頁巖儲層孔隙度小，滲透率低，水平井加多級壓裂是頁巖氣開發(fā)應用最廣泛的方式。目前常用的技術有多級壓裂、清水壓裂、水力噴射壓裂、重復壓裂和同步壓裂等。頁巖氣壓裂技術有可膨脹封隔器+滑套多級壓裂、壓裂封隔器+滑套多級壓裂、泵送橋塞多級壓裂、水力噴射壓裂等。在美國的頁巖氣開發(fā)技術中，封隔器+滑套多級壓裂、泵送橋塞多級壓裂技術比較成熟，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、篩管井以及套管井中。
封隔器+滑套多級壓裂 封隔器+滑套多級壓裂技術分為管內封多級壓裂和管外封多級壓裂兩種。管內封多級壓裂適用于套管完井壓裂，一般采用壓裂封隔器分段封隔;管外封多級壓裂適用于裸眼井，一般采用可膨脹封隔器分段封隔。無論是管內封還是管外封壓裂，施工原理基本一致，都是根據頁巖氣儲層開發(fā)的需要，使用封隔器將水平井段分隔成若干段，水力壓裂施工時通過投球打開滑套，從水平段趾端開始逐級投球，進行有針對性的壓裂施工，水平井多級壓裂目前已經是北美頁巖氣壓裂開采主要技術手段。
水平井多級壓裂技術關鍵在于封隔器(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的成功與否。
目前國外油田服務公司都有自己成熟的工具，圖1為貝克休斯Frac-Point分段壓裂系統(tǒng)工具，據報道，貝克休斯利用其Frac-Point 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)�；子梅舛虑虿牧蠟閮�(yōu)質復合材料，耐壓58MPa，耐溫120°，球尺寸極差為 0.25in(6.35mm)。目前正在研發(fā)的產品耐壓可達70MPa，尺寸級差可達0.125in(3.2mm)。圖2為哈里伯頓Delta-Stim 多級壓裂工具，滑套為Delta-Stim增產滑套，封隔器選用可膨脹的Swellpacker封隔系統(tǒng)，膨脹膠筒可膨脹至200%，可密封不規(guī)則裸眼井和套管井。
泵送橋塞多級壓裂 頁巖氣橋塞多級壓裂技術屬于機械封堵分層壓裂技術，適用于套管井。國外油田服務公司都有相當成熟的技術和產品，圖3為貝克休斯QUIK Drill可鉆式復合材料橋塞，該橋塞可耐溫450℉(232℃)，耐壓12500PSI(86MPa)，材料為易鉆磨復合材料。橋塞需要電纜坐封工具坐封(E-4服務工具)，可實現坐封射孔聯作。其壓裂作業(yè)過程為：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定位置，點火坐封橋塞，上提射孔槍至預定位置，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，根據水平頁巖層段設計段數，依次下橋塞，射孔，壓裂。
圖4為哈里伯頓Fas Drill壓裂橋塞，左側橋塞的球形止回閥一球座單向閥。球可在下井時提前預裝，跟橋塞一同下井，右側帶球籠的壓裂橋塞，球形止回閥為一球籠單向閥，這個工具是專為斜井設計的，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。耐溫值最高達到350℉(177℃)。
水力噴射多級壓裂 水力噴射分段壓裂技術原理是根據伯努利方程：把壓力能轉變?yōu)閯幽?即噴射速度)，是一種將水力噴砂射孔與水力壓裂結合起來的工藝技術，由高速射流實現水力封隔，無需封隔器。水力噴射可以實現準確定位射孔，根據需要精確的布置不同尺寸的多條裂縫。利用這種技術可以精確的控制水平井水力壓裂裂縫的位置，尤其對于裸眼完井和篩管完井的低滲透頁巖氣水平井來說，是一種最有效的壓裂增產措施。
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。圖5為水力噴射原理圖。
水力噴射工具關鍵部件是噴嘴，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階段制造噴嘴的材料主要有硬質合金、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。
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