目前我國頁巖氣勘探開發(fā)工作正在起步階段，與國外差距較大，許多制約我國頁巖氣開發(fā)的技術瓶頸亟待突破。《頁巖氣發(fā)展規(guī)劃（2011-2015年）》（以下簡稱《規(guī)劃》）的發(fā)布對我國頁巖氣開發(fā)的有序發(fā)展具有重大意義，它指出了未來一段時間我國頁巖氣產業(yè)需要科技攻關的8項任務，這為解決制約我國頁巖氣綜合開發(fā)利用問題指明了方向。本文主要對體積改造技術進行簡要闡釋，希望能借此推動我國頁巖氣開發(fā)技術的進步和發(fā)展。

    體積改造技術亟需突破

    頁巖氣儲層具有滲透率超低、厚度大及天然裂縫發(fā)育的特點，氣體主要以吸附態(tài)吸附在有機質表面，常規(guī)改造形成單一裂縫很難獲得好的增產效果。因此，必須要對天然裂縫發(fā)育和巖石硅質含量高（＞35%），脆性系數高的頁巖進行體積壓裂。通過水力裂縫溝通天然裂縫，增強滲流能力，從而提高頁巖
氣井的經濟效益。
 

圖1 鉆式橋塞封隔技術



圖2 北美不同地區(qū)頁巖氣水平井分段壓裂工藝運
用情況

    與美國相比，我國頁巖氣藏儲層產狀有埋藏深度、厚度較薄和多層疊置的特點。因此，水平井體積改造技術就更為適合我國頁巖氣藏的開發(fā)。在《規(guī)劃》中提出的“體積改造技術” ，就是采用分段多簇射孔和多段一起壓裂的模式，利用縫間干擾，促使裂縫轉向，產生復雜縫網，從而增大流動通道。而“水平井體積改造”則是以分段多簇射孔技術、可鉆式橋塞工具和大型滑溜水壓裂技術為主。

    分段多簇射孔技術是關鍵

    分段多簇射孔技術是實現體積改造的技術關鍵。其目的是為了壓裂形成網狀裂縫、提高改造體積，進而減少井筒附近的壓力損失，并為壓裂時產生的流體提供通道。其特點是可以實現：一次裝彈、電纜傳輸、液體輸送、橋塞脫離、分級引爆。分段多簇射孔每級分4～6簇進行，每簇長度為0.46～0.77m，射孔槍每簇之間的距離為50m，實際井眼中每簇間距一般為20～30m，每個壓裂段控制在100～150m左右，孔密16～20孔/m，孔徑13mm，相位角60°或者180°，排量一般為16m3/min，單孔流量0.27m3/min。

    在現場進行分段多簇射孔時，應該首選裂縫發(fā)育、脆性較強的測井解釋含氣量較好位置射孔。另外要考慮射孔間距因素，因為這些因素會影響射孔的有效性。

    分段多簇射孔的關鍵技術包括橋塞以及射孔槍定位技術、橋塞與射孔槍分離技術、分級引爆技術。目前射孔槍定位技術掌握在斯倫貝謝等幾家國外公司手中，國內大港油田已經開始這方面技術攻關，并初步取得效果。但是，隨著頁巖氣的進一步開發(fā)，該技術仍然需要繼續(xù)攻關。

    可鉆式橋塞
    封隔技術應用廣泛

   近年來，頁巖氣水平井可鉆式橋塞封隔技術（如圖一）作為一項新興的水平井改造技術在國外頁巖氣藏以及致密氣藏開發(fā)中得到廣泛應用。其下入方式通常采用（連續(xù)）油管、水力爬行器或水力泵入等方式，施工時，用電纜帶爬行器或連續(xù)油管對第一段進行射孔壓裂，然后下入速鉆橋塞壓裂管柱之后進行坐封橋塞；然后打掉橋塞，上提管柱，將射孔槍對準預定位置射孔；最后將管柱全部提出井筒進行該段壓裂，施工完成之后用連續(xù)油管磨銑橋塞，合層排液求產（如圖2）。


