頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀及關(guān)鍵技術(shù)研究

王建國(guó)，徐能惠，杜學(xué)斌

(金屬材料擠壓/鍛造國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國(guó)重型機(jī)械研究院股份公司，陜西西安 710032)

頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀及關(guān)鍵技術(shù)研究

王建國(guó)，徐能惠，杜學(xué)斌

(金屬材料擠壓/鍛造國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國(guó)重型機(jī)械研究院股份公司，陜西西安 710032)

介紹了國(guó)內(nèi)外頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)的歷史和現(xiàn)狀，指出水平井鉆井和水力壓裂增產(chǎn)技術(shù)是提高頁(yè)巖氣的開(kāi)采速率的兩項(xiàng)最關(guān)鍵的技術(shù)。并分析了欠平衡鉆井、控制壓力鉆井和旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井等水平井鉆井技術(shù)和清水壓裂、泡沫壓裂、分段壓裂、水力噴射、重復(fù)壓裂、同步壓裂等水力壓裂技術(shù)。提出現(xiàn)階段我國(guó)應(yīng)該借鑒國(guó)外頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)的成功經(jīng)驗(yàn)，開(kāi)展頁(yè)巖氣開(kāi)采技術(shù)攻關(guān)，逐步形成適合我國(guó)頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)的自主的技術(shù)和裝備體系。

頁(yè)巖氣;水平井;水力壓裂

0 前言

頁(yè)巖氣是那些存在于泥頁(yè)巖及其巖石夾層里面的非常規(guī)天然氣，主要成分是甲烷。頁(yè)巖氣儲(chǔ)層具有低孔、低滲特征。頁(yè)巖氣以游離態(tài)和吸附態(tài)為主，只有很小一部分以溶解態(tài)存在，在生產(chǎn)初期采出的大部分氣體為游離態(tài)氣體［1］。絕大多數(shù)可以產(chǎn)氣的頁(yè)巖的特征是分布范圍廣、厚度大，一般的頁(yè)巖中都含有頁(yè)巖氣，這樣頁(yè)巖氣井大多可以長(zhǎng)期以比較穩(wěn)定的速率產(chǎn)氣［2］。

頁(yè)巖氣在全球范圍內(nèi)分布廣泛，且具有很大的開(kāi)發(fā)價(jià)值。根據(jù)預(yù)測(cè)，全世界總的頁(yè)巖氣資源量達(dá)到456萬(wàn)億m3，主要分布區(qū)域有北美、中亞和中國(guó)、中東和北非、拉丁美洲、俄羅斯等地區(qū)，儲(chǔ)量是煤層氣和致密氣的總和，是常規(guī)天然氣資源量的2倍［3］。

隨著全世界天然氣消費(fèi)需求增長(zhǎng)，頁(yè)巖氣作為一種新型的非常規(guī)天然氣資源，在全球天然氣產(chǎn)量中的比例不斷增加，所以越來(lái)越受到關(guān)注。

20世紀(jì)90年代以來(lái)，美國(guó)和加拿大等國(guó)家在頁(yè)巖氣勘探方面先后取得成效，鉆探開(kāi)發(fā)技術(shù)逐漸成熟。不過(guò)由于頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)工程復(fù)雜，難度較大，我國(guó)的頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)技術(shù)剛處于起步和發(fā)展階段，所以需要借鑒國(guó)外頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)的成功經(jīng)驗(yàn)，學(xué)習(xí)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，以促進(jìn)國(guó)內(nèi)頁(yè)巖氣的開(kāi)發(fā)和技術(shù)進(jìn)步。

1 國(guó)內(nèi)外頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)歷史和現(xiàn)狀

1.1 國(guó)外頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)歷史和現(xiàn)狀

美國(guó)是第一個(gè)對(duì)頁(yè)巖氣資源進(jìn)行研究和勘探的國(guó)家，截止目前只有美國(guó)和加拿大對(duì)其國(guó)內(nèi)的頁(yè)巖氣資源進(jìn)行了比較有規(guī)模的開(kāi)發(fā)。國(guó)際上在頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)方面取得最大成就的是美國(guó)，其國(guó)內(nèi)頁(yè)巖氣的成功開(kāi)發(fā)已經(jīng)對(duì)美國(guó)能源格局產(chǎn)生了極大影響，被稱為“全球能源領(lǐng)域的一場(chǎng)革命”。

