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頁巖儲層具有超低孔低滲特性，鉆完井后需要壓裂改造后才得到經(jīng)濟產(chǎn)量。國外油田服務(wù)公司最新工具達到了很高水平，水平井裸眼封隔器投球滑套分段壓裂技術(shù)用高強度低密度球級差達到1/16in，封隔器耐壓差達到70MPa，TAM公司自膨脹封隔器最高可達302℃；泵送橋塞射孔分段壓裂技術(shù)所用橋塞可分為：堵塞式、單流閥式和投球式復(fù)合橋塞，橋塞耐壓差達103.4MPa，耐溫232℃；哈里伯頓CobraMax H連續(xù)油管噴射工具系統(tǒng)，目前最多達到44段。這些為國內(nèi)頁巖氣水力壓裂完井方式與壓裂工具的選用打下基礎(chǔ)。
從應(yīng)用工具角度看，分段壓裂工藝方面主要包括：水平井裸眼封隔器投球滑套分段壓裂技術(shù)，泵送橋塞分段壓裂技術(shù)，水力噴射分段壓裂技術(shù)。
從壓裂工具方面分析，目前頁巖氣壓裂技術(shù)有可膨脹封隔器/裸眼封隔器+滑套多級壓裂，泵送橋塞射孔壓裂聯(lián)作多級壓裂，水力噴射壓裂等。在美國的頁巖氣開發(fā)技術(shù)中，可膨脹封隔器/裸眼封隔器+滑套多級壓裂，泵送橋塞射孔壓裂聯(lián)作多級壓裂技術(shù)比較成熟，使用比較廣泛，可適用于較長的水平段；水力噴射壓裂可實現(xiàn)準確定位噴射，無需機械封隔，節(jié)省作業(yè)時間，非常適合用于裸眼井、篩管井以及套管中井。
水平井裸眼封隔器投球滑套多級壓裂系統(tǒng)
封隔器投球滑套多級壓裂技術(shù)一般采用可膨脹封隔器或者裸眼封隔器分段封隔。根據(jù)頁巖氣儲層開發(fā)的需要，使用封隔器將水平井段分隔成若干段，水力壓裂施工時水平段最趾端滑套為壓力開啟式滑套，其它滑套通過投球打開，從水平段趾端第二級開始逐級投球，進行有針對性的壓裂施工，管柱如圖1所示。水平裸眼井多級壓裂目前已經(jīng)是北美頁巖氣壓裂開采主要技術(shù)手段，并越來越受到作業(yè)者的歡迎。水平井多級壓裂技術(shù)關(guān)鍵在于封隔器（壓裂封隔器和可膨脹封隔器）和滑套可靠性和安全性能，尤其是管外封壓裂管柱的可膨脹封隔器和開啟滑套的高強度低密度球材料決定技術(shù)的成功與否。
目前國外油田服務(wù)公司都有自己成熟的工具，高強度低密度球級差達到1/16in，封隔器耐壓差達到70MPa，TAM公司耐高溫自膨脹封隔器最高可達302℃。
QuickFRAC和StackFRAC HD Packers Plus公司是開放完井多階段壓裂系統(tǒng)的先驅(qū)，并在設(shè)計和制造各種解決方案的革新方面是行業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)者。自2000年公司開始運營以來，Packers Plus已經(jīng)完成了超過7750個系統(tǒng)，并負責了超過8萬級壓裂。目前已經(jīng)研發(fā)了兩套最先進的裸眼多級壓裂系統(tǒng)：QuickFRAC系統(tǒng)和StackFRAC HD系統(tǒng)。QuickFRAC系統(tǒng)原理是一次投入一個封堵球開啟多個滑套的多級壓裂批處理系統(tǒng)，已實現(xiàn)15次投球進行開啟60級滑套的多級壓裂的施工，每級之間由RockSEAL II封隔器封隔，滑套為QuickPORT滑套。
另一套目前最先進的是StackFRAC HD（High Density）高密度多級壓裂系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以多次投入同一尺寸封堵球開啟多級滑套RepeaterPORT，有效增加壓裂級數(shù)，每級之間用RockSEAL II封隔器封隔。2011年12月，Packers Plus能源服務(wù)公司已成功安裝一個60級的裸眼完井系統(tǒng)，將124套工具串入井。
結(jié)合StackFRAC和QuickFRAC系統(tǒng)，可以更好地滿足客戶多級壓裂的需求。
FracPoint™系統(tǒng) 貝克休斯的FracPoint™多級投球打滑套壓裂系統(tǒng)實現(xiàn)快速、連續(xù)的水力壓裂。每兩級滑套之間可以選用液壓座封裸眼封隔器或自膨脹封隔器。壓裂完成一級后投球泵送打開下級滑套，如此逐級進行壓裂。整體壓裂完畢，密封球被從井內(nèi)返排處地面。
