页岩气开发技术综述作者：吴佳良来源：石油知识 2018年第3期摘 要：全球页岩气资源量巨大，占三种主要非常规天然气（煤层气、致密砂岩气、页岩气） 总资源量的50%左右。本文通过对当今世界上页岩气开采的先进技术发展情况进行了简略叙述 和分析，为部分井区的页岩气的开采技术的提升提供借鉴。关键词：页岩气；水平井；压裂美国的“页岩气革命”，对国际天然气市场及世界能源格局产生了重大影响。近年来，中 国页岩气年产量在逐年提高，2016年为78.8亿立方米，2017年增加到90亿立方米。产量提升 的同时，页岩气开采技术研究也取得了较大的进展，但和北美等地区先进的开采能力相比，还 存在一定的差距。因此，研究并提升页岩气的开采技术水平是十分必要的。1 页岩气及其分布情况1.1 什么是页岩气页岩气是指赋存于以富有机质页岩为主的储集岩系中的非常规天然气，是连续生成的生物 化学成因气、热成因气或二者的混合，以游离态存在于天然裂缝和孔隙中，以吸附态存在于干 酪根、黏土颗粒表面，还有极少量以溶解状态储存于干酪根和沥青质中，游离气比例一般在 20%85%。1.2 页岩气可采资源量从全世界范围看，页岩气资源主要分布在北美、拉美、中亚、中东、北非等地区和中国、 俄罗斯等国家。世界页岩气资源量为457万亿立方米，其中页岩气技术可采资源量为187万亿 立方米。全球页岩气技术可采资源量排名前5 位国家依次为：中国（36 万亿立方米，约占 20%）、美国（24 万亿立方米，约占13%）、阿根廷、墨西哥和南非。1.2 页岩气的特点页岩气开发具有开采寿命长和生产周期长的优点大部分产气页岩分布范围广、厚度大， 且普遍含气，使得页岩气井能够长期地稳定产气。但页岩气储集层渗透率低，开采难度较大。页岩气藏的储层一般呈低孔、低渗透率的物性特征，气流的阻力比常规天然气大，所有的 井都需要实施储层压裂改造才能开采出来。另一方面，页岩气采收率比常规天然气低，常规天 然气采收率在60%以上，而页岩气仅为5%60%。中国页岩气藏的储层与美国相比有所差异，如四川盆地的页岩气层埋深要比美国的大，美 国的页岩气层深度在8002600米，而四川盆地的页岩气层埋深在20003500米。页岩气层深 度的增加无疑在我们本不成熟的技术上又增添了难度。2页岩气主要开采技术页岩气的开发和利用有利于缓解油气资源短缺，增加清洁能源供应，是常规能源的重要补 充。目前，世界页岩气开采技术，主要有水平井分段压裂技术、清水压裂技术和同步压裂技术 等，这些先进的技术不断提高着页岩气井的产量。2.1 水平井分段压裂技术水平井的成本一般是垂直井的11.5倍,8001000m水平段的常规水平井钻井及完井投资 约为 700万美元，而产量是垂直井的3倍左右。目前85%的页岩气开发井为水平井分段压裂, 如美国新田公司在 Woodford 页岩中的部分开发井就采用 57 段式压裂。2007年开始，水平井分段压裂技术成为非常规油气开发的主体技术，开始在北美大规模应 用，并在国内塔里木、辽河、大庆、西南等多个油气田得到了广泛应用。前国内外水平井分段 压裂的工艺技术方法，主要分为四大类。2.1.1 化学隔离技术国内外在20世纪90年代初采用该技术，主要用于套管井。其基本做法是:射开第一段， 油管压裂；用液体胶塞和砂子隔离已压裂井段；射开第二段，通过油管压裂该段，再用液 体胶塞和砂子隔离；采用这种办法，依次压开所需改造的井段；施工结束后冲砂冲胶塞合 层排液求产。该技术工序繁杂，作业周期长，综合成本高，在世界范围内推广应用较为缓慢。