页岩气三代钻井技术、压裂技术
页岩气压裂技术概述
页岩压裂技术
▪ 压裂是清除钻井后近井筒污染的常见形式。在处理Huron 页岩时，压裂是为了创造（沟通）天然裂缝网络，即主要 的天然气通道。
▪ 在此探讨页岩裂缝网络和裂缝复杂性，要形成复杂性裂缝网络的技术。 另外，还对RA（减阻剂）和化学示踪剂帮助优化裂缝网络通道进行深入 探讨。
▪ 提高页岩气藏裂缝的接触面积（提高裂缝复杂性）和控制裂缝向下延伸 有利于页岩气的经济开采，拓展Barnett地区页岩开发现状。
•在压裂时使用井下微地震技术，能够监测裂缝通道是否与 天然裂缝相交，整个裂缝网络的的裂缝网络流通通道。
▪ Barnett页岩 虽然大多数页岩包含烃类，但是只有少数能成为所谓的非常
规油气藏。有机质总量、烃类成熟度、含水饱和度、页岩厚度和埋藏深度（
基于热成熟度、孔隙体积和压力）是受天然气生成和保存的地质情况影响的
。而制造相互沟通的裂缝网络对页岩气藏是否能成为具有经济效益的油气藏
至关重要。
▪ 压裂的作用 要使得非常规油气资源具有经济价值，在页岩油气藏中创造
3、天然气还可能吸附在岩石矿物表面，通过水驱过裂缝 或者稍大的孔隙来释放压力。这些介质内的天然气量取决 于页岩的特征（和含水饱和度），以及采气阶段（游离气 先开发，解析气后开发）和天然气开采的持续时间。
要使得页岩气具有开采经济价值，需要广泛的裂缝增产来 开启、沟通和稳定的天然裂缝系统。
▪裂缝形成机理 图1 裂缝沟通情况的粗略图
近井地带的应力与裂缝的位置和射孔有关。压裂的施工 能够调整应力分布，从最初压裂位置沿水平井筒变化。在 每次压裂中，从第一次到最后一次沿着井筒裂缝可能变化 5到10度。
深层页岩气分段压裂技术现状及发展
深层页岩气分段压裂技术现状及发展深层页岩气分段压裂技术是一种在页岩层中利用压裂技术进行油气开采的方法。
与传统的压裂技术相比，深层页岩气分段压裂技术在水平井段长、裂缝水平井段长、完井间距等方面都有较大的区别。
深层页岩气分段压裂技术的主要原理是将水平井段分为多个小段，在不同的小段采用不同的压裂参数进行压裂作业。
通过这种方式，可以充分利用井段的长连通性，减小压裂压力损失，提高压裂效果。
深层页岩气分段压裂技术的发展经历了几个阶段。
起初，主要采用人工控制压裂技术，即在不同的井段使用不同的压裂参数。
后来，随着自动化技术的发展，出现了自动分段压裂技术，即通过自动控制系统实现分段压裂。
目前，一些先进的分段压裂技术采用了井下信号传输、自适应控制和实时监测等技术，可以实现更精细的分段压裂作业。
深层页岩气分段压裂技术的发展面临着一些挑战。
由于受到地质条件的限制，不同井段之间的油气资源分布不均匀，因此如何确定分段压裂的参数仍然是一个难题。
分段压裂技术在实施过程中需要投入大量的人力、物力和财力，成本较高。
由于分段压裂技术需要在井下进行操作，存在一定的安全隐患。
未来，深层页岩气分段压裂技术仍有进一步的发展空间。
一方面，随着井下自动化技术的进一步发展，可以实现更精确的分段压裂控制，提高开采效率。
可以通过研究页岩气储层的物理性质，以及使用仿真模拟技术，提高对分段压裂参数的准确预测能力。
深层页岩气分段压裂技术是一种有很大潜力的油气开采技术。
尽管仍然面临一些挑战，但通过进一步研究和技术创新，相信可以实现更有效、安全、经济的深层页岩气开采。
页岩气井压裂施工技术
高效防膨剂
二、页岩气压裂技术
完成总公司先导项目研究： 高温压裂液现场快速混配技术
改变传统的压裂液配液模式， 连续混配车广泛应用于页岩气大型 压裂施工中，实现即配、即供、即 注工作，配液量已超过300000m3， 单井最大超过30000m3。
二、页岩气压裂技术
页岩气配套桥塞、射孔联作管串及钻塞钻头
➢ 分层压裂段数不受限制，理论上可实现无限级分段压裂。
➢ 与裸眼封隔器相比，管柱下入风险相对较小。
➢ 施工砂堵后，压裂段上部保持通径，可直接进行连续油管冲砂作业。