    該工藝技術有以下幾個特點：工具采用類似硬性塑料性質的復合材料制成，可鉆性強；密度較小，很容易循環(huán)帶出地面，避免了常規(guī)鑄鐵橋塞磨銑后產生的金屬碎屑沉淀；壓裂結束后，短時間內鉆掉所有橋塞，減少了液體在地層中的滯留時間，降低了外來液體對儲層的傷害。該工藝可滿足多種套管尺寸（3.5″/4.5″/5.5″/7″)，理論上可實現無限級分層壓裂。關鍵技術主要包括快速可鉆式橋塞材料、橋塞送入及座封、橋塞與射孔槍分離。
 
    國內蜀南頁巖龍馬溪組頁巖與Barnett組頁巖有極其相似的沉積背景和沉積環(huán)境，具備頁巖氣藏的有利地質條件。北美地區(qū)頁巖氣體積改造中85%以上的頁巖井都是采用橋塞分段來實現壓裂的（表1），國內第一口頁巖氣井威X井施工效果也充分說明，該工藝適合我國龍馬溪組頁巖氣藏，這也為為我國未來頁巖
氣水平井體積改造技術發(fā)展的方向提供了重要參考。
 
    該項技術也被寫入了《頁巖氣發(fā)展規(guī)劃（2011-2015年）》中，成為我國頁巖氣技術發(fā)展急需攻關的項目之一。

 

    大型滑溜水壓裂
    技術優(yōu)勢明顯

    由于頁巖儲層壓裂時易產生多裂縫，液體濾失嚴重，人工裂縫寬度受限，支撐劑進入地層難度大；加之頁巖儲層孔隙度、基質滲透率極低，外來液體的侵入容易引發(fā)二次傷害，對壓裂裂縫導流能力有較大影響。為了有效補償液體濾失，并確保縫寬適度，采用大排量施工、小粒徑、低密度、低砂比、段塞式加砂模式 。

    滑溜水壓裂工藝參數上一般選擇：水平段長1000～1500m，分8～15段，每段分4～6簇，每簇長度0.46～0.77m，簇間距20～30m，排量10m3/min以上，平均砂比3%～5%，每段壓裂液量1000～1500m3，每段支撐劑量100～200t，壓裂液體系采用滑溜水+線性膠組合方式，以40/70目支撐劑為主。

    在美國開發(fā)最成功的Barnett頁巖氣氣藏，其儲層改造的主體技術是：水平井套管完井+分段多簇射孔+可鉆式橋塞封隔+大型滑溜水壓裂。由于滑溜水壓裂改造成本低，且有利于形成網狀裂縫，國內蜀南頁巖龍馬溪組頁巖與Barnett組沉積背景和沉積環(huán)境相似，大型滑溜水壓裂優(yōu)勢明顯，但國內技術仍待突破。

    關注技術瓶頸
    加大科技攻關力度

    中國頁巖氣的勘探開發(fā)已經進入實質性階段。但是，頁巖氣開發(fā)關鍵技術與國外相比差距仍然較大，這也深刻影響著中國頁巖氣的開發(fā)進程。如何突破技術瓶頸、加大科技攻關就成為當前一段時期需要解決的問題。這主要表現在以下三方面：一是加大可鉆橋塞復合材料研究度。目前在國內先導試驗井使用的可鉆橋塞，基本上都是由國外公司提供，國內部分單位已經開始研制，但是從實際效果來看并不理想，可鉆橋塞材料仍然是國內需要突破的“瓶頸”。二是國外頁巖氣藏和國內氣藏儲層產狀差別較大，在選擇工藝上建議選擇符合本地地質條件的體積壓裂技術。但是，相關工藝技術仍然值得借鑒。三是在水平井體積改造中，與微地震裂縫監(jiān)測技術配合。以微地震裂縫監(jiān)測技術來指導現場體積與進行效果評估，能取得更好的效果。