美國(guó)的頁(yè)巖氣研究和勘探開(kāi)始于19世紀(jì)30年代，但是當(dāng)時(shí)的單井產(chǎn)量較低，所以沒(méi)有引起足夠的重視。直到1976年，美國(guó)政府開(kāi)始了東部頁(yè)巖氣工程(EGSP)，自此以后美國(guó)的頁(yè)巖氣勘探和開(kāi)發(fā)技術(shù)快速發(fā)展，單井的產(chǎn)量也有了明顯的提高。從1980年開(kāi)始，美國(guó)政府對(duì)非常規(guī)燃料進(jìn)行免稅，這大大刺激了頁(yè)巖氣資源的開(kāi)發(fā)。從此之后，美國(guó)對(duì)東部的頁(yè)巖氣資源進(jìn)行了系統(tǒng)深入的研究，美國(guó)全面展開(kāi)了頁(yè)巖氣的勘探開(kāi)發(fā)和研究工作。

1992年，Mitchell能源公司在德克薩斯州北部Fort Worth盆地巴尼特(Barnett)頁(yè)巖中對(duì)第一口頁(yè)巖氣水平井進(jìn)行完井作業(yè)，從此以后水平鉆井技術(shù)在頁(yè)巖氣的勘探開(kāi)發(fā)中開(kāi)始使用。從2002年開(kāi)始，由于水平井技術(shù)在Devon公司的7口頁(yè)巖氣井開(kāi)發(fā)中取得巨大成功，其開(kāi)始廣泛應(yīng)用于頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)中。Devon能源公司也使用雙水平井鉆完井技術(shù)和壓裂增產(chǎn)技術(shù)來(lái)提高單井的頁(yè)巖氣產(chǎn)量，達(dá)到提高頁(yè)巖氣的采收率的目的。

近幾年，美國(guó)的頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)迅速增長(zhǎng)，其國(guó)內(nèi)的頁(yè)巖氣水平井?dāng)?shù)量已經(jīng)從2000年的1144口快速增至2012年的17721口，到2013年已經(jīng)超過(guò)了兩萬(wàn)口［4］。2000年到2010年的十年間，美國(guó)的頁(yè)巖氣產(chǎn)量也從122億m3增長(zhǎng)到1 380億m3，十年間產(chǎn)量增長(zhǎng)了十倍多。2013年，美國(guó)的頁(yè)巖氣產(chǎn)量接近3 000億m3。

美國(guó)頁(yè)巖氣資源豐富，在其本土的48個(gè)州均有分布。據(jù)美國(guó)能源信息署的資料，美國(guó)頁(yè)巖氣技術(shù)可采儲(chǔ)量為18.8萬(wàn)億m3，位居世界第四［2］。目前，美國(guó)具有商業(yè)開(kāi)發(fā)價(jià)值的頁(yè)巖氣礦藏主要包括:Fort Worth盆地密西西比系巴尼特頁(yè)巖、Appalachian盆地泥盆系Ohio頁(yè)巖、Michigan盆地泥盆系A(chǔ)ntrim頁(yè)巖、Illinois盆地的泥盆系New Albany頁(yè)巖和San Juan盆地白堊系Lewis頁(yè)巖［5］。

近些年來(lái)，美國(guó)頁(yè)巖氣勘探技術(shù)實(shí)現(xiàn)重大的突破，產(chǎn)量隨之迅速增長(zhǎng)，這明顯地影響了全世界天然氣市場(chǎng)和世界能源格局。而且，頁(yè)巖氣的成功開(kāi)發(fā)明顯地改善了美國(guó)國(guó)內(nèi)的天然氣資源的供應(yīng)格局和能源保障的安全狀況。美國(guó)能源信息署2013年末發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，2005年美國(guó)60%的能源需求依靠進(jìn)口，但目前美國(guó)的能源自給率已經(jīng)達(dá)到了72%［2］。根據(jù)測(cè)算，美國(guó)預(yù)計(jì)可在2017年左右超越沙特阿拉伯成為全球最大的石油產(chǎn)出國(guó)家，至2035年將會(huì)實(shí)現(xiàn)其國(guó)內(nèi)能源的自給自足。

