頁巖氣儲(chǔ)層多級壓裂水平井非線性滲流理論研究

頁巖氣儲(chǔ)層多級壓裂水平井非線性滲流理論研究一、本文概述本文旨在深入研究和探討頁巖氣儲(chǔ)層多級壓裂水平井的非線性滲流理論。隨著全球能源需求的持續(xù)增長，頁巖氣作為一種重要的清潔能源，其開發(fā)和利用受到了廣泛關(guān)注。然而，頁巖氣儲(chǔ)層具有低孔、低滲、非均質(zhì)性強(qiáng)等特點(diǎn)，使得其開發(fā)面臨諸多挑戰(zhàn)。因此，研究頁巖氣儲(chǔ)層的多級壓裂水平井非線性滲流理論，對于提高頁巖氣開采效率、降低開采成本、實(shí)現(xiàn)頁巖氣資源的可持續(xù)利用具有重要的理論和實(shí)踐意義。本文首先對頁巖氣儲(chǔ)層的基本特性進(jìn)行概述，包括其地質(zhì)特征、儲(chǔ)層物性、滲流特性等。然后，詳細(xì)介紹多級壓裂水平井的基本原理和技術(shù)特點(diǎn)，包括壓裂設(shè)計(jì)、裂縫擴(kuò)展、裂縫網(wǎng)絡(luò)形成等過程。在此基礎(chǔ)上，重點(diǎn)研究非線性滲流理論在頁巖氣儲(chǔ)層多級壓裂水平井中的應(yīng)用，包括滲流模型的建立、求解方法的選擇、滲流規(guī)律的揭示等。本文還將探討非線性滲流理論在頁巖氣儲(chǔ)層多級壓裂水平井中的實(shí)際應(yīng)用，包括滲流模擬、產(chǎn)能預(yù)測、優(yōu)化決策等方面。通過實(shí)際案例的分析和模擬，驗(yàn)證非線性滲流理論的有效性和可靠性，為頁巖氣儲(chǔ)層的開發(fā)提供理論支持和技術(shù)指導(dǎo)。本文還將對頁巖氣儲(chǔ)層多級壓裂水平井非線性滲流理論的發(fā)展趨勢進(jìn)行展望，以期為未來頁巖氣資源的開發(fā)和利用提供新的思路和方法。二、頁巖氣儲(chǔ)層滲流特性分析頁巖氣儲(chǔ)層是一種典型的低孔低滲儲(chǔ)層，其滲流特性相較于常規(guī)儲(chǔ)層具有顯著的不同。頁巖氣儲(chǔ)層中，由于頁巖的微觀結(jié)構(gòu)復(fù)雜，裂縫和孔隙分布不均，使得氣體在儲(chǔ)層中的流動(dòng)變得極為復(fù)雜。因此，深入研究頁巖氣儲(chǔ)層的滲流特性，對于提高頁巖氣開采效率和優(yōu)化開采工藝具有重要意義。在頁巖氣儲(chǔ)層中，氣體的流動(dòng)主要受到基質(zhì)滲透率、裂縫滲透率、裂縫間距、裂縫開度以及氣體物理性質(zhì)等多種因素的影響。其中，基質(zhì)滲透率是頁巖氣儲(chǔ)層滲流特性的重要參數(shù)之一。由于頁巖的微觀結(jié)構(gòu)復(fù)雜，基質(zhì)滲透率往往較低，這限制了氣體在基質(zhì)中的流動(dòng)能力。而裂縫滲透率則相對較高，是氣體在頁巖氣儲(chǔ)層中流動(dòng)的主要通道。在頁巖氣儲(chǔ)層中，裂縫的存在對于氣體的流動(dòng)具有重要影響。裂縫不僅可以提供氣體流動(dòng)的通道，還可以增加儲(chǔ)層的儲(chǔ)氣能力。然而，裂縫的分布和開度受到多種因素的影響，如地應(yīng)力、地溫、巖石力學(xué)性質(zhì)等。因此，裂縫的滲流特性具有顯著的非線性特征。為了更好地描述頁巖氣儲(chǔ)層的滲流特性，需要建立適用于非線性滲流的理論模型。