頁(yè)巖氣技術(shù)開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀綜述

張英俊　吳捷　孫文慧

摘 要：頁(yè)巖氣是一種清潔、高效的能源，全球頁(yè)巖氣總資源量相當(dāng)于常規(guī)天然氣的1.4倍，其作為一種非常規(guī)天然氣，已成為全球油氣資源勘探開(kāi)發(fā)的新寵。美國(guó)是頁(yè)巖氣研究開(kāi)發(fā)最早、最成功的國(guó)家，目前頁(yè)巖氣產(chǎn)業(yè)已至快速發(fā)展階段。而加拿大是繼美國(guó)之后世界上第二個(gè)對(duì)頁(yè)巖氣進(jìn)行勘探開(kāi)發(fā)的國(guó)家，其頁(yè)巖氣勘探初步形成規(guī)模。我國(guó)頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)還處于探索起步階段，北美地區(qū)頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)為中國(guó)頁(yè)巖氣展示了良好的前景，為加快中國(guó)頁(yè)巖氣發(fā)展提供了先進(jìn)的經(jīng)驗(yàn)和有益的技術(shù)借鑒。我國(guó)也正在大力推動(dòng)頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)，增加天然氣資源供應(yīng)，緩解我國(guó)天然氣供需矛盾，調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，促進(jìn)節(jié)能減排，但同時(shí)不應(yīng)忽視頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)過(guò)程中對(duì)環(huán)境的影響。

關(guān)鍵詞：頁(yè)巖氣技術(shù)；開(kāi)發(fā)；現(xiàn)狀

1 頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)鉆完井工藝技術(shù)概況

與常規(guī)天然氣關(guān)鍵在“找氣”不同的是，頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵在“采氣”，但是由于勘探開(kāi)發(fā)理論和技術(shù)上還不夠成熟，我國(guó)頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)仍處于研究開(kāi)發(fā)的初級(jí)階段[1]，在技術(shù)開(kāi)發(fā)上還有許多難關(guān)需要攻克，如機(jī)理分析研究、實(shí)驗(yàn)測(cè)試與分析、含氣特點(diǎn)與模擬、精確導(dǎo)向與儲(chǔ)層改造、壓裂技術(shù)與壓裂液等。

水平井是頁(yè)巖氣藏成功開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵因素，水平井的推廣應(yīng)用加速了頁(yè)巖氣的開(kāi)發(fā)進(jìn)程。在頁(yè)巖氣層鉆水平井，可以獲得更大的儲(chǔ)層泄流面積，更高的天然氣產(chǎn)量。根據(jù)美國(guó)頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)的經(jīng)驗(yàn)，水平井的日均產(chǎn)氣量及最終產(chǎn)氣量是垂直井的3～5倍，產(chǎn)氣速率則提高10倍，而水平井的成本則僅為垂直井的25%～50%。然而頁(yè)巖氣水平井鉆井中，水平段較長(zhǎng)，摩阻、攜巖及地層污染問(wèn)題非常突出[1]，因此鉆井效率、工程事故的發(fā)生率及儲(chǔ)層保護(hù)效果等問(wèn)題也亟待解決改善。

頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)水力壓裂原理就是利用儲(chǔ)層的天然或誘導(dǎo)裂縫系統(tǒng)，使用含有各種添加劑的壓裂液在高壓下注入地層，是儲(chǔ)層裂縫網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)大，并依靠支撐劑支撐裂縫，從而改善儲(chǔ)層裂縫網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，達(dá)到增產(chǎn)目的。頁(yè)巖氣水力壓裂的關(guān)鍵因素是裂縫系統(tǒng)和壓裂液的配置。而裂縫的發(fā)育程度又是影響頁(yè)巖氣產(chǎn)量的重要因素，獲得更多的裂縫是壓裂設(shè)計(jì)首先考慮的問(wèn)題。另外合理配置壓裂液是頁(yè)巖儲(chǔ)層鉆井及壓裂面臨的主要問(wèn)題。頁(yè)巖儲(chǔ)層開(kāi)發(fā)采用不同的壓裂方式，壓裂液配置成分也不同。