跟隨在美國(guó)之后進(jìn)行頁(yè)巖氣商業(yè)化開(kāi)發(fā)的是加拿大。數(shù)據(jù)顯示，加拿大西部的頁(yè)巖氣資源儲(chǔ)量大約有550萬(wàn)至860萬(wàn)億立方英尺［2］。加拿大西部頁(yè)巖氣礦區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)與美國(guó)的類似，美國(guó)發(fā)展起來(lái)的成熟技術(shù)很方便的移地植和應(yīng)用到了當(dāng)?shù)?，這是加拿大頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)發(fā)展的一個(gè)重要原因。

目前，除了美國(guó)和加拿大以外，德國(guó)、法國(guó)和烏克蘭等也開(kāi)始了這方面的研究，頁(yè)巖氣勘探和開(kāi)發(fā)的熱潮開(kāi)始從北美地區(qū)向全球其他區(qū)域擴(kuò)展。歐洲地區(qū)的可采頁(yè)巖氣資源量比較低，且分布范圍廣泛，其中主要較多的地區(qū)包括波蘭、瑞典、烏克蘭和挪威等。英國(guó)、西班牙和德國(guó)等開(kāi)始對(duì)頁(yè)巖氣進(jìn)行相關(guān)研究和初步開(kāi)發(fā)。

拉丁美洲頁(yè)巖氣資源分布的主要地區(qū)有巴西、墨西哥和阿根廷等。近幾年，殼牌、道達(dá)爾等世界主要能源公司已經(jīng)開(kāi)始在拉丁美洲地區(qū)與相關(guān)國(guó)家石油公司合作，參與其國(guó)內(nèi)礦區(qū)頁(yè)巖氣的開(kāi)發(fā)。

1.2 國(guó)內(nèi)頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)歷史及現(xiàn)狀

我國(guó)是頁(yè)巖氣資源非常豐富的國(guó)家，據(jù)測(cè)算約有32萬(wàn)億m3的技術(shù)可采資源量，居世界第一位。頁(yè)巖氣在我國(guó)廣泛分布，目前國(guó)土資源部根據(jù)地理位置大致將頁(yè)巖氣礦區(qū)分為五個(gè)區(qū)塊:西北區(qū)、華北及東北區(qū)、青藏區(qū)、上揚(yáng)子滇黔桂區(qū)、中下?lián)P子及東南區(qū)。其中，四川盆地、鄂爾多斯盆地、黔湘地區(qū)、渝東鄂西地區(qū)、塔里木盆地等將是將來(lái)勘探和開(kāi)發(fā)的主要區(qū)域。與北美的頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)進(jìn)程相比較，我國(guó)的頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)起步較晚。

從2004年開(kāi)始，我國(guó)開(kāi)始關(guān)注國(guó)外頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)的情況。后來(lái)，國(guó)土資源部聯(lián)合部分高校和科研院所做了許多前期工作，為國(guó)內(nèi)頁(yè)巖氣的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)奠定了基礎(chǔ)。2009年10月，國(guó)內(nèi)第一個(gè)頁(yè)巖氣資源勘查項(xiàng)目在重慶市綦江縣正式啟動(dòng)，這標(biāo)志著，在美國(guó)和加拿大之后，中國(guó)正式開(kāi)始對(duì)頁(yè)巖氣進(jìn)行勘探和開(kāi)發(fā)。2009年12月18日我國(guó)的第一口頁(yè)巖氣水平井——威201井在四川威遠(yuǎn)縣正式開(kāi)鉆，2011年4月，實(shí)行完井。2011年底，頁(yè)巖氣被正式批準(zhǔn)為我第172個(gè)獨(dú)立礦種。