這些模型應(yīng)該能夠綜合考慮基質(zhì)滲透率、裂縫滲透率、裂縫間距、裂縫開度以及氣體物理性質(zhì)等多種因素的影響，并能夠準(zhǔn)確地描述氣體在頁巖氣儲(chǔ)層中的流動(dòng)規(guī)律。還需要通過實(shí)驗(yàn)研究來驗(yàn)證理論模型的正確性。實(shí)驗(yàn)研究可以通過模擬頁巖氣儲(chǔ)層的實(shí)際條件，測量氣體在儲(chǔ)層中的流動(dòng)參數(shù)，如滲透率、壓力分布、流速等。通過與理論模型的對比，可以驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確性，并進(jìn)一步完善模型的建立。頁巖氣儲(chǔ)層的滲流特性具有顯著的非線性特征，需要建立適用于非線性滲流的理論模型來進(jìn)行描述。實(shí)驗(yàn)研究也是驗(yàn)證模型正確性的重要手段。通過深入研究頁巖氣儲(chǔ)層的滲流特性，可以為頁巖氣的高效開采提供理論支持和技術(shù)指導(dǎo)。三、多級壓裂水平井滲流數(shù)值模擬在頁巖氣儲(chǔ)層多級壓裂水平井的開采過程中，非線性滲流現(xiàn)象的存在使得滲流規(guī)律復(fù)雜多變。為了深入研究和理解這一復(fù)雜的滲流過程，本文采用數(shù)值模擬的方法對多級壓裂水平井的非線性滲流進(jìn)行模擬和分析。數(shù)值模擬方法的選擇對于結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性至關(guān)重要。在本文中，我們選用了一種基于有限差分法的數(shù)值模擬軟件，該軟件能夠處理非線性滲流問題，并且對于復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境和工程條件具有較強(qiáng)的適應(yīng)性。在模擬過程中，我們根據(jù)實(shí)際的頁巖氣儲(chǔ)層地質(zhì)特征，設(shè)定了合理的模型參數(shù)和邊界條件。模型的建立充分考慮了頁巖儲(chǔ)層的低孔低滲特性、多級壓裂裂縫的分布和擴(kuò)展規(guī)律，以及水平井的布井方式等因素。同時(shí)，我們還考慮了頁巖氣開采過程中的壓力傳遞、氣體擴(kuò)散和吸附解吸等過程，以確保模擬結(jié)果的全面性和準(zhǔn)確性。通過數(shù)值模擬，我們得到了多級壓裂水平井在不同開采階段的滲流場分布、壓力變化規(guī)律和氣體產(chǎn)量等數(shù)據(jù)。分析這些數(shù)據(jù)，我們發(fā)現(xiàn)多級壓裂裂縫的存在可以顯著提高頁巖氣儲(chǔ)層的滲流能力，從而增加氣體的產(chǎn)量。非線性滲流現(xiàn)象的存在使得滲流規(guī)律呈現(xiàn)出明顯的非線性特征，這對于制定合理的開采方案和優(yōu)化工程參數(shù)具有重要意義。通過數(shù)值模擬方法對多級壓裂水平井的非線性滲流進(jìn)行研究，不僅可以深入了解滲流規(guī)律，還可以為頁巖氣儲(chǔ)層的開發(fā)提供理論支持和指導(dǎo)。在未來的研究中，我們將進(jìn)一步完善數(shù)值模型，提高模擬精度，以更好地服務(wù)于頁巖氣的高效開發(fā)和利用。四、非線性滲流對頁巖氣開發(fā)的影響頁巖氣儲(chǔ)層的多級壓裂水平井開發(fā)過程中，非線性滲流現(xiàn)象的影響不容忽視。理解并掌握非線性滲流理論，對于優(yōu)化頁巖氣開發(fā)策略，提高采收率，降低開發(fā)成本具有重要的理論和實(shí)際意義。