页岩气压裂(哈里伯顿)

或许所有的美国人都在受益于“水力压裂法”，尽管半数以上的人可能没有听说过这个名词。

在今时今日，美国各级政府、企业对页岩油产业的发展寄予了厚望。

美国页岩油资源极其丰富，在科罗拉多州、犹他州和怀俄明州，被锁在页岩之中的油存量达上万亿桶以上，而正是凭借“水力压裂法”，以前根本不可能企及的大量页岩油正在被开采。

这种技术方法，在测量时首先取一段基岩裸露的钻孔，用封隔器将上下两端密封起来；然后注入液体，加压直到孔壁破裂，随之记录压力随时间的变化，并用印模器或井下电视观测破裂方位。

根据记录的破裂压力、关泵压力和破裂方位，利用相应的公式算出原地应力的大小和方向。

该方法于20世纪50年代就被科学家在理论上进行论证，60年代加以完善，在分析了压裂液渗入的影响后，开始作出大量野外和室内实验工作。

由于水力压裂法操作简便，且无须水力压裂法知道岩石的弹性参量，而得到广泛应用。

由于页岩油在美国的战略资源地位和自身需求，美国已进行很多水力压裂法地应力测量，德国、日本和中国现在也已相继开展此项工作。

资料显示，目前利用此法已能在5000米深处进行测量。

[1]页岩气开发过程中所采用的水力压裂法要加入化学物质，在每次压裂完成后，要对水进行获取和重新利用。

水力压裂法向来存在争议，但是这种页岩气开采技术在争议中却得到迅速发展。

当越来越多水体污染案例同水力压裂法相关联时，美国众议院能源和商业委员会出手了。

2010年7月19日，能源和商业委员会主席亨利·韦克斯曼联手该机构下属的能源和环境小组组长爱德华·马基联名致信给美国10个主要页岩气开发商，要求它们提交水力压裂法应用全程中涉及到的化学物质细节。

8月6日，限期“交卷”。

这个要求出台的背景是，全球天然气需求旺盛，美国引领页岩气开发技术并努力让页岩气开采遍地开花。

/a4_50_59_01300000955595129844599646376_jpg.html?prd=zhengwenye_ left_neirong_tupian美国宾夕法尼亚州一页岩气开采现场取水处当前，美国页岩气开采的热门地点是纽约州和宾夕法尼亚州，这两个地方也是美国马塞卢斯页岩（Marcellus shale）的集中区域。

你所不知道的水力压裂技术（知识量巨大、烧脑、慎入！）页岩气革命不仅提高了美国的能源自给水平，还改变了全球能源供需格局，甚至掀起了全球页岩气开发大潮，而其最大的技术因素，正是用于开采页岩气的水力压裂技术的出现。

△轰轰烈烈的美国页岩气革命随着石油工业的发展，低渗透、超低渗透的非常规油气资源逐渐成为各国油气田的增产主体。

如果将开采常规油气藏比作挤海绵里的水，那么低渗、超低渗透油气藏则像是已经甩干的毛巾，很难再从中挤出水来。

那么石油工程师们又是如何从这些储层中将油气资源“挤”出来的呢？△全球页岩气储量分布答案还是压裂技术！<压裂基础知识 >一、什么是压裂？压裂就是利用水力作用在油气层中形成人工裂缝，提高油气层中流体流动能力的一种储层改造技术。

△油层中的裂隙，可以增加油气渗流通道，大幅提高产量二、压裂的原理利用地面高压泵组，通过井筒向地层注入大排量、高粘液体，在井底憋起高压，当该压力超过地层承受能力时，便会在井底附近的地层形成裂缝。

继续注入携带支撑剂的液体，裂缝逐渐向前延伸，支撑剂起到支撑裂缝作用，形成了具有一定尺寸的高导流能力的填砂裂缝，使油气轻松地通过裂缝流入井中，达到增产增注效果。

△含支撑剂△压裂基本流程三、压裂液与支撑剂1.压裂液压裂液是压裂施工的工作液，是一种具有一定黏度的流体，起到传递能量、形成和延伸裂缝、携带支撑剂的作用。

△压裂液常用的压裂液有：水基、油基、乳化、泡沫、酸基等类型。

其中，应用最广泛的为水基压裂液。

△水基压裂液：由水与天然或合成的聚合物配制而成压裂液包括前置液、携砂液和顶替液三种。

前置液：用于造缝，在温度较高的地层里，还起到降温作用；携砂液：携带支撑剂进入裂缝，将支撑剂填在裂缝内预定位置；顶替液：用来顶替井筒内的携砂液，将携砂液送到预定位置，预防砂卡。

