頁巖氣井水力壓裂技術的研究進展

王福友

（中石化中原石油工程有限公司塔里木分公司，新疆庫爾勒 841000）

頁巖氣井水力壓裂技術的研究進展

王福友

（中石化中原石油工程有限公司塔里木分公司，新疆庫爾勒 841000）

在全球范圍內，頁巖氣資源相當可觀，其含量極其龐大。隨著科技的進步，能源勘探開發領域迎來了新的發展機遇。由于人口膨脹，能源資源消耗量劇增，各個國家以及地區開始將關注點轉向頁巖氣的開發利用。目前，頁巖氣開發應用最為廣泛的應屬水力壓裂技術，當下該項技術被廣泛應用于頁巖儲層改造中。

頁巖氣；水力壓裂技術；天然氣資源

1 頁巖氣的勘探開采狀況

1.1 美國頁巖氣的勘探開采狀況

美國的頁巖氣開采利用年代在全球范圍內是最早的，時間可以追溯到1821年，同時也是發展速度最快的國家，其年總產量居世界第一。美國第一個頁巖氣井出現于1947年，后經過幾十年的發展得到了大規模的勘探開發。美國的頁巖氣地質資源主要分布于西南、東北和墨西哥灣岸地區，其總體資源量每立方米體積達131.28萬億，在全世界總量中占據13%，通過開采技術進行開發的可利用資源量每立方米體積達32.85萬億。2013年美國的頁巖氣產量達每立方米0.31萬億，在其國內的天然氣總產量中約為38%，而在全世界總量中其比例已經超過90%。2014年美國的頁巖氣產量達每立方米0.37萬億，環比增幅33%。

1.2 加拿大頁巖氣的勘探開采狀況

加拿大的自然資源非常豐富，其中頁巖氣的可開采利用資源達每立方米15.2萬億。在加拿大，頁巖氣的主要分布范圍有：HornRiver盆地和阿爾伯塔省中東地區以及Utica等地區。目前，在該國家的西部地帶已經有許多的油氣生產商在其中進行勘探和開采。其中，阿爾伯塔區域的開采量每年以上升的趨勢發展；Montney頁巖的勘探、開采規模已經相當大；而Wildmere等區域也開始進行小規模的勘探、開采；少數地區，如HornRiver盆地則剛起步，處在初步發展階段。

2 頁巖氣井水力壓裂技術和適用性

頁巖層是氣體的儲集巖，而頁巖氣儲層則具有較為特殊的地質特點，如滲透率和孔隙度低等，加之頁巖氣的游離、吸附形式比較獨特，因而其開采的形式、速度以及效率等均受到不同程度的影響。為此，在進行勘探開發過程中，必須根據頁巖氣的儲集機理不同而采取不同的技術方案進行開采。由于頁巖氣存在于巖石孔隙、裂縫等地方中，因此進行技術開發時首要的步驟是先將儲層壓裂后再進行改造投產。當前比較常見的水力壓裂技術有水力噴射壓裂、重復壓裂、清水壓裂和多級壓裂等技術。

2.1 水力噴射壓裂技術

近些年來，油氣井增產及改造方法不斷更新發展，而水力噴射壓裂則是其中的一種類型。水力噴射壓裂技術主要利用伯努利原理來將油管柱中的壓能化為動能，同時利用水動力學的沖量原理讓水流在使用過程中能量變得更大。該技術是一種集壓裂、水力射孔以及隔離為一體的科學技術，可以較為高效地對裂縫起裂的地點、方向進行精準的定位和控制。水力噴射壓裂技術可以運用在大斜度井、水平井等開采上，同時還可以應用在裸眼井、套管井中，該技術具有控制靈活、適應性廣、環空壓力低等良好的特性。但也存在一定的局限性，如易受壓裂井深影響等。

2.2 重復壓裂技術

重復壓裂即進行多次壓裂。重復壓裂技術一般用于初始壓裂有效性失效后造成氣體產量嚴重降低時使用，或是由于支撐劑在長期的工作中發生損壞，導致壓裂效果無法得到有效保證，需要重新對氣井進行再次壓裂增產時使用。值得留意的是，重復壓裂技術主要以重新取向或是再次打開裂縫的方式進行增產，它只是壓裂技術中的一種單純工藝。

2.3 清水壓裂技術

目前應用較為廣泛也是最常見的增產方法為清水壓裂技術。該技術主要是通過依靠清水當中加入壓裂液（如表面活性劑、減阻劑等）而對頁巖展開壓裂作業。清水壓裂技術通過儲層中的自然裂縫來對地層進行誘導，進而使其產生裂縫。在壓裂作業當中，將粗砂和巖石碎屑作為主要的支撐劑，繼而使得在沖刷過程中其裂縫仍以打開的狀態繼續保持。該技術具有成本低、破壞性小、無需清洗等特點，因而在低滲透氣藏中其應用價值較高。

2.4 多級壓裂技術

多級壓裂技術的針對性較為明確，在開展過程中它可以根據儲層的特點而有目的性地制定出最為理想、合適的開采方案，進而在優化設計中實現效果的最優。在美國，頁巖氣生產井中的85%均采取多級壓裂技術結合生產井的方式進行勘探開采，其最終的增產效果確實較為理想。該技術多用于水平井段比較長的井或是產層比較多的開采上，具有應用范圍廣、技術成熟等優勢。與早期壓裂的水平井相比，新壓裂的井其壓裂井段得到明顯增加，因而取得了較大成功。

3 應用分析

在進行巖氣開采過程中，由于不同區域其地質環境不同，導致其儲層特點也各有差異，因此以往單一性的開采技術已經不再適應新的開采需要，為此在進行頁巖氣開采時需充分考慮實際狀況，必要時將不同類型的壓裂技術同時應用到開采當中去，進而最大限度提高增產效果。

4 結束語

通過以上分析得知，當前的水平井和水力壓裂技術應用越來越廣，已經成為主要的開發技術之一，為此應將頁巖氣井水力壓裂技術推廣應用起來。

[1] 崔青.美國頁巖氣壓裂增產技術[J].石油化工應用，2012，29（10）.

Research Progress of Hydraulic Fracturing Technology for Shale Gas Wells

Wang Fu-you

In the global context，shale gas resources are considerable，and its content is extremely large.With the progress of human science and technology，energy exploration and development in the field ushered in a new development opportunities.As a result of population expansion，a sharp increase in energy consumption，countries and regions began to focus on shale gas development and utilization.At present，shale gas development and application of the most extensive should be a hydraulic fracturing technology，the current technology is widely used in shale reservoir reconstruction.

shale gas；hydraulic fracturing technology；natural gas resource

TE377

A

1003–6490（2017）05–0072–01

2017–04–06

王福友（1980—），男，四川理縣人，工程師，主要從事石油鉆井工作。