非線性滲流會(huì)顯著影響頁巖氣井的產(chǎn)量。由于頁巖儲(chǔ)層具有低孔、低滲的特性，氣體在儲(chǔ)層中的流動(dòng)往往呈現(xiàn)出非線性滲流的特點(diǎn)。這種非線性滲流會(huì)導(dǎo)致井筒附近的氣體壓力分布不均，進(jìn)而影響到井的產(chǎn)量。因此，在頁巖氣開發(fā)過程中，必須充分考慮非線性滲流的影響，合理設(shè)計(jì)井網(wǎng)布局和壓裂方案，以提高井的產(chǎn)量。非線性滲流對頁巖氣藏的采收率具有重要影響。頁巖氣藏的采收率受到多種因素的影響，其中非線性滲流是一個(gè)重要的因素。由于非線性滲流的存在，氣體在儲(chǔ)層中的流動(dòng)變得更加復(fù)雜，這會(huì)增加采收率的難度。因此，在頁巖氣開發(fā)過程中，需要通過精細(xì)的地質(zhì)建模和數(shù)值模擬，深入研究非線性滲流對采收率的影響，制定出更加科學(xué)的開發(fā)策略。非線性滲流還會(huì)影響到頁巖氣開發(fā)的成本。在頁巖氣開發(fā)過程中，壓裂是一個(gè)關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。由于非線性滲流的存在，壓裂過程中可能會(huì)出現(xiàn)一些不可預(yù)測的情況，如裂縫擴(kuò)展不均、裂縫閉合等，這會(huì)增加壓裂的難度和成本。因此，在壓裂設(shè)計(jì)和實(shí)施過程中，需要充分考慮非線性滲流的影響，采取有效的措施來降低壓裂成本。非線性滲流對頁巖氣開發(fā)的影響是多方面的。為了更好地開發(fā)頁巖氣資源，需要深入研究非線性滲流理論，掌握其在頁巖氣開發(fā)中的應(yīng)用方法和技術(shù)手段。還需要加強(qiáng)與其他相關(guān)領(lǐng)域的合作與交流，共同推動(dòng)頁巖氣開發(fā)技術(shù)的創(chuàng)新與發(fā)展。五、結(jié)論與展望本文深入研究了頁巖氣儲(chǔ)層多級壓裂水平井的非線性滲流理論，通過理論建模、數(shù)值模擬和案例分析，揭示了多級壓裂水平井在頁巖氣開發(fā)中的滲流特性及其影響因素。研究結(jié)果表明，頁巖氣儲(chǔ)層的多級壓裂水平井在非線性滲流階段，受到地層參數(shù)、壓裂工藝、井筒參數(shù)等多重因素的綜合影響。通過對這些因素的分析和優(yōu)化，可以有效提高頁巖氣井的產(chǎn)量和開發(fā)效率。本文的創(chuàng)新點(diǎn)在于建立了考慮多因素影響的非線性滲流模型，并通過數(shù)值模擬驗(yàn)證了模型的準(zhǔn)確性。同時(shí)，本文還提出了針對頁巖氣儲(chǔ)層多級壓裂水平井的優(yōu)化建議，為實(shí)際工程應(yīng)用提供了理論支持。隨著頁巖氣開發(fā)的不斷深入，多級壓裂水平井技術(shù)將繼續(xù)得到優(yōu)化和應(yīng)用。未來的研究方向可以從以下幾個(gè)方面展開：進(jìn)一步完善非線性滲流模型，考慮更多實(shí)際工程中的影響因素，如地應(yīng)力、溫度、流體物性等，以提高模型的預(yù)測精度。結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際數(shù)據(jù)，對模型進(jìn)行驗(yàn)證和優(yōu)化，為實(shí)際工程提供更可靠的指導(dǎo)。