頁(yè)巖氣井的完井方式主要包括套管射孔完井、尾管固井后射孔完井、裸眼射孔完井、組合式橋塞完井、機(jī)械式組合完井等。美國(guó)大多數(shù)頁(yè)巖氣水平井均采用套管射孔完井，其優(yōu)點(diǎn)是免去下封隔器或橋塞，縮短完井時(shí)間，工藝相對(duì)成熟簡(jiǎn)單，有利于后期多段壓裂，缺點(diǎn)是有可能造成水泥漿對(duì)儲(chǔ)層的傷害；尾管固井后射孔完井優(yōu)點(diǎn)是有利于多級(jí)射孔分段壓裂，成本適中，但工藝相對(duì)復(fù)雜，固井難度較大，可能造成水泥漿對(duì)儲(chǔ)層傷害；裸眼射孔完井能夠有效避免水泥對(duì)儲(chǔ)層的傷害，避免注水泥時(shí)壓裂地層，避免水泥浸入地層的原有孔隙中，工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，成本相對(duì)較低，缺點(diǎn)是后期多級(jí)射孔分段壓裂難度較大，不易控制，后期完井措施難度加大。尾管固井后射孔完井及裸眼射孔完井在頁(yè)巖氣鉆完井中不常用[1]。組合式橋塞完井[2]是頁(yè)巖氣水平井最常用的完井方法，但因需要在施工中射孔、坐封橋塞、鉆橋塞，也是最耗時(shí)的一種方法；機(jī)械式組合完井是目前國(guó)外采用的一種新技術(shù)，采用特殊的滑套機(jī)構(gòu)和膨脹封隔器，適用于水平裸眼井段限流壓裂，一趟管柱即可完成固井和分段壓裂施工。

2 中國(guó)頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)面臨的主要問(wèn)題

2.1 頁(yè)巖氣資源分布尚不明確。調(diào)查研究還處于選調(diào)階段，盡管通過(guò)類比法選出一些有利區(qū)塊，但全面系統(tǒng)的勘探調(diào)查還未開(kāi)展，資源總量和分布尚未完全掌握。

2.2 頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)理論研究不夠全面。對(duì)于頁(yè)巖氣的機(jī)理分析研究還不夠全面深入，其中海相和陸相頁(yè)巖氣成藏機(jī)理、富集規(guī)律，為查明頁(yè)巖氣資源情況提供技術(shù)支持。

2.3 缺乏頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)。當(dāng)前美國(guó)的頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)技術(shù)最為成熟，水平鉆井和水力壓裂已經(jīng)成為其核心技術(shù)，中國(guó)尚未完全掌握其核心技術(shù)。

2.4 頁(yè)巖氣市場(chǎng)未完全放開(kāi)。目前中國(guó)只有六家企業(yè)從事頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)，其他國(guó)有企業(yè)、民營(yíng)企業(yè)雖有很大積極性[3]，但尚未進(jìn)入頁(yè)巖氣市場(chǎng)。

2.5 國(guó)家缺乏支持鼓勵(lì)政策。由于頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)具有開(kāi)發(fā)技術(shù)不成熟、初期投入高、產(chǎn)出周期長(zhǎng)、資金回籠慢等特點(diǎn)，相應(yīng)的對(duì)于頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)比較高，因此需要國(guó)家制定相應(yīng)的支持鼓勵(lì)政策，以促進(jìn)其產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。

3 結(jié)束語(yǔ)

國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展“十二五”規(guī)劃明確要求“推進(jìn)頁(yè)巖氣等非常規(guī)油氣資源開(kāi)發(fā)利用”，以大力推動(dòng)頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)，增加天然氣資源供應(yīng)，緩解我國(guó)天然氣供需矛盾，調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，促進(jìn)節(jié)能減排。

然而在大力發(fā)展頁(yè)巖氣產(chǎn)業(yè)，促進(jìn)改善能源結(jié)構(gòu)，帶動(dòng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，拉動(dòng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)，不應(yīng)忽視頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)過(guò)程中對(duì)環(huán)境的影響，地表植被破壞、壓裂液對(duì)于水資源的消耗以及壓裂液對(duì)地下水和土壤的污染等問(wèn)題也應(yīng)得到重視。

參考文獻(xiàn)

[1]崔思華等.頁(yè)巖氣鉆完井技術(shù)現(xiàn)狀及難點(diǎn)分析[J].天然氣工業(yè)，2011，31.4

[2]LOHOEFER D， ATHANS J， SEALE R. New Barnett shale horizontal completion lowers cost and improves efficiency[C]//paper 103046-MS presented at the SPE Annual Technical Conference and Exhibition in San Antonio， Texas， USA， 24-27 September 2006. New York： SPE， 2006.

[3]頁(yè)巖氣發(fā)展規(guī)劃（2011-2015年）.國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)，國(guó)土資源部，財(cái)政部，國(guó)家能源局，2012.