目前我國頁巖氣勘探開發工作正在起步階段，與國外差距較大，許多制約我國頁巖氣開發的技術瓶頸亟待突破。《頁巖氣發展規劃（2011-2015年）》（以下簡稱《規劃》）的發布對我國頁巖氣開發的有序發展具有重大意義，它指出了未來一段時間我國頁巖氣產業需要科技攻關的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技術的進步和發展。

    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育的特點，氣體主要以吸附態吸附在有機質表面，常規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。在《規劃》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，該技術仍然需要繼續攻關。

    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中得到廣泛應用。其下入方式通常采用（連續）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，很容易循環帶出地面，避免了常規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境，具備頁巖氣藏的有利地質條件。北美地區頁巖氣體積改造中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展的方向提供了重要參考。
 
    該項技術也被寫入了《頁巖氣發展規劃（2011-2015年）》中，成為我國頁巖氣技術發展急需攻關的項目之一。

 

    大型滑溜水壓裂
    技術優勢明顯

    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境相似，大型滑溜水壓裂優勢明顯，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已經進入實質性階段。但是，頁巖氣開發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，與微地震裂縫監測技術配合。以微地震裂縫監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。



 

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