2.支撑剂支撑剂是指能够进入被压开的裂缝并使其不再重新闭合的固体材料。

△支撑剂要求：强度大、颗粒均匀、圆度好、杂质少、来源广、成本低常用的支撑剂有：石英砂、核桃壳、人造陶粒、人造塑料球、人造玻璃球等；其中石英砂和人造陶粒应用最广泛。

国外页岩气水力压裂技术及工具一览页岩储层具有超低孔低渗特性，钻完井后需要压裂改造后才得到经济产量。

国外油田服务公司最新工具达到了很高水平，水平井裸眼封隔器投球滑套分段压裂技术用高强度低密度球级差达到1/16in，封隔器耐压差达到70MPa，TAM公司自膨胀封隔器最高可达302 °C ；泵送桥塞射孔分段压裂技术所用桥塞可分为：堵塞式、单流阀式和投球式复合桥塞，桥塞耐压差达103.4MPa，耐温232 °C ；哈里伯顿CobraMax H连续油管喷射工具系统，目前最多达到44段。

这些为国内页岩气水力压裂完井方式与压裂工具的选用打下基础。

从应用工具角度看，分段压裂工艺方面主要包括：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，水力喷射分段压裂技术。

从压裂工具方面分析，目前页岩气压裂技术有可膨胀封隔器/裸眼封隔器+滑套多级压裂，泵送桥塞射孔压裂联作多级压裂，水力喷射压裂等。

在美国的页岩气开发技术中，可膨胀封隔器/裸眼封隔器+滑套多级压裂，泵送桥塞射孔压裂联作多级压裂技术比较成熟，使用比较广泛，可适用于较长的水平段；水力喷射压裂可实现准确定位喷射，无需机械封隔，节省作业时间，非常适合用于裸眼井、筛管井以及套管中井。

1、水平井裸眼封隔器投球滑套多级压裂系统封隔器投球滑套多级压裂技术一般采用可膨胀封隔器或者裸眼封隔器分段封隔。

根据页岩气储层开发的需要，使用封隔器将水平井段分隔成若干段，水力压裂施工时水平段最趾端滑套为压力开启式滑套，其它滑套通过投球打开，从水平段趾端第二级开始逐级投球，进行有针对性的压裂施工。

水平裸眼井多级压裂目前已经是北美页岩气压裂开采主要技术手段，并越来越受到作业者的欢迎。

水平井多级压裂技术关键在于封隔器（压裂封隔器和可膨胀封隔器）和滑套可靠性和安全性能，尤其是管外封压裂管柱的可膨胀封隔器和开启滑套的高强度低密度球材料决定技术的成功与否。

目前国外油田服务公司都有自己成熟的工具，高强度低密度球级差达到1/16in，封隔器耐压差达到70MPa，TAM公司耐高温自膨胀封隔器最高可达30 °C 。

浅析页岩气压裂返排液处理技术作者：马翔宇来源：《中国科技博览》2017年第16期[摘要]目前，压裂技术已成为页岩气稳产增产的一项核心技术，但在压裂作业过程中所产生的返排液已成为当前油层水体污染主要来源之一，因此，如何妥善解决页岩气压裂返排液已成为当下一项重要的工作。

本文对页岩气压裂返排液的组成进行了分析，阐述了页岩气压裂返排液的危害，综述了国内外页岩气压裂返排液现有的处理方法，为促进油田压裂返排液处理再利用研究提供一定的思路。

[关键词]页岩气；压裂液；返排技术；再利用中图分类号：TE357 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）16-0368-01页岩气一种重要的非常规能源，现今在世界范围内正处于开发的热潮中，较常规天然气相比，由于页岩地层渗透率很低，开发难度很大。

