頁巖水力壓裂技術及發展趨勢

丁夢真

頁巖水力壓裂技術及發展趨勢

丁夢真

目前在我國應用較多的頁巖氣開發技術之一就是水力壓裂技術。本文介紹了頁巖的一些基本的特性，重點介紹了目前應用較多的水力壓裂技術，最后針對我國目前頁巖氣的開發現狀就頁巖氣水力壓裂的發展趨勢進行了展望，本文的理論研究對于我國頁巖氣事業的發展具有很好的理論指導意義。

頁巖；水力壓裂；現狀；前景

根據美國相關能源部門最近的信息簡報中透露的信息顯示：我國是世界上擁有最大的頁巖氣開采量的國家，據可靠數據顯示我國可開采的資源量高達25.08×1012m3,但是由于我國針對頁巖氣的研究處于起步的階段，各方面的技術條件以及設備條件都還不能夠滿足大規模開發的條件。最近幾年在眾多科學家的不斷努力研究下針對常規儲層方面的壓裂規律已經取得了一些成果但是由于頁巖儲層的復雜性水力壓裂的裂紋不是跟常規儲層一樣的呈現出平面裂紋，而且頁巖氣儲層層理的方向對水力壓裂裂紋的擴展具有很明顯的影響。目前來看頁巖氣是世界上天然氣領域的重要勘探目標。相對來說美國在頁巖氣的開采方面已經處于國際領先水平，是頁巖氣大規模勘探且取得成功的唯一國家。加拿大緊隨其后在頁巖氣勘探領域以及室內實驗研究方面也展開了大規模的研究。

1 頁巖氣特性及難點

頁巖氣是主體位于暗色泥頁巖或者高碳泥頁巖中的并且主要是以吸附或者游離狀態存在的氣體，根據相關的研究表明頁巖氣儲層的孔隙度通常在4%～5%之間，且儲層的滲透率小于10×10-3μm2。由于頁巖氣儲層與眾不同的特點，這就導致了在開采頁巖氣時無論在開采技術還是其他各個方面都與常規的儲層與很大的區別。頁巖儲層的基質滲透率一般較低，通常會小于1mD，所以這就導致了其勘探開發過程存在著眾多的困難。在對頁巖氣儲層鉆完井之后只有少量的十分發育的天然裂縫可以直接投入生產，基本上90%以上的井位都需要在進行酸化以及壓裂等增產改造措施后才能夠獲得比較可觀的產量。為了實現大規模的頁巖氣的商業化開采，首先必須要采用先進的設備，其次一流的鉆完井以及開發技術，最后還需要得到國家政府各個方面強有力的支持才可以得到最佳的商業價值。

2 水力壓裂技術

針對水力壓裂技術的研究起步較早，自從1985年就已經在頁巖儲層的增產方面展開了應用。目前我國應用較多水力壓裂技術的主要有多級壓裂技術、清水壓裂技術、水力噴射壓裂技術以及同步壓裂技術。

2.1 多級壓裂技術

多級壓裂（Multi-Stage Fracturing）技術是采用封堵球或者一定的限流技術對儲層的不同層位進行分段壓裂。多級壓裂技術能夠有針對性的對儲層的不同的特點采取不同的施工方式且對應的目標準確取得的壓裂效果比較明顯。目前多級壓裂施工方式主要有2種：一種是采用滑套封隔器進行分段壓裂，另外一種是采用可鉆式橋塞進行分段壓裂。美國85%的頁巖氣生產井開采所采用的是多級壓裂技術與多級壓井相結合的方式，所取得的增產效果明顯。美國Newfield公司于2006年在開采Woodford頁巖儲層的開發井采時采用的是5-7段式的分段壓裂技術，實施的結果顯示由于所壓裂的井段增加了相比于早期其他水平井的壓裂而言取得了很好的效果。目前，多級壓裂技術相對來說比較成熟適用于產層較多水平井段較長的井。頁巖儲層的不同層位的含氣性具有較大的差異，多級壓裂技術的優勢就是能夠較好的利用儲層含氣性的特點對有待壓裂的層位進行優化。

2.2 清水壓裂技術

清水壓裂(Water Fracturing)技術指的是將一定量的減阻劑、表面活性劑以及穩定劑等添加劑加入到清水中作為壓裂液進行壓裂作業。清水壓裂液的優勢在于不但能夠在一定程度上降低對地層的傷害程度還能夠最大程度上節約成本，最重要的是能夠獲得比凝膠壓裂液更高的產量。該壓裂液體系對于天然裂縫比較發育楊氏模量比較高的地層比較適合。中國石化集團公司于2010年05月采用該壓裂技術在方深1井的頁巖井段進行了壓裂施工作業，最終獲得了很好的產量。

2.3 水力噴射壓裂技術

該壓裂技術主要是采用砂體在高壓流體的沖擊下進行射孔作業，在地層與井筒之間流通的通道被打開后起到提高流體排量的作用，從而能夠在地層中開啟新的裂縫。水力噴射壓裂技術的優勢是能夠在不使用密封原件的裸眼井中維持相對較低的井筒壓力條件下,迅速、準確的壓開多條裂縫。美國第一次使用該壓裂技術是于2005年針對Barnett頁巖中的53口井進行了壓裂施工作業,其中有21口井被評定為技術成功。

2.4 同步壓裂技術

同步壓裂技術是同時對2口或2口以上的配對井進行壓裂施工。同步壓裂技術原理是使壓裂液和支撐劑在高壓下從一口井向另一口井運移距離最短來達到水力壓裂裂縫網絡的密度和表面積增加的目的，并且利用井間連通的優勢來增大工作區裂縫的程度和強度，最大限度地連通天然裂縫。同步壓裂技術的優勢是能夠短期內增加頁巖氣的產量而且對工作區造成的影響較小，壓裂成本低對于頁巖氣開發中后期比較常用。

3 結語

本文重點介紹了常用的頁巖氣水力壓裂技術有多級壓裂、清水壓裂、水力噴射壓裂以及同步壓裂技術等。結合國內外目前頁巖氣水力壓裂技術的研究現狀，筆者對我國未來的水力壓裂技術的發展趨勢進行了展望，未來我國水力壓裂技術應該向著如下幾個方面展開研究：第一點是開發全三維水力壓裂軟件；第二點是研發實時現場壓裂分析；第三點是進一步對裂縫診斷技術和裝置進行研究。

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