淺談頁巖氣開采工藝技術(shù)的優(yōu)化措施

劉軍

【摘要】頁巖氣是指儲藏在有機(jī)質(zhì)頁巖中的非常規(guī)天然氣，主要以游離氣和吸附氣的形式存在。由于頁巖孔隙度和滲透率低，頁巖氣基本未發(fā)生位移。頁巖既是頁巖氣的產(chǎn)氣源，又聚集和保存頁巖氣。頁巖氣儲藏的特點(diǎn)為面積廣、厚度大、產(chǎn)氣量穩(wěn)定，這使其成為未來能源開發(fā)的熱點(diǎn)。含氣頁巖分為海相和陸相兩種類型。海相頁巖形成于臺地和陸棚環(huán)境中，有機(jī)質(zhì)含量豐富，地質(zhì)環(huán)境封閉，形成速率較快；陸相頁巖形成于湖泊沉積環(huán)境中。

【關(guān)鍵詞】頁巖氣；開采工藝；技術(shù)優(yōu)化

一、油頁巖勘探開發(fā)的現(xiàn)狀

（一）油頁巖的基本特征

油頁巖巖性特征。油頁巖是一種沉積巖，層理是密實(shí)的，顆粒勻稱，稱為“油頁巖”。油頁巖類型。頁巖由于母質(zhì)和周圍環(huán)境的差異，分為陸相頁巖、湖泊頁巖和海洋頁巖三種類型。三種主要的區(qū)別是：在有機(jī)質(zhì)含量上，大陸頁巖的脂質(zhì)含量較高。湖相油頁巖主要由湖泊藻類和浮游生物形成。海洋頁巖主要來自早期微生物沉積埋藏后形成。就我國而言，目前我國的油頁巖多是屬于陸相的。

（二）油頁巖的勘探開發(fā)現(xiàn)狀

雖然經(jīng)過一系列的工藝處理過程，可以獲得類似的油頁巖油和天然氣，而且早在1821年就發(fā)現(xiàn)了，但由于人類認(rèn)知水平和技術(shù)的局限，大規(guī)模開采和使用油頁巖還沒有實(shí)現(xiàn)。僅在近年來美國對油頁巖資源開發(fā)利用領(lǐng)域，介紹了相應(yīng)的鼓勵政策，油頁巖開采與進(jìn)展有關(guān)，頁巖也逐漸獲得了大規(guī)模的開采。到目前為止，美國頁巖氣產(chǎn)量占天然氣總產(chǎn)量的35%以上，成為世界上最大的天然氣生產(chǎn)國。美國的這一倡議是值得世界其他國家特別是我國參考和考慮的一個主題。2011年以來，中國有關(guān)部門開始實(shí)施頁巖氣投資管理，這被稱為中國頁巖氣開發(fā)利用的勘探階段。2012年11月，中國頁巖氣開采正式進(jìn)入高速發(fā)展階段，在1HF井中生產(chǎn)高產(chǎn)量頁巖氣。自2017年以來，中國油頁巖資源開發(fā)一直處于世界前列。

（三）中國油頁巖資源現(xiàn)狀

我國礦產(chǎn)資源豐富，歷來被認(rèn)為是資源豐富的國家。特別是油頁巖資源豐富，蘊(yùn)藏著豐富的自然資源。根據(jù)目前的統(tǒng)計(jì)，中國的油頁巖資源約為7199.37×108t。大部分油頁巖集中在我國東部、中部和西北地區(qū)。從地層的角度來看，油頁巖主要分布在中生代和新生代。在地理環(huán)境方面，我國油頁巖儲量占總油頁巖儲量的80%以上。

二、頁巖氣開采工藝技術(shù)優(yōu)化措施

（一）水力噴砂射孔技術(shù)措施的應(yīng)用

設(shè)計(jì)水力噴砂射孔技術(shù)需要的流速，確定最佳的噴射時間，優(yōu)化設(shè)計(jì)噴砂液的濃度，使其達(dá)到最佳的噴砂射孔的效果。使噴射用的流體通過噴射工具，在高速流體沖擊作用下，形成射孔的通道，完成水力射孔的操作，使頁巖形成穩(wěn)定的孔，將氣井和頁巖氣層溝通起來，達(dá)到開采的技術(shù)要求。

