理：支撑剂分散是指在压裂液体中使支撑剂均匀分布的过程。良好的 支撑剂分散性有助于支撑剂在裂缝中的均匀分布和释放效果。分散原理涉及到支 撑剂与压裂液体的相互作用，以及液体流动对支撑剂的携带和分散程度。优化支 撑剂分散原理有助于提高压裂液体中支撑剂的分散性，从而增强支撑剂在裂缝中 的效果。 2.传统支撑剂输送技术的限制 2.1支撑剂在压裂液体中的分散性和稳定性问题 传统支撑剂输送技术在水力压裂中存在着支撑剂在压裂液体中的分散性和稳 定性问题，这对于支撑剂在裂缝中的定位和释放效率产生了不利影响。在水力压 裂作业中，支撑剂往往以固体颗粒或液体形式添加到压裂液中，以在裂缝中填充