双回压阀 非旋转扶正器 双向震击器 马达
磨鞋
连续油管接头 液压丢手接头 双启动循环阀 高强度应急丢手工具
二、页岩气压裂技术
Meyer2010
二、页岩气压裂技术
DLFP12-105电缆防喷装置
密封电缆直径：φ8mm(可适用φ5.6-12.7mm) 防喷管通径：φ120mm 工作压力：105MPa 强度试验压力：157MPa
二、页岩气压裂技术
应急技术
打 捞 工 具
若由于水平井存在特殊情况导致无法将井下工具串泵送到位， 则可放弃泵送方式，选用连续油管输送方式完成水平井桥塞-分簇 射孔联作技术。
2020/11/4
三、超高压气井现场施工技术
2、压裂施工设备准备
南页1HF井压裂车 及压裂设备
压裂车名称 3000型压裂车 2500型压裂车
合计
数量（台） 6 12 18
2500型压裂泵车参数
项目
参
数
台上发动机额定功率 3000HP(2235KW)
台上发动机最高转速 2000r/min
单车最大输出水功率 2500HP(1860KW)
页岩气开发主要技术
水平井钻井
一、页岩气主要开发技术 二、水力压裂技术综述 1、水力压裂技术应用分析 2、水力压裂关键因素 三、我国页岩气开发面临问题 四、结论与建议
1 水力压裂技术应用分析
1.1 页岩气开采压裂技术主要以清水压裂和重复压裂为主。研究 表明：①一次完井只能采出页岩地质储量的10%，重复压裂可以 使采收率提高8%—10%，在直井中进行原层复射和用比一次压 裂液量大25%的规模处理即可获得更好的增产效果。②清水压裂 是现阶段我国页岩气开发储层改造的适用技术，对于开采长度 （厚度）大的页岩气井，可以使用多级分段清水压裂压裂。而同 步压裂技术则是规模化的页岩气开发的客观需要。
建议
勘探开发页岩气资源迫在眉睫，要加强页岩 气地质理论、成藏机制及高效开采基础研究 ；优化勘探技术，改进工艺技术水平；针对 不同机理类型，建立相应的优选盆地试点； 借鉴经验，加大资金投入，加强交流，引进 技术，加快开采步伐。
多级压裂特点就是多段压裂和分段压裂， 多级压裂特点就是多段压裂和分段压裂，它可以在 同一口井对不同的产层进行单独压裂
2 水力压裂关键因素 页岩气开发水力压裂原理就是利用储层的天然或 诱导裂缝系统，使用含有各种添加剂的压裂液在 高压下注入地层，是储层裂缝网络扩大，并依靠 支撑剂支撑裂缝，从而改善储层裂缝网络系统， 达到增产目的。
2.2 裂缝监测
水力压裂作业过程中， 水力压裂作业过程中， 为了了解裂缝的走向和 评价压裂的效果， 评价压裂的效果，需要 对诱导裂缝的方位、 对诱导裂缝的方位、几 何形态进行监测。 何形态进行监测。微地 震是用于水力压裂过程 中诱导裂缝监测的主要 技术。微地震测量迅速， 技术。微地震测量迅速， 应用方便， 应用方便，能够实时确 定微地震时间的位置， 定微地震时间的位置， 并确定裂缝的高度、 并确定裂缝的高度、长 度和方位。 度和方位。
页岩气开采原理
页岩气开采原理
页岩气开采原理是通过水平钻井和水力压裂技术将水和添加剂注入页岩岩层，使岩层裂缝扩大并释放出内部储存的天然气。
具体步骤如下：
1. 水平钻井：首先，在地表选择合适的位置进行垂直钻井，当钻杆到达目标页岩层时，钻井工程师会改变钻头方向，将钻孔延伸成水平方向。
这样可以增加页岩岩层与钻孔的接触面积，提高天然气的开采效率。
2. 水力压裂：完成水平钻井后，高压水和添加剂（如砂岩颗粒）被泵送到井中，进入页岩岩层。
压力和添加剂的作用下，岩石发生裂缝和断裂，从而使天然气能够逸出。
水力压裂也可以同时增加岩石孔隙的连接性，便于天然气在岩层内流动和采集。
3. 采集天然气：一旦页岩层被水力压裂，天然气开始从岩石毛细孔隙中释放出来，并通过新形成的裂缝流向水平井筒。
然后，运用抽油泵等装置将天然气输送到地面设备进行储存和处理。
4. 环境保护：在整个开采过程中，需要严格控制水和添加剂的使用，以减少对地下水资源的污染。
