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(kù)爾勒 841000）

頁(yè)巖氣井水力壓裂技術(shù)的研究進(jìn)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(kù)爾勒 841000）

在全球范圍內(nèi)，頁(yè)巖氣資源相當(dāng)可觀，其含量極其龐大。隨著科技的進(jìn)步，能源勘探開發(fā)領(lǐng)域迎來(lái)了新的發(fā)展機(jī)遇。由于人口膨脹，能源資源消耗量劇增，各個(gè)國(guó)家以及地區(qū)開始將關(guān)注點(diǎn)轉(zhuǎn)向頁(yè)巖氣的開發(fā)利用。目前，頁(yè)巖氣開發(fā)應(yīng)用最為廣泛的應(yīng)屬水力壓裂技術(shù)，當(dāng)下該項(xiàng)技術(shù)被廣泛應(yīng)用于頁(yè)巖儲(chǔ)層改造中。

頁(yè)巖氣；水力壓裂技術(shù)；天然氣資源

1 頁(yè)巖氣的勘探開采狀況

1.1 美國(guó)頁(yè)巖氣的勘探開采狀況

美國(guó)的頁(yè)巖氣開采利用年代在全球范圍內(nèi)是最早的，時(shí)間可以追溯到1821年，同時(shí)也是發(fā)展速度最快的國(guó)家，其年總產(chǎn)量居世界第一。美國(guó)第一個(gè)頁(yè)巖氣井出現(xiàn)于1947年，后經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展得到了大規(guī)模的勘探開發(fā)。美國(guó)的頁(yè)巖氣地質(zhì)資源主要分布于西南、東北和墨西哥灣岸地區(qū)，其總體資源量每立方米體積達(dá)131.28萬(wàn)億，在全世界總量中占據(jù)13%，通過(guò)開采技術(shù)進(jìn)行開發(fā)的可利用資源量每立方米體積達(dá)32.85萬(wàn)億。2013年美國(guó)的頁(yè)巖氣產(chǎn)量達(dá)每立方米0.31萬(wàn)億，在其國(guó)內(nèi)的天然氣總產(chǎn)量中約為38%，而在全世界總量中其比例已經(jīng)超過(guò)90%。2014年美國(guó)的頁(yè)巖氣產(chǎn)量達(dá)每立方米0.37萬(wàn)億，環(huán)比增幅33%。

1.2 加拿大頁(yè)巖氣的勘探開采狀況

加拿大的自然資源非常豐富，其中頁(yè)巖氣的可開采利用資源達(dá)每立方米15.2萬(wàn)億。在加拿大，頁(yè)巖氣的主要分布范圍有：HornRiver盆地和阿爾伯塔省中東地區(qū)以及Utica等地區(qū)。目前，在該國(guó)家的西部地帶已經(jīng)有許多的油氣生產(chǎn)商在其中進(jìn)行勘探和開采。其中，阿爾伯塔區(qū)域的開采量每年以上升的趨勢(shì)發(fā)展；Montney頁(yè)巖的勘探、開采規(guī)模已經(jīng)相當(dāng)大；而Wildmere等區(qū)域也開始進(jìn)行小規(guī)模的勘探、開采；少數(shù)地區(qū)，如HornRiver盆地則剛起步，處在初步發(fā)展階段。

2 頁(yè)巖氣井水力壓裂技術(shù)和適用性

頁(yè)巖層是氣體的儲(chǔ)集巖，而頁(yè)巖氣儲(chǔ)層則具有較為特殊的地質(zhì)特點(diǎn)，如滲透率和孔隙度低等，加之頁(yè)巖氣的游離、吸附形式比較獨(dú)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(jìn)行勘探開發(fā)過(guò)程中，必須根據(jù)頁(yè)巖氣的儲(chǔ)集機(jī)理不同而采取不同的技術(shù)方案進(jìn)行開采。由于頁(yè)巖氣存在于巖石孔隙、裂縫等地方中，因此進(jìn)行技術(shù)開發(fā)時(shí)首要的步驟是先將儲(chǔ)層壓裂后再進(jìn)行改造投產(chǎn)。當(dāng)前比較常見的水力壓裂技術(shù)有水力噴射壓裂、重復(fù)壓裂、清水壓裂和多級(jí)壓裂等技術(shù)。

2.1 水力噴射壓裂技術(shù)