因此水力压裂是开发页岩气的主要手段，但压裂施工后返排液尚未形成达到环保要求的处理体系。

因此深入研究页岩气压裂返排液处理方法，对于绿色开发与降本增效具有重要意义。

1 页岩气压裂返排液1.1 返排液组成目前，国内外主流页岩气压裂技术主要利用滑溜水压裂液进行体积改造。

滑溜水压裂液体系是针对页岩气储层改造而发展起来的一种压裂液体系。

主要由清水及减阻剂、助排剂和杀菌剂、活性剂、缓冲剂、粘土稳定剂等十几种类别的添加剂所组成。

经过压裂作业后，这些添加剂会部分进入返排液体。

此外，返排压裂液中还含有原油及地层岩屑和支撑剂颗粒、各种有机或无机化合污染物等。

1.2 返排液危害页岩气压裂返排液为大部分为深色溶液，其中还有大量的硫酸盐还原菌代谢产物，其具有刺激性臭味。

如返排液不经处理返排至地面或回注地层，将会对环境造成极大伤害。

此外，返排液与添加剂作用可能会产生有毒气体，如果直接接触的话还有可能会造成腐蚀性烧伤[1]。

2 国内外页岩气压裂返排液处理技术2.1 国外处理技术现状近年来，国外研究开发出一些页岩气压裂返排液处理的新技术，这些新技术能有效处理返排液中原油、悬浮物以及难降解有机物的物质，处理后的返排液均能达到重复利用要求和排放标准。

页岩气开采（压裂技术）对环境、健康的阻碍Shale gas exploitation (Fracking）and its environmental and health impact周睿译普红雁程浩毅校本译文由云南省健康与进展研究会提供来源：《世界页岩气资源：美国之外14个区域的初步评估》，美国能源信息署，2020年，页岩气开采也涉及到许多其他的环境和健康问题。

欧盟2021年8月的一项研究说明，压裂法开采页岩气存在着较高的风险，它有可能引发一系列环境问题，例如污染地下水、地表水和空气，引发水资源平安问题，占用土地资源，阻碍生物多样性，产生噪声污染及交通问题。

（1）用水页岩气开采需要大量的水，可能会（致使）对钻井所在地域造成供水压力。

每一次压裂操作大约利用1500万升水，而钻井可被压裂多达10次。

依照咱们的计算，单唯一口井所利用的水能够供大约10000欧洲人利用一年。

在水资源供给本已存在压力或是由于气候转变可能存在压力的地域，水量需求水平尤其重要。

在欧洲，德国和波兰拥有有丰硕的页岩气储量，但其人都可再生水资源位列欧盟国家最末。

在英国，目前进行的页岩气开采的地域，其供水情形已经被以为处于“超负荷”水平。

2021年美国大部份地域遭遇夏日干旱的侵袭，页岩气开采表现出这种缺水的阻碍，德克萨斯和堪萨斯的某些地域被迫停止了页岩气的开采，而在宾夕法尼亚州，页岩气的开采那么被禁止利用河水。