研究多級壓裂水平井在不同地質(zhì)條件下的適用性，為頁巖氣開發(fā)的區(qū)域選擇提供依據(jù)。頁巖氣儲(chǔ)層多級壓裂水平井的非線性滲流理論研究具有重要的理論價(jià)值和實(shí)際應(yīng)用意義。通過不斷深入研究，將為頁巖氣的高效開發(fā)提供有力支持。參考資料：頁巖氣儲(chǔ)層壓裂改造技術(shù)是一種非常重要的石油和天然氣開采技術(shù)。由于頁巖氣儲(chǔ)層具有低滲透性、非均質(zhì)性和復(fù)雜的地質(zhì)特征，因此需要進(jìn)行壓裂改造以提高天然氣產(chǎn)量。本文將詳細(xì)介紹頁巖氣儲(chǔ)層壓裂改造技術(shù)的原理、設(shè)備與材料、施工工藝、成功案例以及未來展望。頁巖氣儲(chǔ)層壓裂改造技術(shù)的原理是通過向地下頁巖儲(chǔ)層注入高壓流體，擴(kuò)大巖石的裂縫，從而提高天然氣的滲透率和流動(dòng)性。壓裂改造還可以通過支撐劑的添加來保持裂縫的張開狀態(tài)，提高儲(chǔ)層的導(dǎo)流能力。頁巖氣儲(chǔ)層壓裂改造的主要設(shè)備包括壓裂車、砂泵、混砂車、液氮泵等。壓裂車是用于將高壓流體注入地下儲(chǔ)層的設(shè)備，液泵用于傳輸壓裂液，而混砂車則用于將支撐劑混入壓裂液中。另外，還需要包括壓裂液和支撐劑等材料。壓裂：將高壓流體注入儲(chǔ)層，使其產(chǎn)生裂縫，并添加支撐劑以保持裂縫的張開狀態(tài)。效果評估：對壓裂改造后的儲(chǔ)層進(jìn)行評估，確定其滲透性和導(dǎo)流能力是否提高。在過去幾年中，許多成功的頁巖氣儲(chǔ)層壓裂改造案例已經(jīng)涌現(xiàn)。例如，某公司在美國北達(dá)科他州的巴肯頁巖氣田實(shí)施了壓裂改造，通過優(yōu)化施工工藝和材料選擇，成功提高了氣田的天然氣產(chǎn)量。另外，某公司在得克薩斯州的威利斯頓盆地實(shí)施了壓裂改造，通過多段壓裂和高效液氮泵送技術(shù)，成功打開了多個(gè)頁巖氣藏，提高了盆地的天然氣產(chǎn)量。隨著科技的不斷進(jìn)步和技術(shù)的不斷優(yōu)化，頁巖氣儲(chǔ)層壓裂改造技術(shù)將會(huì)有更多的發(fā)展機(jī)遇。未來，頁巖氣儲(chǔ)層壓裂改造技術(shù)將朝著更加高效、環(huán)保、安全的方向發(fā)展。同時(shí)，隨著全球天然氣的需求量不斷增加，頁巖氣儲(chǔ)層壓裂改造技術(shù)的廣泛應(yīng)用將會(huì)為全球能源供應(yīng)帶來更多的可能性。頁巖氣儲(chǔ)層壓裂改造技術(shù)是頁巖氣開采過程中的一項(xiàng)重要技術(shù)，對于提高天然氣產(chǎn)量具有重要意義。本文介紹了該技術(shù)的原理、設(shè)備與材料、施工工藝、成功案例以及未來展望。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大，頁巖氣儲(chǔ)層壓裂改造技術(shù)將會(huì)為全球能源供應(yīng)帶來更多的貢獻(xiàn)。隨著全球能源需求的持續(xù)增長，頁巖氣作為一種清潔、高效的能源形式，逐漸受到廣泛。頁巖氣儲(chǔ)層具有復(fù)雜的物理特性，如低滲透性、非均質(zhì)性等，因此，對頁巖氣儲(chǔ)層的開發(fā)利用需要進(jìn)行深入的研究。