劉廣峰，王文舉，李雪嬌，潘少杰，白耀星

（中國(guó)石油大學(xué)（北京）石油工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102249）

頁(yè)巖氣壓裂技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展方向

劉廣峰，王文舉，李雪嬌，潘少杰，白耀星

（中國(guó)石油大學(xué)（北京）石油工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102249）

頁(yè)巖氣分布廣泛，開(kāi)發(fā)潛力巨大。然而，由于開(kāi)采難度大，在大部分情況下，需要采取有效的壓裂增產(chǎn)措施。經(jīng)過(guò)多年的研究與實(shí)踐，國(guó)外在頁(yè)巖氣壓裂方面取得了巨大進(jìn)步，形成了以水平井分段壓裂為主體的一系列工藝技術(shù)。文中回顧了北美地區(qū)頁(yè)巖氣井壓裂的發(fā)展歷程，重點(diǎn)介紹了壓裂地質(zhì)特征評(píng)價(jià)技術(shù)、壓裂施工工藝以及常用的壓裂液體系，并結(jié)合技術(shù)現(xiàn)狀展望了未來(lái)頁(yè)巖氣壓裂的發(fā)展方向。

頁(yè)巖氣；壓裂；技術(shù)現(xiàn)狀；發(fā)展方向

0　引言

頁(yè)巖氣分布廣泛，具有巨大的開(kāi)發(fā)潛力。2013年美國(guó)能源信息署（EIA）對(duì)全球非常規(guī)油氣資源進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果顯示，全球頁(yè)巖氣技術(shù)可采儲(chǔ)量約為207.0× 1012m3。其中，中國(guó)待發(fā)現(xiàn)的頁(yè)巖氣技術(shù)可采資源量約為31.6×1012m3，居世界首位［1-2］。然而，由于頁(yè)巖儲(chǔ)層具有低孔隙度、低滲透率以及非均質(zhì)性強(qiáng)等特性，與常規(guī)油氣資源相比，開(kāi)采難度大，絕大部分情況下，需要對(duì)頁(yè)巖儲(chǔ)層采取有效的增產(chǎn)改造措施。

21世紀(jì)初，以美國(guó)為代表的北美國(guó)家與地區(qū)，依靠水平井壓裂技術(shù)對(duì)儲(chǔ)集層進(jìn)行改造，實(shí)現(xiàn)了頁(yè)巖氣的商業(yè)化開(kāi)采，該區(qū)頁(yè)巖氣的勘探及開(kāi)發(fā)技術(shù)取得了巨大的進(jìn)步。然而，頁(yè)巖氣壓裂仍然面臨諸多問(wèn)題，如環(huán)境污染、成本高等，因此頁(yè)巖氣壓裂工藝技術(shù)仍在不斷完善之中。與北美相比，中國(guó)在頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)領(lǐng)域起步較晚，整體上處于前期探索和準(zhǔn)備階段。了解國(guó)內(nèi)外頁(yè)巖氣壓裂技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展方向，對(duì)中國(guó)頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)具有一定的借鑒和指導(dǎo)意義。

1　國(guó)外頁(yè)巖氣壓裂發(fā)展歷程

1821年，美國(guó)鉆出第1口頁(yè)巖氣井，成為世界上最早進(jìn)行頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)的國(guó)家［3］。然而，由于開(kāi)采難度大、成本高，在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，頁(yè)巖氣大規(guī)模開(kāi)發(fā)并不具備可行性。隨著壓裂技術(shù)的不斷進(jìn)步，頁(yè)巖氣商業(yè)化開(kāi)發(fā)逐漸成為可能?？偟膩?lái)說(shuō)，頁(yè)巖氣壓裂發(fā)展歷程可分為探索起步、快速發(fā)展以及大規(guī)模推廣應(yīng)用3個(gè)階段［4-7］。

探索起步階段（1978—1997年）：1978年，美國(guó)《國(guó)家天然氣政策法》重啟了美國(guó)頁(yè)巖氣的開(kāi)發(fā)進(jìn)程，當(dāng)時(shí)主要依靠硝化甘油爆炸增產(chǎn)改造技術(shù)實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)；1981年，美國(guó)頁(yè)巖氣井首次實(shí)施壓裂改造并取得了成功，驗(yàn)證了水力壓裂技術(shù)開(kāi)發(fā)頁(yè)巖氣的可行性，頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)了歷史性突破。

