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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 。
水平井压裂新工艺介绍•SurgiFrac水力喷射压裂工艺哈里伯顿能源服务公司提高低渗低孔水平井的产量通常的水平井完井方式套管固井割缝管/筛管加封隔器割缝尾管或裸眼井垂向渗透性(Kv)core=0.001md(Kv)plug=0.1md(Kh)core=0.2md(Kh)plug=0.2md薄泥岩层~0.05in(Kv)plug/(kh)plug=0.5(Kv)core/(kh)core=0.005泥岩层影响水平井产量水平井压裂改造•制造横切或纵向的裂缝•避免同时产生多裂缝•消除裂缝弯曲横切裂缝纵向裂缝SurgiFrac（水力喷射压裂）:是一种精确有效，可在单井中选择裂缝的位置并产生多个裂缝的增产方式。
Dr. Jim Surjaatmadja(发明者)哈里伯顿能源服务公司喷射泵技术•把一束流体的动能转化成多束流体的压力（势能）的技术•Boost pressure(压力提升）:使低能量的流体的压力的提升。
应用于人工举升，及混浆系统W f W jW a水力压裂•1948 年Stanolind油气公司首次采用•现今的压裂技术的发展:–提高压力，排量，采用大型压裂，提高砂比–采用人工支撑剂–改变携砂液种类：CO2, N2 泡沫, 胶液, 柴油, ...•裸眼井压裂–尝试过一些方法但不可行性：–砂塞，化学塞….–跨式双封隔器–Hail Mary（超高排量压裂）: 80 m3/min用传统压裂工艺产生小裂缝封隔器小裂缝造成液体逃逸出封隔层压裂液出口SurgiFrac 工艺过程压力分布流体的流动高Bernoulli’s公式:v2/2 + p/ρ= CSurgiFrac是如何工作的...•一定要知道裂缝的方向( 30 度以内)•喷嘴位置就是射孔位置，和裂缝产生的位置。
•Bernoulli 效应使裂缝入口处的压力在井筒中处于最低。
•环空的液体补充支持裂缝增长SurgiFrac 概念开始射流环空注入压力分布低高SurgiFrac 概念低沙比携砂液冲击并产生洞穴环空压力比裂缝产生所需要的压力低200 psi(1.38 MPa)压力分布低高SurgiFrac 概念开始的时候,射流被反射回环空压力在洞穴底部提高压力分布低高SurgiFrac 概念液体在洞穴中集聚使压力升高产生裂缝压力在洞穴底部提高压力分布低高SurgiFrac 概念射流使环空液体被吸入洞穴初期裂缝开始生成，液体得以进入地层压力分布低高SurgiFrac 概念环空液体不断被吸入洞穴压力的最高点裂缝继续增长压力分布低高可能应用SurgiFrac的完井方式Chertno acid in curvefor re-entryshow of hydrocarbonacid frac sand fracLimestone Sandfrac with acid经济投入的对比对设备需要的减少体现出经济效益SurgiFrac: 作业时间缩短–一趟管柱油管注入排量：16.5 BPM @ 7200 psi or 2.62 m3/min @ 49.6 Mpa.(2911 HHP)环空注入排量：6 BPM @ 434 psi or 0.95 m3/min @ 3 Mpa. (64 hhp)5-7台压裂车/混砂车。
页岩气井无限级固井滑套压裂技术
王伟佳
【期刊名称】《油气井测试》
【年(卷),期】2018(027)005
【摘要】传统的页岩气井多级桥塞射孔联作压裂无法保证压裂液和支撑剂的去向,压裂效果差.无限级固井滑套压裂技术井下工具由趾端滑套、固井滑套及滑套开关
工具组成,根据国内页岩气地质情况优化开关滑套及压裂施工程序,针对施工井况制
定应急处置措施,在涪陵页岩气田进行了实际应用.实际应用中出现因固井质量差滑
套的开启难以满足预期、连续油管外压裂时对管材易冲蚀、封隔器附近易发生砂堵、施工排量限制较多、封隔器不容易通过滑套、连续油管水平段延伸困难等多种问题.该工艺对埋藏深、水平段长、井眼轨迹复杂、压裂改造规模较大的页岩气井还未完全适用,还需继续探索.