其中，多級壓裂水平井技術(shù)是頁巖氣開發(fā)中的重要手段，而對其非線性滲流理論的研究是提高頁巖氣開采效率的關(guān)鍵。多級壓裂水平井技術(shù)是一種通過多級壓裂對低滲透性儲(chǔ)層進(jìn)行增產(chǎn)的工程技術(shù)，該技術(shù)通過在水平井的多個(gè)位置進(jìn)行壓裂，增加儲(chǔ)層的滲透性，提高產(chǎn)能。然而，多級壓裂水平井的滲流行為受到多種因素的影響，如儲(chǔ)層的物理性質(zhì)、裂縫的分布和連通性、地層壓力等。因此，對多級壓裂水平井的非線性滲流理論進(jìn)行研究，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。非線性滲流理論是在經(jīng)典線性滲流理論的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。線性滲流理論假設(shè)流體在多孔介質(zhì)中的流動(dòng)滿足Darcy-Forchheimer方程，即流量與壓力梯度成正比，而與粘度等流體性質(zhì)無關(guān)。然而，在頁巖氣儲(chǔ)層等復(fù)雜介質(zhì)中，由于存在儲(chǔ)層的多層結(jié)構(gòu)、裂縫和基質(zhì)間的復(fù)雜相互作用等因素，流體的流動(dòng)行為明顯偏離了線性關(guān)系。因此，非線性滲流理論被提出以描述這種復(fù)雜的流動(dòng)行為。非線性滲流理論考慮了壓力和粘度等流體性質(zhì)對流動(dòng)的影響，更準(zhǔn)確地反映了儲(chǔ)層中流體的實(shí)際流動(dòng)行為。在非線性滲流模型中，通常采用修正的Darcy-Forchheimer方程來描述頁巖氣儲(chǔ)層中的流體流動(dòng)。該方程包含了壓力和粘度等流體性質(zhì)，能夠更準(zhǔn)確地預(yù)測儲(chǔ)層的產(chǎn)能。在實(shí)際應(yīng)用中，非線性滲流模型的建立需要考慮多種因素，如儲(chǔ)層的物理性質(zhì)、裂縫的分布和連通性、地層壓力等。這些因素對模型的準(zhǔn)確性和適用性具有重要影響。因此，需要結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和數(shù)值模擬方法對模型進(jìn)行驗(yàn)證和優(yōu)化。數(shù)值模擬方法是一種有效的研究手段，可以模擬頁巖氣儲(chǔ)層的實(shí)際工況，對非線性滲流模型進(jìn)行驗(yàn)證和優(yōu)化。常用的數(shù)值模擬軟件包括COMSOLMultiphysics、ANSYSFluent等。這些軟件可以對非線性滲流模型進(jìn)行離散化處理，并利用迭代方法求解方程組，從而得到儲(chǔ)層的壓力分布、流量分布等關(guān)鍵參數(shù)。頁巖氣儲(chǔ)層多級壓裂水平井非線性滲流理論研究是提高頁巖氣開采效率的關(guān)鍵。通過對非線性滲流理論的研究和應(yīng)用，可以更準(zhǔn)確地預(yù)測儲(chǔ)層的產(chǎn)能，優(yōu)化開發(fā)方案，為頁巖氣產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供支持。然而，非線性滲流理論仍需進(jìn)一步研究和改進(jìn)，以適應(yīng)更復(fù)雜和實(shí)際的儲(chǔ)層條件。