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金双环带你了解:水力压裂的前世今生

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  • 发布时间:2017-11-07
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【概要描述】​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生产主力,同正常的油气资源不同的是,开发低渗透超低渗透的油气资源,必须要使用压裂技术进行储层改造,也就是说,水力压裂技术是油气资源稳产增产不可或缺的一大支柱。    那么究竟什么是压裂技术?压裂技术是怎么发展起来的?优缺点并存的压裂技术的未来又在何方?且听我们一步步细细道来。1什么是压裂技术? 压裂就是利用人工作用在油气层中

金双环带你了解:水力压裂的前世今生

【概要描述】​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生产主力,同正常的油气资源不同的是,开发低渗透超低渗透的油气资源,必须要使用压裂技术进行储层改造,也就是说,水力压裂技术是油气资源稳产增产不可或缺的一大支柱。    那么究竟什么是压裂技术?压裂技术是怎么发展起来的?优缺点并存的压裂技术的未来又在何方?且听我们一步步细细道来。1什么是压裂技术? 压裂就是利用人工作用在油气层中

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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生产主力,同正常的油气资源不同的是,开发低渗透超低渗透的油气资源,必须要使用压裂技术进行储层改造,也就是说,水力压裂技术是油气资源稳产增产不可或缺的一大支柱。
       那么究竟什么是压裂技术?压裂技术是怎么发展起来的?优缺点并存的压裂技术的未来又在何方?且听我们一步步细细道来。


1

什么是压裂技术?

 

压裂就是利用人工作用在油气层中人为形成裂缝,改善油气资源储层的储层参数,提高油气层中流体流动能力的一种储层改造技术。打个比喻的话,正常的油气储层如果是一块难以下手的顽石,压裂技术的本质就是要把这块顽石变成海绵,让我们能够从中“挤出”油气资源来。
        整个压裂过程一般如下:

首先,要有一口打好的井,这是前提。有了井之后,就需要压裂车登场,压裂车通过井筒向地层内注入大排量、高粘度的混合液体,不断增大井底的压力,当该压力超过地层承受能力时,便会在井底附近的地层处形成裂缝,这一压力一般称为起裂压力。

 

地层起裂开始之后,就需要继续注入携带支撑剂的压裂液,这里的支撑剂一般有石英砂、核桃壳、人造陶粒、人造塑料球、人造玻璃球等等,其中运用最广泛的是石英砂。它的作用是撑开已经打开的地层裂缝不让其闭合,随着压裂液的持续注入,打开的人工裂缝逐渐向前延伸,含有石英砂的裂缝就慢慢变成了具有一定尺寸的高导流能力的填砂裂缝。

 

到了这一步,压裂过程基本完成,随后就是关井,也就是关闭井口所有出口闸门,等待地层内部后续的压裂液破胶、滤失及裂缝闭合过程,防止支撑剂随高粘度压裂液返出裂缝。

2

压裂技术的发展

 

说到压裂的历史,有记载的最早的压裂发生在1947年,美国Stanolind石油天然气公司在美国堪萨斯州西南部的Hugoton油田进行了首次水力压裂实验。

 

仅仅两年之后的1949年3月17日,哈里伯顿在美国俄克拉荷马州的维尔玛和德克萨斯的阿彻县两地进行了第一次商业性的压裂施工,拉开了压裂技术商业化的序幕。作为非常规资源的一种,页岩气在开发上原本具有较高的难度,美国能通过页岩气革命发展成能源大国,可以说压裂技术功不可没。
       此后,压裂技术开始在全球范围内广泛地运用于油气开采,并从1947年的单井小型压裂,发展到现在的考虑开发井网,直井分层压裂、水平井分段压裂的规模化系统化压裂,也取得了此项技术应有的提高产能的效果。


       中国于1952年开始在中国陆地上的第一口油井——延长油矿进行压裂实验。

1973年,大庆油田开始采用水力压裂作为油田增产增注的主要技术措施,随后中石油、中石化、中海油纷纷开始采用压裂作业。但是即使是发展到现在,不能否认的是,中国的压裂技术同美国相比仍然有很大程度的落后。中国的压裂在技术上大量借鉴了美国的经验,在压裂设备上甚至有一部分直接使用美国的。
       比如,在2013年中国第一次页岩气工业压裂中,施工方就使用了1台哈里伯顿混砂车和1台杰瑞混砂车交替进行混砂施工、10台哈里伯顿压裂车与11台杰瑞2000型压裂车共同压裂的作业方案,美国哈里伯顿和中国杰瑞生产的压裂设备共同施工,才保证了中国第一次页岩气压裂施工的“顺产”。

 

3

压裂技术的前景

 

在第一部分的描述中我们已经可以了解到,整个施工过程都是在已经完井的套管中实现的,地下饮用水在地面下30-300米左右,而富含油气的页岩层一般在地面1500米以下,在地下水层和页岩层之间有致密的岩石层,这些岩石的渗透性很差,它们保护了地下的油气资源不扩散的同时也保护了与之相隔的地下水不被污染。而且为了保护地下水,打下的井在地下水层附近的部分,原则上必须使用直径34cm的表层套管,表层套管的长度及使用的水泥都有严格的规定,这进一步确保了地下水不被污染。
       但是即使压裂技术本身比较完善,在监管不到位和能源公司不断追求低生产成本的情况下,没有被妥善处理的施工废水依然会对地下水产生影响,也存在引起地震的可能。
       2014年的时候,美国的一名男子雅各布就发现家里的自来水可以点燃,这正是因为附近油田在施工中不注意处理废水,地下水被污染形成的怪异现象。

 

所以进一步研究技术上更可靠更安全的压裂技术一直以来都是石油人的追求,早在20世纪70年代,美国就开始试验液氮和二氧化碳泡沫压裂技术,这种技术直接在原压裂液的基础上添加液氮和二氧化碳作为起泡剂,从而组成以气相为内相、液相为外相的低伤害压裂液。提高了压裂液的黏度、加快了反排过程,同时降低了对地层的伤害。

 

除此之外,近几年还发展出了完全的无水压裂技术,包括LPG(液化石油气)压裂技术、高能气体压裂技术以及超临界二氧化碳压裂技术。

       虽然他们的名目令人眼花缭乱,但是其本质都是一样的——利用效率更高污染更小的东西替代压裂液。这样在技术上本身就不会产生污染性的废物,就不存在需要依靠油气公司的道德感保护环境的问题了。

       LPG(液化石油气)无水压裂技术:这是由加拿大Gasfrac能源服务公司推出的技术,顾名思义,这项技术将丙烷压缩到凝胶状态,替代压裂液与支撑剂一起压入岩石裂缝。

        高能气体压裂(HEGF)技术:通过将特殊工艺制成的压裂弹输送到目的层并引燃,压裂弹迅速生成大量高温高压气体压开地层。

       超临界二氧化碳压裂技术:超临界二氧化碳即温度和压力均高于其气液零界点的流体二氧化碳,它具有神奇的属性——密度接近于液体,黏度接近于气体,扩散系数大于液体,表面张力接近于零。换句话说,它是液态的,但是流动起来像气体一样快,同时又像气体一样无孔不入,可以迅速计入液体进不去的极为细小的孔隙。如果得到很好的应用,可以很容易想象的是,它在地层中钻速很高,不会污染地层,并且会帮助开采一些很细小的孔隙中的油气资源,提高采收率。

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