2011年3月13日，《頁(yè)巖氣發(fā)展規(guī)劃(2011 -2015年)》發(fā)布，根據(jù)規(guī)劃，我國(guó)的頁(yè)巖氣產(chǎn)量將在2015年達(dá)到65億m3，至2020年，產(chǎn)量將達(dá)到600億～1 000億m3。2014全國(guó)地質(zhì)調(diào)查工作會(huì)議的消息顯示，截至2013年年底全國(guó)已經(jīng)有頁(yè)巖氣鉆井285口，2013年國(guó)內(nèi)的頁(yè)巖氣產(chǎn)量已經(jīng)達(dá)到2億m3。

2014年3月，中國(guó)石化在重慶市涪陵區(qū)的國(guó)內(nèi)第一個(gè)整裝頁(yè)巖氣田提前投入商業(yè)化生產(chǎn)，標(biāo)志著我國(guó)首次成功大規(guī)模商業(yè)開(kāi)發(fā)頁(yè)巖氣。

近幾年，國(guó)內(nèi)的各大石油公司加快了頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)的國(guó)際合作，通過(guò)對(duì)外合作，引進(jìn)、消化、吸收國(guó)外的先進(jìn)技術(shù)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行科技攻關(guān)，取得了突破性的進(jìn)步［6］。

2 頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)關(guān)鍵技術(shù)

要實(shí)現(xiàn)頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)在我國(guó)的蓬勃發(fā)展，對(duì)先進(jìn)開(kāi)采技術(shù)的研究是必不可少的。由于頁(yè)巖孔隙度和滲透率極低，氣流的阻力比傳統(tǒng)天然氣大得多，從而難以開(kāi)采。開(kāi)采頁(yè)巖氣需要采取一些增產(chǎn)措施和特殊的鉆完井方法，水平井和水力壓裂增產(chǎn)技術(shù)是頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)中的兩項(xiàng)最關(guān)鍵的技術(shù)，這兩項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用不但可以極大地提高頁(yè)巖氣的開(kāi)采速率，還可以提高單井最終采收率［7］。

2.1 水平井技術(shù)

垂直井和水平井是頁(yè)巖氣鉆井中的兩種主要的形式，直井多用作探井使用，是為了了解氣藏的特征，獲取鉆井、壓裂和生產(chǎn)階段需要的數(shù)據(jù)信息，從而來(lái)優(yōu)化水平鉆完井的方案。生產(chǎn)井的主要形式是鉆探水平井，這是因?yàn)樗骄梢栽黾觾?chǔ)層的泄流面積，進(jìn)而提高單井的產(chǎn)量。

水平井與頁(yè)巖層中裂縫相交幾率比直井要大，可以更好地利用天然裂縫。直井與垂直裂縫相交的幾率總是很小的，而采用水平井能盡可能多地穿過(guò)儲(chǔ)層和儲(chǔ)層中的天然裂縫。數(shù)據(jù)顯示，在水平井時(shí)假如水平段長(zhǎng)度可以達(dá)到200 m，水平井鉆穿裂縫的概率比直井要高出數(shù)十倍［8］。

根據(jù)國(guó)外的頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，鉆水平井的成本大約是垂直井的2倍，產(chǎn)量卻可以達(dá)到直井的3倍［9］，水平井的初期采氣速率、控制儲(chǔ)量以及評(píng)價(jià)可采儲(chǔ)量明顯高于垂直井。美國(guó)巴尼特頁(yè)巖2010年的直井產(chǎn)量?jī)H為50×108m3，而同時(shí)期的水平井的產(chǎn)氣量卻有近480×108m3，其產(chǎn)量可以達(dá)到直井的近10倍。

20世紀(jì)30年代之前，美國(guó)頁(yè)巖氣鉆探的主要方式是鉆垂直井。在2002年Devon能源公司在巴尼特頁(yè)巖的水平井探索取得巨大成功后，在這以后巴尼特頁(yè)巖水平井?dāng)?shù)量快速增加，水平井技術(shù)也逐漸成為美國(guó)頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)主要鉆井方式。目前，在國(guó)內(nèi)的頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)中，水平井技術(shù)也已經(jīng)積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，技術(shù)已經(jīng)趨于成熟。

水平井鉆井常用技術(shù)有欠平衡鉆井技術(shù)、控制壓力鉆井技術(shù)、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)。