FracPoint™分段壓裂系統(tǒng)主要部件有：大扭矩懸掛器系統(tǒng)、液壓座封裸眼封隔器或自膨脹封隔器、抗高速沖蝕的投球打開滑套、壓力打開滑套、耐高溫高壓封堵球，井筒隔絕閥。
貝克休斯利用其FracPoint升級系統(tǒng)FracPoint EX多段壓裂系統(tǒng)在威廉森頁巖盆地成功進行了一次24段完井作業(yè)，這也是單一井眼中滑套壓裂與封隔器完井系統(tǒng)目前達到的最高級別。滑套用封堵球材料為優(yōu)質(zhì)復(fù)合材料，耐壓58MPa，耐溫120°，球尺寸極差為0.25in（6.35mm）,目前正在研發(fā)的產(chǎn)品耐壓可達70MPa，尺寸級差可達0.125in（3.2mm）。該系統(tǒng)新設(shè)計了滑套球座系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)如圖2所示，球座中增加了支撐環(huán)結(jié)構(gòu)，增加了壓裂過程中球座的耐壓能力。
DeltaStim Plus 20和RapidFrac系統(tǒng) 哈里伯頓DeltaStim Plus 20完井技術(shù)服務(wù)。服務(wù)涉及三種成熟的可靠工具：DeltaStim滑套，DeltaStim壓力開啟滑套和Swellpacker隔離系統(tǒng)。DeltaStim完井可與VersaFlex尾管懸掛器一起下入井中。根據(jù)地層條件可使用Swellpacker隔離系統(tǒng)或Wizard Ⅲ封隔器實現(xiàn)裸眼完井的隔離，Swellpacker封隔器膨脹膠筒可膨脹至200%，可密封不規(guī)則裸眼井和套管井，也可以采用注水泥固井完井隔離。
DeltaStim Plus 20完井技術(shù)服務(wù)系統(tǒng)在4.5in套管中可以分21級，5.5in套管中可以分26級，7in套管可以多達30級，開啟球級差達到1/8in。機械開關(guān)滑套可是現(xiàn)實多次開關(guān)，并可實現(xiàn)無限級數(shù)壓裂。
哈里伯頓另外一套RapidFrac快速壓裂完井系統(tǒng)，提供了一種新的水平井多級完井方法，可以更加準確地布置裂縫。RapidFrac系統(tǒng)可以一次投球打開兩個可膨脹封隔器之間層段的多個滑套。為了確保增產(chǎn)的油藏體積最大化，在任何一個水平井完井中都可以同時使用多達90個滑套。與RapidFrac系統(tǒng)配套的是三種成熟工具：DeltaStim Lite滑套，DeltaStim壓力開啟滑套和Swellpacker隔離系統(tǒng)。
Brigham勘探公司和William生產(chǎn)公司率先采用該技術(shù)，最初應(yīng)用在巴肯頁巖，目前已經(jīng)在全球的頁巖開發(fā)中推廣。Brigham在巴肯頁巖應(yīng)用RapidFrac取得了成功。Williams為了證明該技術(shù)的真實效果，鉆出了兩口井進行對比，一口井使用傳統(tǒng)的“堵塞+射孔”的壓裂系統(tǒng)，另外一口井使用RapidFrac系統(tǒng)。結(jié)果表明，新的RapidFrac完井系統(tǒng)明顯優(yōu)勢，完井時間比傳統(tǒng)技術(shù)縮短了一半以上，早起生產(chǎn)動態(tài)非常好，認為該技術(shù)是提高完井效率的一項重大進步。
泵送橋塞射孔聯(lián)作多級壓裂系統(tǒng)
頁巖氣橋塞多級壓裂技術(shù)屬于機械封堵分層壓裂技術(shù)，適用于套管井，由于其具有分層壓裂段數(shù)不受限制、壓裂層位定位精確、封隔可靠性高等優(yōu)點，受到各作業(yè)公司的歡迎。其作業(yè)流程為：井筒準備，用合適尺寸通井規(guī)通井，第一段射孔；取出射孔槍，進行第一段壓裂；電纜作業(yè)下入橋塞及射孔槍，水平段開泵泵送橋塞至預(yù)定位置；點火坐封橋塞，上提射孔槍至預(yù)定位置，射孔；起出射孔槍和工具，投球至球座，封隔已壓層，壓裂作業(yè)；用同樣方式，根據(jù)水平頁巖層段設(shè)計段數(shù)，依次下橋塞，射孔，壓裂，過程示意圖3所示。
