页岩水力压裂技术及发展趋势

丁梦真

页岩水力压裂技术及发展趋势

丁梦真

目前在我国应用较多的页岩气开发技术之一就是水力压裂技术。本文介绍了页岩的一些基本的特性，重点介绍了目前应用较多的水力压裂技术，最后针对我国目前页岩气的开发现状就页岩气水力压裂的发展趋势进行了展望，本文的理论研究对于我国页岩气事业的发展具有很好的理论指导意义。

页岩；水力压裂；现状；前景

根据美国相关能源部门最近的信息简报中透露的信息显示：我国是世界上拥有最大的页岩气开采量的国家，据可靠数据显示我国可开采的资源量高达25.08×1012m3,但是由于我国针对页岩气的研究处于起步的阶段，各方面的技术条件以及设备条件都还不能够满足大规模开发的条件。最近几年在众多科学家的不断努力研究下针对常规储层方面的压裂规律已经取得了一些成果但是由于页岩储层的复杂性水力压裂的裂纹不是跟常规储层一样的呈现出平面裂纹，而且页岩气储层层理的方向对水力压裂裂纹的扩展具有很明显的影响。目前来看页岩气是世界上天然气领域的重要勘探目标。相对来说美国在页岩气的开采方面已经处于国际领先水平，是页岩气大规模勘探且取得成功的唯一国家。加拿大紧随其后在页岩气勘探领域以及室内实验研究方面也展开了大规模的研究。

1 页岩气特性及难点

页岩气是主体位于暗色泥页岩或者高碳泥页岩中的并且主要是以吸附或者游离状态存在的气体，根据相关的研究表明页岩气储层的孔隙度通常在4%～5%之间，且储层的渗透率小于10×10-3μm2。由于页岩气储层与众不同的特点，这就导致了在开采页岩气时无论在开采技术还是其他各个方面都与常规的储层与很大的区别。页岩储层的基质渗透率一般较低，通常会小于1mD，所以这就导致了其勘探开发过程存在着众多的困难。在对页岩气储层钻完井之后只有少量的十分发育的天然裂缝可以直接投入生产，基本上90%以上的井位都需要在进行酸化以及压裂等增产改造措施后才能够获得比较可观的产量。为了实现大规模的页岩气的商业化开采，首先必须要采用先进的设备，其次一流的钻完井以及开发技术，最后还需要得到国家政府各个方面强有力的支持才可以得到最佳的商业价值。

2 水力压裂技术

针对水力压裂技术的研究起步较早，自从1985年就已经在页岩储层的增产方面展开了应用。目前我国应用较多水力压裂技术的主要有多级压裂技术、清水压裂技术、水力喷射压裂技术以及同步压裂技术。

2.1 多级压裂技术

多级压裂（Multi-Stage Fracturing）技术是采用封堵球或者一定的限流技术对储层的不同层位进行分段压裂。多级压裂技术能够有针对性的对储层的不同的特点采取不同的施工方式且对应的目标准确取得的压裂效果比较明显。目前多级压裂施工方式主要有2种：一种是采用滑套封隔器进行分段压裂，另外一种是采用可钻式桥塞进行分段压裂。美国85%的页岩气生产井开采所采用的是多级压裂技术与多级压井相结合的方式，所取得的增产效果明显。美国Newfield公司于2006年在开采Woodford页岩储层的开发井采时采用的是5-7段式的分段压裂技术，实施的结果显示由于所压裂的井段增加了相比于早期其他水平井的压裂而言取得了很好的效果。目前，多级压裂技术相对来说比较成熟适用于产层较多水平井段较长的井。页岩储层的不同层位的含气性具有较大的差异，多级压裂技术的优势就是能够较好的利用储层含气性的特点对有待压裂的层位进行优化。

2.2 清水压裂技术

清水压裂(Water Fracturing)技术指的是将一定量的减阻剂、表面活性剂以及稳定剂等添加剂加入到清水中作为压裂液进行压裂作业。清水压裂液的优势在于不但能够在一定程度上降低对地层的伤害程度还能够最大程度上节约成本，最重要的是能够获得比凝胶压裂液更高的产量。该压裂液体系对于天然裂缝比较发育杨氏模量比较高的地层比较适合。中国石化集团公司于2010年05月采用该压裂技术在方深1井的页岩井段进行了压裂施工作业，最终获得了很好的产量。

2.3 水力喷射压裂技术

该压裂技术主要是采用砂体在高压流体的冲击下进行射孔作业，在地层与井筒之间流通的通道被打开后起到提高流体排量的作用，从而能够在地层中开启新的裂缝。水力喷射压裂技术的优势是能够在不使用密封原件的裸眼井中维持相对较低的井筒压力条件下,迅速、准确的压开多条裂缝。美国第一次使用该压裂技术是于2005年针对Barnett页岩中的53口井进行了压裂施工作业,其中有21口井被评定为技术成功。

2.4 同步压裂技术

同步压裂技术是同时对2口或2口以上的配对井进行压裂施工。同步压裂技术原理是使压裂液和支撑剂在高压下从一口井向另一口井运移距离最短来达到水力压裂裂缝网络的密度和表面积增加的目的，并且利用井间连通的优势来增大工作区裂缝的程度和强度，最大限度地连通天然裂缝。同步压裂技术的优势是能够短期内增加页岩气的产量而且对工作区造成的影响较小，压裂成本低对于页岩气开发中后期比较常用。

3 结语

本文重点介绍了常用的页岩气水力压裂技术有多级压裂、清水压裂、水力喷射压裂以及同步压裂技术等。结合国内外目前页岩气水力压裂技术的研究现状，笔者对我国未来的水力压裂技术的发展趋势进行了展望，未来我国水力压裂技术应该向着如下几个方面展开研究：第一点是开发全三维水力压裂软件；第二点是研发实时现场压裂分析；第三点是进一步对裂缝诊断技术和装置进行研究。

[1]唐海军,胡永全,景步宏,等.SN油田重复压裂技术界限研究[J].西南石油大学学报,2007,29(5):94-96.

[2]张金川,姜生玲,唐玄,等.我国页岩气富集类型及资源特点[J].天然气工业,2009,29(12):109-114.

[3]李新景,胡素云,程克明.北美裂缝性页岩气勘探开发的启示[J].石油勘探与开发,2007,34(4):392-400.