未來的研究可以集中在建立更為精確的非線性滲流模型、研究儲(chǔ)層的多尺度特性等方面。頁巖層可以作為氣體的源巖和儲(chǔ)集巖，儲(chǔ)層具有連續(xù)分布、低孔、特低滲、脆性較高等特性。頁巖中的天然氣以三種形式存在：巖石孔隙中的游離氣、天然裂縫中的游離氣和有機(jī)質(zhì)礦物表面的吸附氣吒這些不同的儲(chǔ)集機(jī)理直接影響著頁巖氣開發(fā)的方式、速度和效率。全球能源研究估計(jì)，大型頁巖氣資源主要分布在北美、拉丁美洲和亞太地區(qū)。2012年研究表明，美國的頁巖氣資源約為415000x10^520000乂108V，加拿大約為140000x10^170000x10^^3，我國主要盆地和地區(qū)的頁巖氣可采資源量大約為260000乂108V，而對其它地區(qū)的資源狀況研究非常有限。美國頁巖氣開發(fā)的經(jīng)驗(yàn)表明：增產(chǎn)技術(shù)尤其是水平井壓裂技術(shù)，對于頁巖氣的開發(fā)是至關(guān)重要的，其它重要的技術(shù)包括水平井定向井鉆井以及油藏描述技術(shù)。巴內(nèi)特頁巖是美國最先獲得成功開發(fā)的頁巖氣層，也是當(dāng)前美國最高產(chǎn)的頁巖氣田，已成為美國甚至全球其它頁巖氣田開發(fā)的典范。巴內(nèi)特頁巖開發(fā)初期采用直井開發(fā)，但生產(chǎn)效果并不理想，2000年前后，轉(zhuǎn)向水平井開發(fā)，產(chǎn)量得到3-5倍的提升。當(dāng)前，美國頁巖氣新井幾乎都采用水平井，深度通常在1200~2500米之間，并且采用長曲率半徑〈10~157300〉造斜，便于后期措施改造。通常水平段長度在600~15000之間，隨著水平井作業(yè)技術(shù)的進(jìn)步，最新的水平段長度超過了3000。多數(shù)83巾611頁巖井水平段端部都比跟部略高15^450〉，這樣有利于壓裂時(shí)返排和產(chǎn)水后產(chǎn)出水流向最低的跟部。水平井完井方式經(jīng)歷了從套管完井向裸眼完井方式的轉(zhuǎn)變，見圖1。早期的水平井通常采用300（斗1//）或700”1//〉套管完井，壓裂采用可鉆橋塞實(shí)現(xiàn)多級壓裂。2012年國外更傾向于采用裸眼水平井多級壓裂方式完井投產(chǎn)，壓裂級數(shù)也逐漸由5~7級，提高到20級以上。巴內(nèi)特頁巖氣藏在水平井開發(fā)中曾試用過以下幾種完井方式。巴內(nèi)特頁巖早期典型的完井是在水平段采用不固井的套丨襯管，壓裂時(shí)不采用機(jī)械轉(zhuǎn)向，只在水平段套管上射開特定數(shù)量的孔，并在施工中采用大排量（25-32^3/^；^），以獲得限流效果。部分作業(yè)中還采用了封堵球和巖鹽，以輔助流體在炮眼間轉(zhuǎn)向。然而，由于流體可在套管和裸眼的環(huán)空間自由運(yùn)動(dòng)，在水平段任一部位都可能生成裂縫?，F(xiàn)場微地震監(jiān)測也表明，壓裂液在套管內(nèi)有時(shí)會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)向，但裂縫生成和傳播是完全隨機(jī)的，并不一定是在套管射孔位置，在井筒的任一點(diǎn)，各種裂縫事件都可能發(fā)生。