在其他地址，页岩气运营商试图通过拉拢农场主或向土地所有者支付大量金钱来取得水资源的利用权。

尽管通常以为压裂法比煤和核能用水更少，但却不太可能简单地替代上述两种能源。

事实上，若是将多种装置的积存效应考虑在内时，压裂法反而可能会需要更多的水。

（2）水污染“你永久无法操纵。

断裂老是会进入阻力最小的途径。

”CUAdrilla行政总裁马克.米勒说。

压裂的进程中会利用大量有毒化学物质，岩石渗透率决定了水和化学物质的用量。

据业内人士介绍，通常注入液中包括%的水和的化学物质。

一、川中地区井基本情况井别/井型：开发井/斜井地层温度：73℃（估计）完井方法：127.0mm套管射孔完成岩性：灰白色细砂岩采气井口：KQ35/65 (1＃、4＃总闸为KQ70/65)人工井底：2510m 施工层位：须二须二上段：2358.0~2362.0 m2371.0~2379.0 m须二中段：2393.0～2400.0 m2411.8~2414.0 m须二下段：2440.0~2443.0 m2457.4~2464.6 m射厚：上：12m 中：9.2m 下：10.2孔隙度：上：7.9~8.5 % 中：2.5~5% 下：5～8％含水饱和度：40～80％地层压力：28.6MPa2358.0~2362.0m 2371.0 ~ 2379.0m 2393.0 ~ 2400.0m 2411.0 ~ 2414.0m 2443.0 ~ 2440.0m 2457.4 ~ 2464.6m二、哈里伯顿针对性的定点压裂工艺技术RR4 EV底部分隔器BlastJoint 配长短节1.0 to 8.0 mSelective Cup上部密封Ported Sub压裂短节Safety ShearSub安全剪切短节先行射孔，通过连续油管+跨越式封隔CobraFrac.mpg4. 最大排量4方/分钟5. 最高地层温度120ºC6. 最高砂比1920公斤/方(110%)CobraMax.mpg2.6 实例1、CobraMax V 实例Battery packandcircuit boardsectionCoil and magnetsectionSolenoidvalve &mechanicalsectionFlowports3三、哈里伯顿针对性的压裂液体系大幅度提高返排率，降低污染CobraJet Frac.mpg。

页岩气钻井和储层改造技术综述X郭　凯1,秦大伟1,张洪亮2,曾德培3(1.西南石油大学,四川成都　610500; 2.中国石油新疆油田风城作业区,新疆克拉玛依　834000;3.塔里木油田公司塔西南勘探开发公司炼化销售部,新疆喀什　844804) 摘　要:页岩气藏的开采已经成为世界能源开采的热点问题。

由于页岩气藏具有低孔、低渗、压力系统复杂多变、天然裂缝发育等特点,因此决定了其独特的钻采方式。

文章重点介绍了页岩气藏开发过程中的水平井钻井技术和储层改造的水力压裂技术,为国内页岩气藏的开采提供技术参考。

关键词:页岩气;钻井;水平井;储层改造 中图分类号:T E 142 文献标识码:A 文章编号:1006—7981(2012)04—0093—02 页岩气是指以吸附或游离态存在于泥页岩、高碳泥岩、及部分粉砂岩夹层中的天然气聚集。

页岩层既是生气层也是储气层,具有典型的“自生自储”特点。

页岩气藏地层压力复杂多变、天然裂缝发育、基岩渗透率极低、最终采收率低于常规气藏,这些不同于常规油气藏的特点决定其开采所采用的技术与常规气藏开采技术有所区别。

1　页岩气钻井技术页岩气是存在于页岩裂缝中的天然气,为了提高其采收率,必然要尽可能多的利用其自身储层裂缝的导流能力,使井筒穿越更多的裂缝,只有这样才会获得较高的产量,裂缝的敞开的越多,其产能越大,因此页岩气藏中的钻井工程是围绕着裂缝系统展开的。

资料统计世界范围内页岩层主要发育垂直裂缝,因此水平井技术成为页岩气开发的关键技术,其形式主要包括单支水平井、多分支水平井和羽状水平井。

虽然水平井的成本是垂直井的1.5—2.5倍,但水平井的日产气量及最终产气量是直井的3—4倍。

页岩气藏中应用水平井技术不仅仅是为了钻遇更多的裂缝,还能获得更大的储层泄油面积,显著改善储层流体在井筒周围的渗流状态,同时水平井技术减少了地面设施,延伸了开采范围,避免了地面不利条件的干扰。

水平井井位和水平井眼方位的选择是由地层的有机质与硅质富集程度、裂缝发育方向和裂缝的密集程度决定的。

新概念成套页岩气压裂项目“小井场大作业”的简介“小井场大作业”是由烟台杰瑞石油服务集团股份有限公司(以下简称杰瑞集团）提出的，全套的综合压裂施工的设备解决方案。

“小井场大作业”是针对中国局促有限的作业施工环境，同时“满足适应各种压裂施工方案，满足全面的施工流程化要求，提高全集成控制能力”这三方面的一个与和关系的最终解决方案。

一．“小井场大作业”的背景：近几年，中国压裂作业的施工理念现状：①压裂返排液异地处理：压裂返排废液主要是指压裂施工作业完成后返排至地面的废液，其具有高CODcr值、高稳定性、高粘度等特点。