欠平衡鉆井的原理是，在鉆井過(guò)程中，當(dāng)設(shè)計(jì)的鉆井液柱壓力小于所鉆地層壓力時(shí)，地層的流體進(jìn)入井筒，通過(guò)將其循環(huán)到地面，對(duì)鉆井過(guò)程中的壓力進(jìn)行有效控制。欠平衡鉆井技術(shù)能很好地克服鉆井作業(yè)過(guò)程中的卡鉆、井漏、井塌等問(wèn)題，提高鉆井速度，減輕地層傷害，提高油氣井產(chǎn)能?？刂茐毫︺@井技術(shù)是通過(guò)控制鉆井過(guò)程中的壓力使鉆井作業(yè)達(dá)到最優(yōu)，減少非生產(chǎn)時(shí)間和卡鉆事故，其目的是確定井下壓力的環(huán)境限制，并以此控制環(huán)空液壓剖面。威德福、哈里伯頓等公司已進(jìn)行了相關(guān)的控制壓力鉆井技術(shù)研究和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)應(yīng)用，取得了較好的應(yīng)用效果。

旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)基于旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)而發(fā)展，它可以自動(dòng)控制井眼軌跡，適用超深井、高難度定向井和大位移井等。

2.2 水力壓裂技術(shù)

頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)中的另一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)就是水力壓裂技術(shù)。水力壓裂增產(chǎn)是目前用于頁(yè)巖儲(chǔ)層改造的主要技術(shù)。水力壓裂的原理是用地面的高壓泵通過(guò)井筒向儲(chǔ)層注入高粘度高壓力的壓裂液使儲(chǔ)層的巖石破裂并產(chǎn)生裂縫。當(dāng)繼續(xù)向儲(chǔ)層注入壓裂液時(shí)裂縫會(huì)繼續(xù)向更深的儲(chǔ)層擴(kuò)張，接下來(lái)向儲(chǔ)層注入帶有支撐劑的混砂液，在裂縫中填充支撐劑。最后，由于支撐劑對(duì)裂縫壁面的支撐作用，在儲(chǔ)層中留下一條或多條長(zhǎng)、寬、高不等的裂縫，使儲(chǔ)層與井筒之間建立起一條新的流體通道。壓裂之后，油氣井的產(chǎn)量一般會(huì)大幅度增長(zhǎng)［10］。

水力壓裂的關(guān)鍵因素是裂縫系統(tǒng)和壓裂液的配置。在頁(yè)巖氣儲(chǔ)層中，裂縫不但是頁(yè)巖氣的主要存儲(chǔ)空間，也是氣體流通的主要通道。由于裂縫系統(tǒng)的發(fā)育狀況對(duì)頁(yè)巖氣的產(chǎn)量非常重要，所以在進(jìn)行壓裂作業(yè)時(shí)應(yīng)該首先考慮怎樣得到更多的儲(chǔ)層裂縫。此外，如何正確合理地配置壓裂液是壓裂技術(shù)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，不同的頁(yè)巖氣儲(chǔ)層需要采用不同的壓裂方式，壓裂液的配置也會(huì)不同。

經(jīng)過(guò)近30年的發(fā)展，在不斷的進(jìn)步中，國(guó)內(nèi)外形成了多種壓裂增產(chǎn)技術(shù)。常用的水力壓裂技術(shù)包括以下幾種。

(1)清水壓裂技術(shù)。是在清水中加入適量的減阻劑、穩(wěn)定劑、表面活性劑或線性凝膠作為壓裂液，以少量的砂體等顆粒物作為支撐劑的壓裂增產(chǎn)作業(yè)方法。早期清水壓裂使用清水作為壓裂液，產(chǎn)生的裂縫導(dǎo)流能力較差，添加了支撐劑的清水壓裂效果更為明顯，支撐劑能夠在壓裂液返回后使裂縫保持開(kāi)啟［11］。清水壓裂成本低，地層傷害小，清水壓裂技術(shù)在低滲透氣藏中能取得更好的效果，該技術(shù)已經(jīng)成為開(kāi)發(fā)如德克薩斯州巴尼特等頁(yè)巖氣田的主要開(kāi)采手段，能節(jié)約成本30%左右。1997年，Mithell能源公司第一次利用清水壓裂技術(shù)進(jìn)行巴尼特頁(yè)巖的開(kāi)發(fā)，清水壓裂技術(shù)不僅可以使壓裂費(fèi)用較大的水力壓裂技術(shù)減少近65%，而且可以使頁(yè)巖氣的最終采收率提高近20%。