（二）水力噴砂壓裂技術(shù)措施

利用水力噴砂射孔定點(diǎn)壓裂技術(shù)措施，節(jié)省機(jī)械封隔的作用，下一次管柱，實(shí)現(xiàn)射孔和壓裂雙重施工操作，達(dá)到節(jié)能的技術(shù)要求。射流在噴砂的通道內(nèi)形成高壓，在油套管的環(huán)形空間內(nèi)泵入高壓液體，增加環(huán)空的壓力，噴砂射孔的壓力和環(huán)空液體的壓力進(jìn)行疊加，達(dá)到增加壓力的效果，當(dāng)壓力超過地層的破裂壓力時，實(shí)現(xiàn)了壓裂施工的效果。將頁巖儲層壓開裂縫，達(dá)到增加頁巖儲層滲透性的目的。通過優(yōu)化水力噴砂壓裂的管柱設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)頁巖儲層的分段壓裂施工效果，同時解除由于砂堵而進(jìn)行反洗井的問題。應(yīng)用高耐磨的噴嘴，減少噴砂液的磨損，提高設(shè)備的使用效率，降低作業(yè)施工成本，滿足頁巖氣井壓裂施工的要求。水力噴砂壓裂技術(shù)措施必須在指定的儲層進(jìn)行，才能達(dá)到預(yù)期的壓裂施工效果，能夠有效地控制裂縫的起裂，形成穩(wěn)定的裂縫，提高頁巖層的滲透性，滿足頁巖氣開采的技術(shù)要求。

（三）水平井鉆井技術(shù)

直井的鉆探是為了進(jìn)行頁巖氣開采的試驗(yàn)，而水平井的鉆探才能夠達(dá)到頁巖氣的開發(fā)效果。水平井能夠增大儲層的泄流面積，提高頁巖氣的產(chǎn)量。應(yīng)用水平井的地質(zhì)導(dǎo)向鉆井技術(shù)措施，鉆探出優(yōu)質(zhì)的井筒，使其滿足頁巖氣開采的需要。頁巖氣儲層的特點(diǎn)，決定頁巖氣的分布規(guī)律，應(yīng)用水平井的鉆探施工，能夠降低頁巖氣開采的成本，水平井的完井方式一般優(yōu)選漏眼完井法，最大限度地開采頁巖氣，提高頁巖氣的開采效率。

（四）水平井壓裂技術(shù)措施

水平井的分層壓裂技術(shù)措施的應(yīng)用，能夠提高頁巖氣井的開發(fā)效果。由于頁巖的致密性，在進(jìn)行頁巖氣開采時，必須實(shí)施壓裂技術(shù)措施，才能達(dá)到開采的技術(shù)要求。通過各種壓裂措施的優(yōu)化，采用體積壓裂技術(shù)設(shè)計(jì)，應(yīng)用電纜射孔橋塞分段壓裂技術(shù)、滑套封隔器分段壓裂技術(shù)進(jìn)行水力壓裂，通過微地震動態(tài)監(jiān)測技術(shù)措施，對分段壓裂的效果進(jìn)行監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)壓裂存在的問題，采取必要的技術(shù)措施，及時進(jìn)行糾正，達(dá)到最佳的壓裂施工效果，不斷提高頁巖氣的開采效率。水平井的分段壓裂技術(shù)措施，利用封隔器或者橋塞將井下的儲層分隔成不同的井段，分別進(jìn)行水力壓裂，形成更多的體積裂縫，形成氣藏的流通路徑，滿足頁巖氣開采的需要。微地震監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用，對水力壓裂施工的過程進(jìn)行實(shí)時的監(jiān)測和管理，及時發(fā)現(xiàn)壓裂施工存在的問題，可以準(zhǔn)確地判斷儲層壓裂的效果。

總而言之，針對頁巖氣的開采，有其反面意義與正面意義。在對新能源的需求如此大的時代里，對新能源的迫切需求決定了其正面意義要大于反面意義。我們能做的是在實(shí)現(xiàn)其正面意義的同時，盡量通過新型的技術(shù)研發(fā)、完善的法規(guī)政策、科學(xué)的生態(tài)保護(hù)措施來降低頁巖氣開采中所產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)問題，最大限度地將其反面意義轉(zhuǎn)化為正面意義。

參考文獻(xiàn)

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