2.1.2 机械封隔技术机械封隔技术也用于套管井，主要有机械桥塞与封隔器结合或双封隔器单卡分压或环空封 隔器分段压裂等技术。主要有以下3种：机械桥塞+封隔器分段压裂；环空封隔器分段压裂; 双封隔器单卡分压。该技术在浅层油藏应用相对成熟，在深井应用中还需改进与完善。2.1.3 限流压裂技术限流压裂技术是在压裂过程中，当压裂液高速通过射孔孔眼进入储层时会产生孔眼摩阻且 随泵注排量的增加而增大，带动井底压力的上升，当井底压力一旦超过多个压裂层段的破裂压 力，即在每一个层段上压开裂缝，它要求各个段破裂压力基本接近，可用孔眼摩阻来调节。该 技术多用于形成纵向裂缝的水平井，分段的针对性相对较差。2.2 水力喷砂技术水力喷砂射孔压裂联作技术是集射孔、压裂、水力封隔一体化的新型增产措施，适用于多 种完井方式的油气井增产，施工周期短、安全可靠性高、作业成本低，是目前国际上低渗透油 气储层改造的研究热点之一。根据伯努利(Bernoulli )方程原理，将压能转变为动能，射流增压与环空压力叠加超过破 裂压力并维持裂缝延伸。采用一种特殊的喷射/压裂工具，通过两个步骤将地层裂缝打开(图 1)。水力喷砂射孔压裂技术原理是采用携砂高压前置液，将套管、水泥环、地层射穿，并实施 压裂或酸化。该技术的优点：无需单独射孔，直接喷砂压裂完成射孔压裂作业，射孔、压裂一次完成； 施工时只需下一次管柱，可解决多层射孔压裂作业；实现一套工具完成多层施工；不动 管柱一次喷砂射孔两层；施工时间短。2.3 清水压裂技术清水压裂技术也称为减阻水压裂技术，是指在清水中添加很少量的减阻剂、黏土稳定剂和 表面活性剂作为压裂液来进行压裂的技术。该技术是用清水添加适当的减阻剂作为压裂液来替 代通常使用的凝胶压裂液，可以在不减产的前提下节约30%的成本，在低渗透油气藏储层改造 中取得很好的效果。2.3.1清水压裂技术的主要特点清水压裂主要有以下特点:较大的施工间隔段；工作液效率低、用量大；工作液粘度 低、形成的裂缝宽度较窄；携砂能力差；要求较高的泵注排量，以补偿工作液的高滤失； 形成的裂缝几何形状较复杂。2.3.2该技术提高岩石渗透率的依据天然的缝面不吻合和产生粗糙缝面，剪切应力使缝面偏移，同时在裂缝扩展时，水力裂缝将 开启早已存在的天然裂缝，提高岩层的渗透率；若用其他压裂液进行压裂处理，往往不能对进 入气层中的压裂液进行彻底清洗，而水压裂采用的压裂液主要为清水，是一种清洁压裂技术， 这也是提高岩层渗透率的重要因素之一。该技术已经成为美国德克萨斯Barnett页岩气田的主 要开采手段。2.4同步压裂技术同步压裂技术是指同时对2 口或2 口以上的邻近平行井进行压裂。在同步压 裂中，压裂液 及支撑剂在高压下从一口井沿最短距离向另一口井运移，这样就增 加了裂缝网格的密度和表面 积，从而快速提高页岩气井的产量。同步压裂一方面可以促使水力裂缝扩展过程中相互作用，产生更复杂的缝网，增加改造体 积，提高气井产量和最终采收率；另一方面它是2 口或2 口以上相邻且平行的水平井交互作业, 逐段实施分段压裂。采用这种技术在短期内增产效果很明显。这项技术是近几年在沃斯堡盆地Barnett页岩气开发中成功应用的最新压裂技术。目前已 从两口互相接近且深度大致相同水平井间同时压裂，发展到3 口、甚至4 口井间同时压裂。3结论中国可采页岩气储量虽然巨大，但中国的页岩地层更深、断层更多，且位于人口密集的山 区，导致开采成本高、钻探难度大。因此，借鉴外国先进技术的同时，更要立足本国实际，研 究、发展更适合国情的开采技术，并逐步形成科学有效的工厂化作业方式，才有可能更好地促 进中国页岩气的生产。回K權