(2)泡沫壓裂技術(shù)。主要應(yīng)用在低壓、低滲透水的頁(yè)巖儲(chǔ)層，這項(xiàng)技術(shù)不但可以減輕壓裂液體對(duì)地層的損害，而且返排效果比較好。

(3)分段壓裂技術(shù)。利用封堵球或限流技術(shù)來(lái)分隔開(kāi)儲(chǔ)層的不同層位進(jìn)行壓裂增產(chǎn)，這種方法的實(shí)施目標(biāo)明確，壓裂的增產(chǎn)效果好。目前有2種方式分段壓裂，一是滑套封隔器分段壓裂，二是可鉆式橋塞分段壓裂。水平井多級(jí)滑套封隔器分段壓裂技術(shù)通過(guò)井口落球系統(tǒng)操控滑套，其原理與直井應(yīng)用的投球壓差式封隔器基本相同。該技術(shù)能夠顯著減少施工時(shí)間、降低施工成本。

(4)水力噴射壓裂。是一種用攜帶砂的高速和高壓流對(duì)巖石進(jìn)行射孔作業(yè)的技術(shù)，是為了打開(kāi)巖層和井筒中間的氣體流動(dòng)通道，最終達(dá)到提高氣體排量的目的，這項(xiàng)技術(shù)適合用于天然裂縫系統(tǒng)比較發(fā)達(dá)的頁(yè)巖儲(chǔ)層。

(5)重復(fù)壓裂技術(shù)。是對(duì)已經(jīng)開(kāi)發(fā)的老井進(jìn)行再一次的水力壓裂。對(duì)直井進(jìn)行重復(fù)壓裂時(shí)可以在以前的生產(chǎn)層進(jìn)行再次射孔，但它需要的壓裂液體積卻要比其最初的壓裂作業(yè)多25%左右，同時(shí)，也可以使最終采收率提高30%～80%。對(duì)水平井進(jìn)行重復(fù)壓裂時(shí)，需要隔離最初壓裂的巖層。當(dāng)前的壓裂層位必須未進(jìn)行壓裂作業(yè)。

(6)同步壓裂。是指對(duì)2口或2口以上的配對(duì)井同時(shí)進(jìn)行壓裂，促進(jìn)裂縫在擴(kuò)展的過(guò)程中進(jìn)行相互作用。同步壓裂的作用是通過(guò)更大的壓裂壓力和更復(fù)雜的裂縫系統(tǒng)來(lái)壓裂泥頁(yè)巖，來(lái)達(dá)到提高初始產(chǎn)量和最終采收率的目的。同步壓裂對(duì)頁(yè)巖氣井短期內(nèi)增產(chǎn)效果明顯，而且對(duì)工作區(qū)環(huán)境影響小，完井速度快，節(jié)省壓裂成本，是頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)中后期比較常用的壓裂技術(shù)。

3 結(jié)論與建議

頁(yè)巖氣儲(chǔ)集層通常呈低孔、低滲透率的特點(diǎn)，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，因而具有其特殊的開(kāi)發(fā)方式。水平井和水力壓裂增產(chǎn)技術(shù)是頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)中的兩項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。水平井技術(shù)是頁(yè)巖氣鉆井的主要方式，它結(jié)合旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井、隨鉆測(cè)井、控壓鉆井等先進(jìn)的鉆井技術(shù)可以更高效、更合理的開(kāi)發(fā)頁(yè)巖氣。壓裂增產(chǎn)技術(shù)是頁(yè)巖氣開(kāi)采的另一種關(guān)鍵技術(shù)。先進(jìn)的壓裂技術(shù)使頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)具有更大的潛力。

美國(guó)是全球頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)最早和最成功的國(guó)家，也是頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)技術(shù)最先進(jìn)的國(guó)家。近幾年，美國(guó)頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)技術(shù)突破，產(chǎn)量快速增長(zhǎng)，對(duì)美國(guó)天然氣供應(yīng)格局和能源安全狀況產(chǎn)生了積極作用，同時(shí)也對(duì)國(guó)際天然氣市場(chǎng)及世界能源格局產(chǎn)生重大影響。