快速發(fā)展階段（1997—2002年）：1997年，Mitchell公司首次將清水壓裂液應(yīng)用于頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)；1999年，重復(fù)壓裂應(yīng)用于頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)，增產(chǎn)效果顯著；2002年，Devon公司對(duì)Vossburg地區(qū)的7口頁(yè)巖氣水平井進(jìn)行了壓裂試驗(yàn)，取得巨大成功，為實(shí)現(xiàn)頁(yè)巖氣的大規(guī)模商業(yè)化開(kāi)發(fā)奠定了基礎(chǔ)。

大規(guī)模推廣應(yīng)用階段（2002年至今）：水平井成功后，頁(yè)巖氣水平井?dāng)?shù)量迅速增加，2004年，水平井分段壓裂+清水壓裂的壓裂工藝迅速推廣，廣泛應(yīng)用于頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)中；2005年，國(guó)外進(jìn)行了水平井同步壓裂技術(shù)試驗(yàn)，進(jìn)而發(fā)展為“工廠化”壓裂模式。

2　頁(yè)巖儲(chǔ)層壓裂地質(zhì)評(píng)價(jià)技術(shù)

儲(chǔ)層巖石力學(xué)特征、脆性特征、地應(yīng)力以及天然裂縫分布等對(duì)人工裂縫的延伸以及裂縫網(wǎng)絡(luò)的形成起著重要作用，客觀地決定了儲(chǔ)層改造的效果和質(zhì)量。因此，壓裂地質(zhì)特征評(píng)價(jià)技術(shù)在頁(yè)巖儲(chǔ)層改造中的地位日益突出。

2.1地應(yīng)力分布研究

壓裂裂縫的形態(tài)取決于地層三向應(yīng)力狀態(tài)，裂縫延伸方向總是平行于最大主應(yīng)力，垂直于最小主應(yīng)力。研究還表明，兩向應(yīng)力差是實(shí)現(xiàn)體積壓裂的重要因素。水平應(yīng)力差越小，壓裂過(guò)程中越容易形成復(fù)雜的縫網(wǎng)［8］。水力壓裂法、巖石聲發(fā)射Kaiser效應(yīng)法、測(cè)井資料計(jì)算法以及數(shù)值模擬法是獲取地應(yīng)力的主要方法［9-12］。然而，各方法略有不同［13］：水力壓裂方法是現(xiàn)場(chǎng)確定地應(yīng)力最直接、最可靠的方法之一，巖石聲發(fā)射Kaiser效應(yīng)法是實(shí)驗(yàn)室確定地應(yīng)力的重要方法，測(cè)井資料計(jì)算法能夠給出隨深度變化的地應(yīng)力剖面，數(shù)值模擬方法可得到地應(yīng)力在一定區(qū)域的宏觀分布。

2.2巖石脆性評(píng)價(jià)

頁(yè)巖儲(chǔ)層巖石的脆性是控制裂縫網(wǎng)絡(luò)形成和獲得有效增產(chǎn)效果的關(guān)鍵因素，脆性越大，越容易形成裂縫網(wǎng)絡(luò)［14］。

1990年，R.J.Evans等［15］闡述了頁(yè)巖脆性的概念，然而到目前為止，仍沒(méi)有統(tǒng)一的巖石脆性指數(shù)的定義和測(cè)量方法。李慶輝等［16］對(duì)國(guó)內(nèi)外計(jì)算脆性指數(shù)的多種方法進(jìn)行了總結(jié)，主要包括應(yīng)變曲線法、剪切法和脆性礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)法等。應(yīng)用較多的是巖石力學(xué)經(jīng)驗(yàn)公式和脆性礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)2種評(píng)價(jià)方法。各評(píng)價(jià)方法差異較大，且都有一定的局限性，尚不能從宏觀上反映壓裂時(shí)巖石變形及破裂特征。

2.3天然裂縫識(shí)別

儲(chǔ)層天然裂縫的發(fā)育程度以及方位對(duì)人工裂縫的延伸、縫網(wǎng)的形成有著重要影響。研究表明，儲(chǔ)層天然裂縫發(fā)育程度越好，越容易形成復(fù)雜的縫網(wǎng)，與此同時(shí)，人工裂縫與天然裂縫之間的角度也對(duì)網(wǎng)絡(luò)裂縫的形成有影響［17］。

頁(yè)巖儲(chǔ)層天然裂縫的識(shí)別方法與其他巖石類型略有不同，目前主要利用的方法有地質(zhì)及巖石學(xué)法、錄井法、地震法、井間壓力干擾試井法等［18］。然而，對(duì)天然裂縫的研究仍然還停留在定性描述上，缺乏深入的定量分析。