【总页数】5页(P37-41)
【作者】王伟佳
【作者单位】中石化江汉石油工程有限公司页岩气开采技术服务公司湖北武汉430074
【正文语种】中文
【中图分类】TE353
【相关文献】
1.无限级套管滑套多层压裂技术研究 [J], 张光生;王筱;张红丽
2.无限级滑套分段压裂技术在涪陵页岩气的应用 [J], 龙明顺;
3.连续油管无限级滑套分段压裂技术在页岩气开发中的应用 [J], 王汤
4.页岩气井用新型无限级全通径滑套压裂技术先导试验 [J], 夏海帮;包凯;王睿
5.吐哈油田无限极固井滑套连续油管环空加砂压裂技术试验获得成功 [J], 王军因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
哈里伯顿定点压裂技术提纲一CobraFrac连续油管射孔，压裂二CobraMaxFracV&H连续油管射孔，套管压裂三Cobrajet四、连续油管校深工具介绍五、FastDr111Plug快钻压裂塞六Surgifrac水力喷射压裂七遇油膨胀分隔器＋开关滑套＋膨胀式尾管悬挂器八哈里伯顿压裂液系统一、. CobraFrac-现行射孔，通过连续油管+跨越式封隔器进行压裂工具串CobraFrac bottomhole assemblyCobraFrac_cobraFrac工艺应用情况1、使用大尺寸的连续油管施工（2-3/8"0r2-7/8")2、自1999年以来完成了5000多口井，3万多层的施工3、安全可靠4、最大排量4方／分钟·少5、最高地层温度120'C6、最高砂比1920公斤／方（110%）7、最大井深2400m垂深8、单层最大加砂量80吨9、最大地面压力52MPacobraFrac使用大外径连续油管（2-3/8"0r2-7/8")和跨越式封隔器A施工工作量受连续油管抗压等级限制B最大砂比可以到16ppg(1920kg/m3)C大多数作业深度小于7000ft(2100米），但如果有合适的连续油管配合哈里伯顿的井下工具可以更大D有时需要下CCL(DepthPro)CobraFrac优点一与常规压裂对比常规压裂高排量，套管压裂高排量多射孔段笼统压裂不能很好的处理每一个射孔段（有些孔段未被压开）压裂增产效果不能令人满意CobraFraC一趟管柱进行多层压裂每层施工不需要很大排量针对各射孔段进行优化设计常规压裂增产效果的1.5倍是常规压裂增产效果CobraFrac工艺的不足连续油管的损耗要求大外径的连续油管（最小需要2一3/8")在此施工规模下对跨越式封隔器是很大考验如射孔段较长，则需要下CCLCobraFrac压裂实例SPE81739,EriC BUrkhglter burton Energy,WendellSalas,SerViCeS VermeloParkProlect一overview·E1PasoEnergy.43口井Cobra Frac,5-1/2-in．套管封隔器跨度，1一3米·深度300一900米Cobra Frac COmpletions每口井4一18层平均每口井9层。
国外致密气藏完井技术研究现状随着科技的进步，水平井和大斜度井已经广泛的应用于低渗透油气藏开采，对于致密气藏的开发，在完井技术方面，早期的低渗油气藏开发比较强调后期增产改造作用，常采用大型压裂及整体压裂改造增产技术，因此，较多地采用油气层段下套管，固井，然后射孔完井。
但近年来越来越多的井采用射孔完井和裸眼完井，最多的是裸眼完井。
裸眼完井与无伤害钻开油气层的钻井技术共同使用，保证了产层无伤害地，完善地打开，这对低渗透油气藏开发十分有利。
在美国普遍采用这种组合技术，裸眼完井后直接投产。
应用裸眼水平完井技术有三个关键因素：地下储层参数，开发方案，流体接触面和井筒几何尺寸。
对于低渗，特低渗油气层，只靠无伤害裸眼完井不能达到工业产油气标准，必须进行压裂改造。
90年代以来，美国的低渗气藏的开发中成功实施了水平井裸眼分段压裂，主要是运用管外封隔器和裸眼完井来进行分段的氮气泡沫压裂，其目的不是造新缝，而是加大与原有天然气裂缝的沟通程度，其效果很好，值得借鉴。
氮气泡沫压裂是美国开发低渗透汽车那个资源的一大贡献，但在用于3000一下的深井时由于用气量过大，经济上存在问题。
另外，美国和前苏联还在广泛采用泡沫酸化，泡沫酸化压裂工艺，处理井深范围可达3400M。
90年代中后期，美国，加拿大出现液态CO2加沙压裂被称为干式压裂，非常适用于水敏性储层，已经进行了几千次的实验，其效果好于水基压裂。
针对完井优化的研究，Brekke(1994)首次提出采用中心油管完井来延缓底水突破，增加无水采油量。
T.Borbas(2003)论述了岩石的强度特征是完井优化的最重要参数之一。