此外，储存和处理阶段也要采取相应的措施，以确保环境不受污染。
以上就是页岩气开采的基本原理。
通过水平钻井和水力压裂技术，能够充分利用页岩岩层内部的天然气资源，提高天然气开采效率，促进能源产业的发展。
页岩气井压裂技术
特点：适用套管（31/2″、41/2″、51/2″、7″)；适合
大排量、大型施工、封隔可靠性高、压裂层位精确、分层
压裂的段数不受限制。
三、压裂施工设计技术
井号
岩性
水平段长 压裂
(m) 段数 隔离+射孔方式
压裂工艺
压裂液
支撑剂
涪页 HF-1 页岩、夹薄层灰岩 1136.75 10 桥塞+射孔联作 滑溜水+冻胶
拉强度比
B=26.7-40, 脆性
强
B=14.5~26.7, 脆
性中等
B<14.5, 脆性弱
脆性
地层
低粘度
复合压裂液
网络裂缝
线性胶
高砂比
泡沫
双翼裂缝
凝胶
塑性
地层
低排量
高排量
三、压裂工艺技术
3、页岩气压裂主要工艺技术
1）水平井桥塞分段压裂工艺：
通过水力泵送桥塞方式实现坐封、射孔联作、并沿水平段
方向实现逐级封隔、射孔和压裂的工艺。
7.0
压后返出液
1.20
1.10
1.004
7.0
二、压裂液返排液的回收利用技术
对威201-H1井返出液放置1个月后进行处理后基本
性能测试结果如下：
类别
粘度，
mPa.s
密度，
g/cm3
表张，
mN/m
接触角，
降阻率，%
原配方
5.60
1.001
26.23
63.12
67
返排液
1.20
1.004
32.42
38.12
页岩气井压裂技术
汇报内容
➢概述
➢压裂液技术
开采页岩气的压裂新技术
与大家共享：开采页岩气的压裂新技术潘存焕（2012年8月）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“返排水”。
这些返排水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。
一些环境保护主义者认为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，随着人们对水资源和环境问题的重视，国外各公司都加大了水力压裂替代技术的投入。
2011年11月第一届世界页岩气大会将创新奖颁给了加拿大Gas Frac公司，以奖励他们在无水压裂技术上的突破性贡献——LPG（液化石油气）压裂。
LPG压裂在地下的表现完全与水力压裂不同。
LPG 在压裂过程中会因为压力和高温而气化，因此会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。
但这项技术的推广现在还存在难度，首先是LPG比水的成本要高，而且美国工业界已经建立了较为完善的水力压裂作业体系，生产商缺乏技术替换的动力。
其次是该技术尚不成熟，其安全性还有待检验。
2011年1月，在加拿大阿尔伯塔省一个采用LPG压裂技术的开采现场发生了一起火灾，三名工人被烧伤。
Gas Frac公司表示未被检测到的LPG泄漏是该起事故的罪魁祸首。
现在，该公司正不断改进技术并完善安全标准，同时也希望到那些对环境和水资源要求高的页岩气产地进行作业。
一些对水力压裂持反对态度的地方，比如美国纽约州，也将本地区页岩气资源开发的希望寄托在了LPG压裂等无水压裂技术的进步上。
页岩气开采压裂技术分析与思考
造后的下完井管柱，还可以应用于：连续油管拖动水力喷射改造后的井、利用TAP 阀直井分层压裂完井技术改造后的井。
4 实例应用在桃XX 井一口连续油管拖动水力喷射改造的水平井，完钻井深4405.00m(斜深)，该井利用连续油管带底封喷砂射孔，环空加砂逐层分段压裂，盒8段改造了6段。
在压裂施工前，该井在井口大四通上安装了一个液动大通径平板闸阀，再在其上安装压裂六通、连续油管注入头等配套设施，进行连续油管水力喷射、环空加砂压裂施工后，起出连续油管及工具，关闭平板闸阀。