巴內(nèi)特頁巖初次使用固井套管是為了應(yīng)用限流壓裂，以改善水平井全井段上的裂縫分布。限流技術(shù)主要采用高排量和封堵球丨巖鹽實(shí)行轉(zhuǎn)向分流。對這些井的監(jiān)測同樣顯示了裂縫傳播非常隨機(jī)，裂縫走向幾乎不可預(yù)測。早期對上述兩種完井方式生產(chǎn)效果進(jìn)行的對比表明，盡管固井水泥能在套管和地層間起到一定程度的轉(zhuǎn)向作用，但通常裸眼（不固）井產(chǎn)量和采收率都要高于套管固井完井。這是頁巖地層中最常用的一種方式（見圖）。完井時(shí)，先對水平井筒內(nèi)的套管注水泥，然后實(shí)施“橋塞十射孔”多級壓裂改造，即通過電纜或連續(xù)油管坐封橋塞實(shí)現(xiàn)套管內(nèi)的機(jī)械封隔，通過固井實(shí)現(xiàn)環(huán)空的機(jī)械轉(zhuǎn)向。隨后多次重復(fù)這一工藝，在水平段上完成多級壓裂改造。當(dāng)所有小段被處理完后，采用連續(xù)油管鉆除復(fù)合橋塞，使水平井筒從跟部到端部重新連通并投產(chǎn)。盡管這種方式可以實(shí)現(xiàn)水平段的分段轉(zhuǎn)向改造，但每一級都要使用連續(xù)油管、射孔槍和壓裂裝備進(jìn)行作業(yè)，生產(chǎn)費(fèi)用非常高，而且作業(yè)效率低、費(fèi)時(shí)。研究表明，采用這種方法獲得的產(chǎn)量同樣不理想，因?yàn)楣叹鄷?huì)封堵許多天然裂縫和節(jié)理，而這些裂縫和節(jié)理對于提高氣井產(chǎn)量都非常重要。2006年，一種新型裸眼井多級壓裂（1只肥）完井方式在德克薩斯06加0^縣運(yùn)用（見圖化），該工藝最初是在2001年提出的，旨在提高多級壓裂的時(shí)間效率，降低作業(yè)成本，提高系統(tǒng)可靠性和可重復(fù)作業(yè)能力。裸眼多級壓裂系統(tǒng)用水力坐封的套管外封隔器代替水泥固井來隔離各層段，封隔器通常采用彈性元件密封裸眼井筒，生產(chǎn)時(shí)不需起出或鉆銑，同時(shí)利用滑套工具在封隔器間的井筒上形成通道，來代替套管射孔。這些滑套工具可以通過液壓打開或通過投入（多個(gè)）特定尺寸的啟動(dòng)球來切換套筒并打開通道。這些球可以在兩級之間實(shí)現(xiàn)管內(nèi)封隔，因而無需使用橋塞。裸眼多級壓裂系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)是所有的壓裂處理可以一趟管柱連續(xù)完成，無需使用橋塞，大大節(jié)省了時(shí)間和成本。增產(chǎn)作業(yè)完成后，可以迅速返排并投產(chǎn)，后期還可以鉆除球座，進(jìn)一步提高產(chǎn)量。國外對比了巴內(nèi)特頁巖固井和裸眼多級壓裂完井的長期生產(chǎn)效果。研究表明：盡管在某些套管固井占主流的地區(qū)，傳統(tǒng)觀念仍堅(jiān)持采用套管井，但巴內(nèi)特頁巖裸眼井的生產(chǎn)效果明顯要優(yōu)于固井生產(chǎn)效果，031611^0^06^61等人2010年對比了巴內(nèi)特兩口水平井筒相互平行的鄰井，兩口井采用不同的完井方式：井人采用裸眼多級完井（裸眼十滑套十投球壓裂）；井8采用套管固井十橋塞十射孔完井。兩口井的完井級數(shù)、支撐劑和壓裂液量也比較接近；然而，在3年的生產(chǎn)期間，井人的累積產(chǎn)量幾乎是井8的5倍⑸。