若返排废液不经处理而直接排放，将会带来严重的环境污染，影响油气田开发的正常生产。

压裂作业一直采用异地处理，短期来看符合环保的理念，长远去考虑，它存在压裂液异地运输的成本高，及大规模压裂作业的大量反排液处理难度大。

所以说，集中处理适合于城市，并不适合中国井场现状。

②大型工厂的配液站：现在的配液都倾向于作业现场预混配或是工厂化的前期混配模式混配。

从物料的精细化配液的作业来说，预混配和前期混配应该是不错的选择，但难于适应施工计划的调整；提升了运输和存储成本；需要留出多余的混配余量导致了浪费和环境污染。

与现阶段大规模的压裂施工作业比较来说，工厂化的大型压裂液预混配存在一种资源浪费。

③大规模的集群作业：大规模的集群作业是比较贴近现代化压裂的施工理念，虽然说大规模的集群作业在北美已经成功开展了很多年，但是中国的开发环境与美国不同，所以大规模集群作业并不适合中国有限井场的设备布局和油气开发。

二．压裂增产作业的发展历程：1947年的时候，在美国雨果镇地区的一口气井上进行了第一次压裂实验作业；1950年的时候，由哈里伯顿公司进行了第一次的商业化作业，此后拉开了将近一个甲子的页岩气压裂作业的发展历程；60年代的时候，成套压裂设备及远程控制开始出现，开始有了各种压裂设备的分工，混砂车、压裂车及远程控制操作台开始出现；70年代，出现了一个大型的压裂作业及设备，压裂作业开始向集群化施工作业方向发展；80年代的时候，作业规模继续提升，新设备也不断出现，开始进入到压裂施工作业中，一些细化的功能、快装管汇装置也是在80年代开始出现；90年代的时候，随着计算机技术的发展，计算机开始进入到压裂设备领域。

天然气与石油NATURAL GAS AND OIL2013年2月0前言高油价时代，页岩气作为一种新的绿色能源，正在被世界各国所追捧。

美国页岩气开发始于1821年，是世界上页岩气勘探开发最早的国家。

近几年，页岩气大规模商业性开发改变了美国能源格局［1-2］。

它的快速发展，一靠竞争的市场机制，二靠竞争所带来的技术创新。

页岩气最主要的开采方式是水力压裂技术，水力压裂技术需要大量的水资源，容易带来严重的环境污染和生态破坏问题。

相反，也有一些环保主义者肯定了页岩气开发的正面影响，因为页岩气相比石油和煤炭更为低碳。

对此，不同学者有不同意见，然而个人认为水力压裂开发页岩气技术的关键在于寻找环保与开发的黄金结点，在环保忧虑之下，采取一些具体的补救措施，使页岩气开发技术更为成熟环保，此项研究具有重要的现实意义。

1页岩气压裂增产技术在页岩气开发方面，美国主要采用了水平井和水力压裂技术，后者还包括清水压裂技术、多段压裂技术、同步压裂技术、重复压裂技术等，同时，还可结合先进的储层预测评估技术、裂缝监测技术以及随钻测量技术等进行应用分析［3］。

1.1清水压裂技术目前美国页岩气开发最主要的增产措施是清水压裂技术，即将添加了减阻剂的清水作为压裂液。

这种压裂液主要成分是水、少量的减阻剂、黏土稳定剂和表面活性剂。

主要使用这种低成本压裂液，那是因为水是一种低黏度流体，更容易产生一些复杂的裂缝网络，而且很少需要清理，是一种清洁压裂技术，可提供更长的裂缝，并将压裂支撑剂运到远处裂缝网络，在Barnett等低渗透油气藏储层改造中可取得很好的压裂效果。

1.2重复压裂技术重复压裂技术用于在不同方向上诱导产生新的一些裂缝，从而增加裂缝网络，以便提高生产能力。

如果初次压裂已经没有效果，或现有的支撑剂已经损坏，那么对该井进行二次压裂将重建储层线性流，最终采收率估页岩气井水力压裂技术及环境问题探讨钱伯章１李武广２１．上海擎督信息科技公司金秋能源石化工作室，上海２００１２７；２．中国石油大学（北京）石油工程学院，北京１０２２４９摘要：水力压裂法开采天然气时，用高压将混有化学物质和沙子的水注入到地下页岩层，在高压下用水压裂岩石，同时用沙或其他物质支撑裂口，使页岩破碎释放出气体。