随后，经过考虑该井井况、油管抗外压强度后，编写施工设计，首次利用S-9带压作业装置，在9天时间里下入带油管堵塞器2-7/8″生产管柱至井深3205.67m(井斜50°)。
待管柱下至预定位置后，带压坐油管悬挂器，拆带压作业装置及平板闸阀，安装采气树。
利用700型水泥车油管内打压6MPa ，切断油管堵塞器销钉，通过观察油套压力表，确认油套联通后，该井进入正常放喷排液阶段。
该井的顺利带压完井，有效避免了压井下完井管柱的井控风险及压井液对地层的污染，为目前这一服务项目的推广应用积累了宝贵经验。
5 结语带压作业配合拖动油管水力喷射气井改造工艺在施工完成后可起出水力喷射工具并下入生产管柱，带压作业不使用压井液，有效避免了储层的二次污染。
做为理论，虽然还没有在长庆区域进行过实践，但国内已有公司在塔里木油田顺利实施过多口井的带压拖动水力喷射分段酸压，且都属于超深井改造，为这项工艺理论提供了实践论证，建议开展该工艺的试验项目，以证明对于气井水平井改造，带压作业可以提供更加可靠、安全、环保、高效的方法。
另外，目前随着连续油管水力喷射及TAP 阀应用越来越广泛，带压完井同样可以作为一项重要服务项目，进行推广，并积累宝贵的施工经验。
参考文献：[1]马发明.不动管柱水力喷射逐层压裂技术[J]. 天然气工业，2010, 30(8): 25-28.[2]张福祥.带压作业配合水力喷射分段酸压技术在塔里木油田的应用. 内蒙古石油化工，2012, 19: 116-117.作者简介：①郑海旺(1985-)男，汉，机械工程师，主要从事设备管理工作。
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页岩气三代钻井技术、压裂技术
怎样开采页岩气？
页岩气是充填于页岩裂隙、微细孔隙及层面内的自然气。
开采
页岩气通常要先打直井到几千米的地下，再沿水平方向钻进数百米
到上千米，并采纳大型水力压裂技术，也就是通过向地下注入清水、陶制颗粒、化学物等混合成的压裂液，以数十到上百兆帕的压力，
将蕴含自然气的岩层“撬开”，就像在致密的页岩中建设一条条“高速大路”，让深藏于页岩层中的页岩气沿“高速大路”跑到水
平井段，最终从直井中采出来。
页岩气井钻井示意图
页岩气三代钻井技术
●一代技术
2023年~2023年，勘探开发初期，水平段1000~1500米，周期
80~100天。
主要以常规油气钻井技术工艺+水平井钻井技术+油基钻
井液为主。
●二代技术
2023年~2023年，一、二期产能建设时期，水平段1500~2200米，周期60~80天。
针对页岩气开发特点，开展页岩气工程技术“一次
革命”，攻关完成了“井工厂作业+国产化工具+自主化技术+系列化
工艺”，实现提速降本增产。
●三代技术
2023年至今，页岩气大进展时期，水平段2000~3000米，周期
40~60天，围绕“四提”目标，开展页岩气工程技术“二次革命”，主要技术路线是“个体突破向综合配套转变，单项提速向系统提速
进展”，技术要点是两个方向（钻井工艺+钻井工具）、三大核心
（激进参数+精益施工+超常工艺）、三大基础（地面装备+井下工具
+钻具组合）。
页岩气三代压裂技术
●一代技术
2023年~2023年，渐渐形成自主化的以“桥塞分段大规模体积压
裂+井工厂运行”为核心的页岩气长水平井高效压裂技术系列。
●二代技术
2023年~2023年，自主页岩气压裂技术转变为追求改造体积裂缝
简单度最大化，攻关形成了“多簇亲密割+簇间暂堵+长段塞加砂”
主体压裂工艺等低成本分段工具及工艺为代表的二代压裂技术系列。
●三代技术
2023年至今，为满意多层立体开发和不同类型储层要求，乐观开
展全电驱压裂装备配套适应性讨论，推广牵引器射孔技术和延时趾
端滑套工艺，优化高效可溶桥塞结构，研发井口快速插拔装置、多
级选发点火装置、高效连续油管钻塞液体系，持续更新升级压裂装
备及其配套工具，全面提升了装备作业水平，实现低成本、规模化、绿色施工。