目前我國(guó)頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)處于起步階段，尚未達(dá)到規(guī)模開(kāi)發(fā)的發(fā)展階段。勘探開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)缺乏，核心技術(shù)尚未完全掌握，關(guān)鍵裝備有待研制。建議開(kāi)展頁(yè)巖氣開(kāi)采技術(shù)攻關(guān)，以頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)核心技術(shù)突破為先導(dǎo)，形成適合我國(guó)的頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)裝備體系，促進(jìn)頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)，補(bǔ)充我國(guó)的日益增長(zhǎng)的油氣需求，為國(guó)家的能源安全提供保障。

［1］Bowker K A.Barnet Shale gas production，F(xiàn)ort Worth Basin:Issues and discussion［J］.AAPG Bulletin， 2007，91(4):523-533.

［2］王冕冕，郭肖，曹鵬，等.影響頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)因素及勘探開(kāi)發(fā)技術(shù)展望［J］.特種油氣藏，2010，17 (6):12-17.

［3］US Energy Information Administration.World Shale Gas Resources:An Initial Assessment of 14 Regions Outside the United States［R］.Washington DC: EIA，2013.

［4］楊金華，田洪亮，郭曉霞，等.美國(guó)頁(yè)巖氣水平井鉆井提速提效案例與啟示［J］.石油科技論壇，2013，06(6):10-15.

［5］張蔚紅，熊林芳，王春艷，等.頁(yè)巖氣鉆采技術(shù)進(jìn)展［J］.地下水，2013，35(4):109-111.

［6］孫海庭.國(guó)內(nèi)頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀及面臨問(wèn)題［J］.科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2013，19:118-119.

［7］King G.Thirty years of gas shale fracturing:what have we learned［R］.SPE annual technical conference and exhibition，F(xiàn)lorence，Italy，2010.

［8］李作會(huì)，馮光通.頁(yè)巖氣鉆完井技術(shù)概述［A］.第十屆石油鉆井院所會(huì)議論文集［C］.北京:石油工業(yè)出版社，2010.

［9］J.Daniel Arthur，Brian Bohm，Bobbi Jo coughlin，et al.Evaluating the environmental implications of hydraulic fracturing in shale gas reservoirs［R］.International Petroleum＆Blofuels Environmental conference Albuquerque，2008，11.

［10］唐穎，唐玄，王廣源，等.頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)水力壓裂技術(shù)綜述［J］.地質(zhì)通報(bào)，2011，30(2/3):393-399.

Research on status and key technology of shale gas development

WANG Jian-guo，XU Neng-hui，DU Xue-bin
(State Key Laboratory of Metal Extrusion and Forging Equipment Technology，China National Heavy Machinery Research Institute Co.，Ltd.，Xi’an 710032，China)

This paper introduces development status of shale gas exploration and production.horizontal drilling and hydraulic fracturing are considered two key technologies to improve shale gas exploitation rate.horizontal drilling technology includes underbalanced drilling，pressure control drilling，rotary steering drilling system，and hydraulic fracturing technique consist of water-fracs，foam fracturing，subsection fracturing，hydrajet fracturing，multiple fracturing，synchronous fracturing，and so on.These technologies are analyzed.It is proposed that our country should follow foreign experience of shale gas development，then formed gradually own technology and equipment of suitable for ours.

shale gas;horizontal drilling;hydraulic fracturing

TE93

A

1001-196X(2014)06-0031-05

2014-07-02;

2014-08-15

陜西省科技統(tǒng)籌創(chuàng)新工程計(jì)劃項(xiàng)目(2014KTCL01-01);中國(guó)重型機(jī)械研究院股份公司科研項(xiàng)目(K1305410)

王建國(guó)(1987-)，男，中國(guó)重型機(jī)械研究院股份公司工程師，現(xiàn)從事油氣輸送裝備及相關(guān)冶金機(jī)械設(shè)備的設(shè)計(jì)與研究。

設(shè)計(jì)計(jì)算