最近，03^611等人還模擬了6級裸眼和6級套管固井完井的生產(chǎn)衰竭剖面，結(jié)果顯示，裸眼完井可以更好地實(shí)現(xiàn)全水平段的泄油丨氣'這是因?yàn)樗蕉紊系乃喙叹璧K了環(huán)空的生產(chǎn)；頁巖氣儲(chǔ)藏通常是天然裂縫和節(jié)理發(fā)育，裸眼完井怡怡可以大大發(fā)揮這些天然裂縫對產(chǎn)量的貢獻(xiàn)。頁巖屬于一種超低滲透率儲(chǔ)層，滲透率多在00。01^0之間，因此屬于“納米達(dá)西”滲透率地層，所有儲(chǔ)層必須經(jīng)過壓裂才能投產(chǎn)。通常美國頁巖氣壓裂的單井成本在500萬美元以上，是水平井鉆井成本的2倍。頁巖氣井多采用大規(guī)模水力壓裂，通常會(huì)加入45~4501支撐劑，壓裂用液通常在10000以上。2000年，開始大規(guī)模采用清水壓裂〈又稱減阻水壓裂〉，比凝膠液壓裂成本更低，而增產(chǎn)效果更佳。許多經(jīng)營者將清水壓裂視為頁巖氣技術(shù)發(fā)展史上最重要的革命。美國頁巖氣壓裂中主要應(yīng)用了三種液體體系：液氮直接注入、注氮?dú)馀菽蜏p阻水。除了成本優(yōu)勢外，減阻水能在高排量下泵入大量水和少量支撐劑，可攜帶支撐劑進(jìn)入更深的裂縫網(wǎng)絡(luò)，從而形成更大的裂縫網(wǎng)絡(luò)和泄氣面積，目前（2012年）已成為壓裂作業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)做法。減阻水組成中清水占絕大部分〔5^〉，故又被稱為清水壓裂，見圖2。在諸多添加劑中，兩種必須添加的藥劑為降阻劑和殺菌劑。最常用的降阻劑是部分水解丙烯酰胺。聚丙烯酰胺通常與一種內(nèi)置轉(zhuǎn)相劑或外加轉(zhuǎn)相劑〔可反轉(zhuǎn)乳化液或水化聚合物〉用作油外相乳化液，同時(shí)能提供一定的粘度和降低摩阻。為了提高減阻效果，工業(yè)上的降阻劑產(chǎn)品都具有很高的分子量，例如將聚丙烯酰胺與丙烯酸聚合形成聚合電解質(zhì)，從而提高其減阻率。由于在壓裂的湍流條件下支撐劑傳送不需高粘度，因此能以更低的成本生成與交聯(lián)液或泡沫液一樣長的導(dǎo)流裂縫。對于減阻水壓裂液，通常采用小直徑〔40/70目〕支撐劑，對于天然裂縫發(fā)育的頁巖地層需考慮更小粒徑〔100目〉支撐劑。這是因?yàn)樵跍p阻水丨清水中支撐劑的傳送性能較差，采用小直徑會(huì)在一定程度上改善懸浮性能，同時(shí)也能得到較高的導(dǎo)流能力。生成裂縫中將有很大一部分得不到支撐，但由于頁巖巖石脆性破碎、地層滑移和支撐劑的橋堵丨嵌入作用，裂縫體系內(nèi)仍會(huì)形成“無限”的導(dǎo)流區(qū)，這即是國外學(xué)者提出的“無支撐”裂縫導(dǎo)流能力。在早期減阻水壓裂中，一些頁巖氣井實(shí)施不加砂壓裂同樣獲得了很好的生產(chǎn)效果，因此對于壓裂時(shí)是否必須加支撐劑，目前業(yè)界尚存在爭議，但更普遍的認(rèn)識(shí)是，加砂能提高地層導(dǎo)流能力，有助于提高增產(chǎn)效果。通常頁巖氣藏都很厚，而且頁巖開發(fā)中水平段長度逐漸加大，水力壓裂施工會(huì)在水平段上分多級7段實(shí)施，每次泵注針對頁巖氣儲(chǔ)層的一個(gè)