Garrouch(2004)等运用系统论方法，分析了钻,完井水平井及分支井设计过程中油气藏类型筛选和完井影响因素，并分别描述了筛选流程图和整体设计思路。
建立了基于网络互连的模糊专家系统优化水平井和分支井的完井方式。
Morita(1994),Larry (2009)以岩石力学理论方法为基础分析了水平井生产过程中井眼稳定性与地应力状态，岩石强度，有效应力的相关性。
比较裸眼洞穴和套管水力压裂完井技术在新墨西哥州圣胡安盆地的应用摘要自从19世纪50年代圣胡安盆地第一口煤层气井钻井以来，完井技术有了大幅度的提升。
最初的井都使用裸眼完井，然而除了分隔不同煤层外，井壁稳定性是另一个重要问题。
套管完井后又进行了射孔和水力压裂措施。
圣胡安地区大多采用煤层裸眼洞穴完井，但是最近裸眼完井重新在该地区应用起来。
之后将裸眼段和未固井的预射孔套管连通。
在圣胡安盆地由Blackwood&Nichol公司管理的布兰科东北部地区，套管压裂完井技术和裸眼洞穴完井技术都在使用。
这为比较并最终决定采用哪项技提供了难得的机会。
简介圣胡安盆地Fruitland层煤层气储量预计为50万亿立方英尺。
开发这样的大气藏的前提条件是定位富集区的可靠技术和开采煤层的创新技术。
煤储层是非均质的，即使同一区域的气藏地质条件也可能不同。
储层参数如渗透率、压力、含水饱和度、含气量，地质参数如煤阶、厚度和天然裂缝决定了气藏的生产潜力。
完井和采气技术影响气藏的产能和有效采收率。
并列比较不同完井技术效果时，储层和地质参数的影响较完井技术本身要更大。
圣胡安盆地产出油气的历史已有65年之久，主要层位是Fruitland层以深的多个砂岩层。
由于Fruitland浅层超压煤层可能引发井喷，造成在这些地区深部层位钻井有风险。
讽刺的是，现在开发的大多煤层气藏正是以往打井时要避开的超压层。
圣胡安盆地Fruitland层最早的煤层气井于37年前投入开发，即1952年。
自那之后采用了多种多样的完井技术，然而还从未确定过某种技术为“最好的”。
1988年Blackwood&Nichol公司开展了一项关于煤层气井钻井的合作研究，具体层位位于新墨西哥州圣胡安盆地布兰科东北部地区的Fruitland层，本文报告正是基于上述研究作出的。
该研究由能源公司承担，由天然气研究所通过西部白垩纪煤层气藏项目赞助。
目前在布兰科东北部地区，由Blackwood&Nichol公司负责实施套管压裂和裸眼洞穴完井，因此提供了一个难得的机会比较这两项技术。
水平井压裂工具：趾端滑套页岩气水平井分段压裂施工前，通常采用连续油管射孔建立第一段压裂通道。
目前页岩气储层平均埋深超过3500m，井深超过5500m。
连续油管一般作业长度小于等于5500m，且在井眼轨迹复杂、井斜角及狗腿度大、水平段末端呈“上翘型”等情况下易发生卡钻、自锁等问题。
趾端压裂滑套作为第一级压裂滑套，随套管一起入井至预定位置，并完成固井作业，压裂时只需通过井口打压的方式即可打开滑套，形成第一段压裂通道，可代替连续油管射孔作业，提高作业效率，降低作业风险和成本。
1趾端滑套适用环境及技术要求1.1适用环境：趾端滑套主要用于深层长水平段页岩气井第一段压裂施工环境：①地层温度介于0-150℃；②压力介于0.1-140MPa；③固井环境；1.2技术要求：趾端滑套主要实现在高温、高压、固井环境中建立第一段压裂通道的功能，需满足以下3个方面的要求：①高温、高压下的密封性；②精确开启；③固井及大排量压裂施工的要求。
2趾端滑套的结构趾端滑套主要由上接头、下接头、“O”形密封圈、定位销钉、内滑套和破裂盘等零件组成。
上、下接头通过螺纹连接，采用密封圈密封。
内滑套装在上、下接头内部腔室中，与上接头通过定位销钉固定，破裂盘装在内滑套上。
3趾端滑套工作原理趾端滑套作为第一级压裂滑套，与套管一起下入、固井；压裂施工前，从井口向套管内打压，任一破裂盘被击穿后，定位销钉被剪断，内滑套上行，滑套打开，建立起第一段压裂通道。
4技术优势及相关技术参数4.1技术优势趾端压裂滑套只需通过井口打压的方式即可打开，形成第一段压裂或泵送通道，与常规连续油管带射孔枪建立第一段压裂通道相比，趾端压裂滑套具有以下4个优势：4.1.1通过套管内部打压的方式开启滑套，建立第一段压裂通道，其开启压力由套管内绝对压力决定；4.1.2无需射孔，不受井深、水平段长度、连续油管工作长度等因素的影响；4.1.3特别适用于深层长水平段页岩气井的固井环境。
压裂喷砂孔采用可溶性材料封堵，避免固井时水泥进入滑套内；内滑套采用上行开启的方式，防止固井作业导致滑套意外开启；滑套内表面采用特殊涂层处理，避免水泥固结，影响正常开启；破裂盘传压孔采用高温固体黄油封堵，避免固井水泥进入。
