頁巖氣技術開發現狀綜述

張英俊　吳捷　孫文慧

摘 要：頁巖氣是一種清潔、高效的能源，全球頁巖氣總資源量相當于常規天然氣的1.4倍，其作為一種非常規天然氣，已成為全球油氣資源勘探開發的新寵。美國是頁巖氣研究開發最早、最成功的國家，目前頁巖氣產業已至快速發展階段。而加拿大是繼美國之后世界上第二個對頁巖氣進行勘探開發的國家，其頁巖氣勘探初步形成規模。我國頁巖氣勘探開發還處于探索起步階段，北美地區頁巖氣開發為中國頁巖氣展示了良好的前景，為加快中國頁巖氣發展提供了先進的經驗和有益的技術借鑒。我國也正在大力推動頁巖氣勘探開發，增加天然氣資源供應，緩解我國天然氣供需矛盾，調整能源結構，促進節能減排，但同時不應忽視頁巖氣勘探開發過程中對環境的影響。

關鍵詞：頁巖氣技術；開發；現狀

1 頁巖氣開發鉆完井工藝技術概況

與常規天然氣關鍵在“找氣”不同的是，頁巖氣開發的關鍵在“采氣”，但是由于勘探開發理論和技術上還不夠成熟，我國頁巖氣開發仍處于研究開發的初級階段[1]，在技術開發上還有許多難關需要攻克，如機理分析研究、實驗測試與分析、含氣特點與模擬、精確導向與儲層改造、壓裂技術與壓裂液等。

水平井是頁巖氣藏成功開發的關鍵因素，水平井的推廣應用加速了頁巖氣的開發進程。在頁巖氣層鉆水平井，可以獲得更大的儲層泄流面積，更高的天然氣產量。根據美國頁巖氣開發的經驗，水平井的日均產氣量及最終產氣量是垂直井的3～5倍，產氣速率則提高10倍，而水平井的成本則僅為垂直井的25%～50%。然而頁巖氣水平井鉆井中，水平段較長，摩阻、攜巖及地層污染問題非常突出[1]，因此鉆井效率、工程事故的發生率及儲層保護效果等問題也亟待解決改善。

頁巖氣開發水力壓裂原理就是利用儲層的天然或誘導裂縫系統，使用含有各種添加劑的壓裂液在高壓下注入地層，是儲層裂縫網絡擴大，并依靠支撐劑支撐裂縫，從而改善儲層裂縫網絡系統，達到增產目的。頁巖氣水力壓裂的關鍵因素是裂縫系統和壓裂液的配置。而裂縫的發育程度又是影響頁巖氣產量的重要因素，獲得更多的裂縫是壓裂設計首先考慮的問題。另外合理配置壓裂液是頁巖儲層鉆井及壓裂面臨的主要問題。頁巖儲層開發采用不同的壓裂方式，壓裂液配置成分也不同。

頁巖氣井的完井方式主要包括套管射孔完井、尾管固井后射孔完井、裸眼射孔完井、組合式橋塞完井、機械式組合完井等。美國大多數頁巖氣水平井均采用套管射孔完井，其優點是免去下封隔器或橋塞，縮短完井時間，工藝相對成熟簡單，有利于后期多段壓裂，缺點是有可能造成水泥漿對儲層的傷害；尾管固井后射孔完井優點是有利于多級射孔分段壓裂，成本適中，但工藝相對復雜，固井難度較大，可能造成水泥漿對儲層傷害；裸眼射孔完井能夠有效避免水泥對儲層的傷害，避免注水泥時壓裂地層，避免水泥浸入地層的原有孔隙中，工藝相對簡單，成本相對較低，缺點是后期多級射孔分段壓裂難度較大，不易控制，后期完井措施難度加大。尾管固井后射孔完井及裸眼射孔完井在頁巖氣鉆完井中不常用[1]。組合式橋塞完井[2]是頁巖氣水平井最常用的完井方法，但因需要在施工中射孔、坐封橋塞、鉆橋塞，也是最耗時的一種方法；機械式組合完井是目前國外采用的一種新技術，采用特殊的滑套機構和膨脹封隔器，適用于水平裸眼井段限流壓裂，一趟管柱即可完成固井和分段壓裂施工。

2 中國頁巖氣勘探開發面臨的主要問題

2.1 頁巖氣資源分布尚不明確。調查研究還處于選調階段，盡管通過類比法選出一些有利區塊，但全面系統的勘探調查還未開展，資源總量和分布尚未完全掌握。

2.2 頁巖氣勘探開發理論研究不夠全面。對于頁巖氣的機理分析研究還不夠全面深入，其中海相和陸相頁巖氣成藏機理、富集規律，為查明頁巖氣資源情況提供技術支持。

2.3 缺乏頁巖氣勘探開發的關鍵技術。當前美國的頁巖氣開發技術最為成熟，水平鉆井和水力壓裂已經成為其核心技術，中國尚未完全掌握其核心技術。

2.4 頁巖氣市場未完全放開。目前中國只有六家企業從事頁巖氣勘探開發，其他國有企業、民營企業雖有很大積極性[3]，但尚未進入頁巖氣市場。

2.5 國家缺乏支持鼓勵政策。由于頁巖氣開發具有開發技術不成熟、初期投入高、產出周期長、資金回籠慢等特點，相應的對于頁巖氣開發的風險比較高，因此需要國家制定相應的支持鼓勵政策，以促進其產業化進程。

3 結束語

國民經濟和社會發展“十二五”規劃明確要求“推進頁巖氣等非常規油氣資源開發利用”，以大力推動頁巖氣勘探開發，增加天然氣資源供應，緩解我國天然氣供需矛盾，調整能源結構，促進節能減排。

然而在大力發展頁巖氣產業，促進改善能源結構，帶動基礎設施建設，拉動國民經濟發展的同時，不應忽視頁巖氣勘探開發過程中對環境的影響，地表植被破壞、壓裂液對于水資源的消耗以及壓裂液對地下水和土壤的污染等問題也應得到重視。

參考文獻

[1]崔思華等.頁巖氣鉆完井技術現狀及難點分析[J].天然氣工業，2011，31.4

[2]LOHOEFER D， ATHANS J， SEALE R. New Barnett shale horizontal completion lowers cost and improves efficiency[C]//paper 103046-MS presented at the SPE Annual Technical Conference and Exhibition in San Antonio， Texas， USA， 24-27 September 2006. New York： SPE， 2006.

[3]頁巖氣發展規劃（2011-2015年）.國家發展和改革委員會，國土資源部，財政部，國家能源局，2012.