近些年來(lái)，油氣井增產(chǎn)及改造方法不斷更新發(fā)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(shù)主要利用伯努利原理來(lái)將油管柱中的壓能化為動(dòng)能，同時(shí)利用水動(dòng)力學(xué)的沖量原理讓水流在使用過(guò)程中能量變得更大。該技術(shù)是一種集壓裂、水力射孔以及隔離為一體的科學(xué)技術(shù)，可以較為高效地對(duì)裂縫起裂的地點(diǎn)、方向進(jìn)行精準(zhǔn)的定位和控制。水力噴射壓裂技術(shù)可以運(yùn)用在大斜度井、水平井等開采上，同時(shí)還可以應(yīng)用在裸眼井、套管井中，該技術(shù)具有控制靈活、適應(yīng)性廣、環(huán)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(fù)壓裂技術(shù)

重復(fù)壓裂即進(jìn)行多次壓裂。重復(fù)壓裂技術(shù)一般用于初始?jí)毫延行允Ш笤斐蓺怏w產(chǎn)量嚴(yán)重降低時(shí)使用，或是由于支撐劑在長(zhǎng)期的工作中發(fā)生損壞，導(dǎo)致壓裂效果無(wú)法得到有效保證，需要重新對(duì)氣井進(jìn)行再次壓裂增產(chǎn)時(shí)使用。值得留意的是，重復(fù)壓裂技術(shù)主要以重新取向或是再次打開裂縫的方式進(jìn)行增產(chǎn)，它只是壓裂技術(shù)中的一種單純工藝。

2.3 清水壓裂技術(shù)

目前應(yīng)用較為廣泛也是最常見的增產(chǎn)方法為清水壓裂技術(shù)。該技術(shù)主要是通過(guò)依靠清水當(dāng)中加入壓裂液（如表面活性劑、減阻劑等）而對(duì)頁(yè)巖展開壓裂作業(yè)。清水壓裂技術(shù)通過(guò)儲(chǔ)層中的自然裂縫來(lái)對(duì)地層進(jìn)行誘導(dǎo)，進(jìn)而使其產(chǎn)生裂縫。在壓裂作業(yè)當(dāng)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(guò)程中其裂縫仍以打開的狀態(tài)繼續(xù)保持。該技術(shù)具有成本低、破壞性小、無(wú)需清洗等特點(diǎn)，因而在低滲透氣藏中其應(yīng)用價(jià)值較高。

2.4 多級(jí)壓裂技術(shù)

多級(jí)壓裂技術(shù)的針對(duì)性較為明確，在開展過(guò)程中它可以根據(jù)儲(chǔ)層的特點(diǎn)而有目的性地制定出最為理想、合適的開采方案，進(jìn)而在優(yōu)化設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)效果的最優(yōu)。在美國(guó)，頁(yè)巖氣生產(chǎn)井中的85%均采取多級(jí)壓裂技術(shù)結(jié)合生產(chǎn)井的方式進(jìn)行勘探開采，其最終的增產(chǎn)效果確實(shí)較為理想。該技術(shù)多用于水平井段比較長(zhǎng)的井或是產(chǎn)層比較多的開采上，具有應(yīng)用范圍廣、技術(shù)成熟等優(yōu)勢(shì)。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(yīng)用分析

在進(jìn)行巖氣開采過(guò)程中，由于不同區(qū)域其地質(zhì)環(huán)境不同，導(dǎo)致其儲(chǔ)層特點(diǎn)也各有差異，因此以往單一性的開采技術(shù)已經(jīng)不再適應(yīng)新的開采需要，為此在進(jìn)行頁(yè)巖氣開采時(shí)需充分考慮實(shí)際狀況，必要時(shí)將不同類型的壓裂技術(shù)同時(shí)應(yīng)用到開采當(dāng)中去，進(jìn)而最大限度提高增產(chǎn)效果。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)以上分析得知，當(dāng)前的水平井和水力壓裂技術(shù)應(yīng)用越來(lái)越廣，已經(jīng)成為主要的開發(fā)技術(shù)之一，為此應(yīng)將頁(yè)巖氣井水力壓裂技術(shù)推廣應(yīng)用起來(lái)。

[1] 崔青.美國(guó)頁(yè)巖氣壓裂增產(chǎn)技術(shù)[J].石油化工應(yīng)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。