國外油田服務(wù)公司都有比較成熟的橋塞工具，根據(jù)結(jié)構(gòu)橋塞可分為三類：全堵塞式復(fù)合橋塞、單流閥式復(fù)合橋塞和投球式復(fù)合橋塞，如圖4所示。橋塞耐壓差已達103.4MPa，耐溫232℃。
QUIK Drill可鉆式復(fù)合材料橋塞 貝克休斯QUIK Drill可鉆式復(fù)合材料橋塞，該橋塞可耐溫450℉（232℃），耐壓12500PSI（86MPa），材料為易鉆磨復(fù)合材料。貝克休斯QUIK Drill快鉆橋塞分為三類：全堵塞式復(fù)合橋塞、單流閥式復(fù)合橋塞和投球式復(fù)合橋塞，其中投球式和單流閥式橋塞，可以再磨掉橋塞之前進行試氣。全堵塞式在壓裂完成后全部磨銑掉，進行生產(chǎn)。
Fas Drill ®系列快鉆壓裂橋塞 哈里伯頓Fas Drill®系列快鉆壓裂橋塞，普通單流閥式橋塞的球可在下井時提前預(yù)裝，跟橋塞一同下井，哈里伯頓設(shè)計了帶球籠的壓裂橋塞，單向閥為球籠式，這個工具是專為斜井設(shè)計的，防止在斜井段由于球的自由活動無法形成密封。Fas Drill橋塞耐壓值可達到70MPa。根據(jù)適用溫度（華氏度）可分為四個系列：250系列，300系列，350系列和400系列，不同系列工具耐壓從5000psi（34.5MPa）到15000psi（103.4MPa）不等。主要產(chǎn)品尺寸規(guī)格有：4 1/2in，5in和5 1/2in。
Diamondback復(fù)合壓裂橋塞 斯倫貝謝公司Diamondback復(fù)合壓裂橋塞，主體為復(fù)合材料，耐壓8000psi（55MPa），耐溫達到275℉（135℃），尺寸規(guī)格有4 1/2in和5in兩種規(guī)格。
斯倫貝謝公司還有一種可鉆橋塞CopperHead，主體為鋁制材料，完全堵塞式橋塞。耐壓達10000psi（69MPa），耐溫350℉（177℃）。尺寸規(guī)格有2 7/8in、3 1/2in、4 1/2in、5 1/2in和7in。
為了滿足更高壓力和溫度要求，斯倫貝謝公司對該產(chǎn)品進行優(yōu)化設(shè)計了CopperHead Extreme可鉆橋塞，主體材料仍為鋁制材料。耐壓達15000psi（103MPa），耐溫達400℉（204℃），尺寸規(guī)格主要有4 1/2in和5in兩種規(guī)格。
水力噴射多級壓裂
水力噴射分段壓裂是一種最有效的壓裂增產(chǎn)措施。
噴射流體在底層中形成裂縫，通過油套環(huán)空泵入液體使壓裂層壓力小于裂縫延伸壓力，射流出口周圍流體速度最高，其壓力最低，射流流體卷吸環(huán)空周圍液體，一起進入頁巖目的層，驅(qū)使裂縫向前延伸，因目的層壓力低于裂縫延伸壓力，所以在噴射壓裂下一層時，以前壓開層段裂縫不再延伸。水力噴射壓裂技術(shù)可以在裸眼、篩管完井的水平井中進行加砂壓裂，也可以在套管井中進行，施工安全性高，可以用一趟管柱在水平井中快速、準確地壓開多條裂縫，水力噴射工具可以與常規(guī)油管或連續(xù)油管相連接入井。
水力噴射工具關(guān)鍵部件是噴嘴，噴嘴的耐用性和可靠性是制約頁巖氣水平井水力噴射改造的瓶頸?，F(xiàn)階段制造噴嘴的材料主要有硬質(zhì)合金、陶瓷、人造寶石、金剛石等。但是由于金剛石和人造寶石成本高，目前水力噴射壓裂用噴嘴主要由硬質(zhì)合金和陶瓷加工制造。隨著頁巖地層深度不斷加深，地層壓力增高，噴射壓力也高噴射速度越快，要求噴嘴材料的硬度和耐磨性也越高。
國外油田服務(wù)公司應(yīng)用較早且較多的公司是美國的HALLIBURTON公司。僅2006～2007年兩年間HALLIBURTON公司在美國、加拿大、哈薩克斯坦、俄羅斯、巴西應(yīng)用水力噴射壓裂690層段，在德克薩斯創(chuàng)下了2天壓裂10層段的記錄。目前有兩套比較成熟的水力噴射壓裂系統(tǒng)——CobraMax H和SurgiFrac系統(tǒng)。CobraMax H連續(xù)油管射孔，環(huán)空加砂方式，目前最多達到44段，圖5為CobraMax H連續(xù)油管噴射作業(yè)的施工過程。SurgiFrac為普通油管連接入井，噴射器為投球打開滑套式，油管內(nèi)加砂環(huán)空補液的壓裂方式目前已經(jīng)達到12段。
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