2.4巖石力學(xué)特征研究

水力壓裂中，巖石力學(xué)性質(zhì)對(duì)于研究巖石的破裂、水力裂縫延伸過(guò)程中裂縫寬度的變化，以及確定最終的裂縫幾何形狀非常重要。巖石力學(xué)參數(shù)的確定方法主要有2種［19］：一種是對(duì)巖心進(jìn)行加載實(shí)驗(yàn)，另一種是根據(jù)地球物理測(cè)井資料計(jì)算。

3　頁(yè)巖氣壓裂施工工藝

隨著頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)的不斷深入，常規(guī)壓裂已不能滿足大規(guī)模商業(yè)化開(kāi)發(fā)的要求，水平井分段大規(guī)模水力壓裂成為當(dāng)前頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)［20］。此外，同步壓裂、重復(fù)壓裂、工廠化壓裂模式以及裂縫監(jiān)測(cè)技術(shù)同樣被廣泛應(yīng)用于頁(yè)巖氣壓裂施工中。

3.1水平井分段壓裂

可鉆橋塞分段壓裂、封隔器分段壓裂以及水力噴射分段壓裂是當(dāng)前北美地區(qū)頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)中常用的水平井分段壓裂技術(shù)。

3.1.1可鉆橋塞分段壓裂

可鉆橋塞分段壓裂技術(shù)是集水力泵送、射孔與橋塞聯(lián)作以及快鉆橋塞于一體的壓裂工藝。該技術(shù)適用于套管完井，其流程為：下入可鉆橋塞壓裂管柱—坐封橋塞—打掉橋塞并上提管柱—將射孔槍對(duì)準(zhǔn)預(yù)定位置射孔—將管柱全部提出井筒—壓裂［21］。重復(fù)以上步驟進(jìn)入下段壓裂。

由于可鉆橋塞分段壓裂技術(shù)采用射孔、壓裂聯(lián)作的方式，壓裂后短時(shí)間內(nèi)即可鉆掉所有橋塞，與常規(guī)壓裂方法相比，能夠大幅提高作業(yè)效率，同時(shí)減小了壓裂液對(duì)儲(chǔ)層的傷害。

3.1.2封隔器分段壓裂

這是一項(xiàng)一次性入井即可實(shí)現(xiàn)水平井選擇性隔離以及分段改造的工藝技術(shù)，由于封隔器在套管內(nèi)及裸眼段均能達(dá)到理想的耐壓指標(biāo)，因此適用于多類油氣井的增產(chǎn)改造。

該技術(shù)分2類：一類是適用于套管完井的滑套封隔器壓裂技術(shù)，該技術(shù)工藝過(guò)程復(fù)雜，施工風(fēng)險(xiǎn)較大，目前應(yīng)用較少；另一類為膨脹式封隔器壓裂技術(shù)，主要適用于裸眼完井，其工作原理為，封隔器下入井底預(yù)定位置后，遇油氣或水以后膨脹，實(shí)現(xiàn)坐封。由于裸眼封隔器分段壓裂具有可靠性高、成本低、風(fēng)險(xiǎn)低以及壓裂后投產(chǎn)快等優(yōu)點(diǎn)，在北美地區(qū)得到廣泛應(yīng)用［22］。

3.1.3水力噴射分段壓裂

1998年，Surjaatmadja［23］第一次提出水力噴射分段壓裂方法，并應(yīng)用于水平井壓裂工程。水力噴射壓裂是集噴射射孔、水力壓裂及酸化、封隔于一體的高效增產(chǎn)改造技術(shù)。該技術(shù)依據(jù)伯努利原理，將壓能轉(zhuǎn)化為流體動(dòng)能［24］。由于高速流體的沖擊作用，射孔孔道頂端產(chǎn)生微裂縫，之后受環(huán)空壓力以及射流增壓效應(yīng)的影響，孔道內(nèi)壓力不斷增大，直至壓裂地層。水力噴射壓裂可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)封堵，具有封隔準(zhǔn)確、用時(shí)短、成本低等特點(diǎn)［25］。該技術(shù)應(yīng)用范圍廣，適用于各種完井方式，在全世界范圍內(nèi)發(fā)展迅速，已在美國(guó)、加拿大、巴西等國(guó)家得到了應(yīng)用。

3.2同步壓裂

同步壓裂是指對(duì)2口或者2口以上的相鄰井同時(shí)進(jìn)行壓裂，或者在相鄰井之間進(jìn)行拉鏈?zhǔn)浇惶鎵毫?。在同步壓裂過(guò)程中，相鄰井之間相互影響，產(chǎn)生應(yīng)力干擾，增大裂縫復(fù)雜性指數(shù)（FCI），增加壓裂改造體積（SRV），從而提高產(chǎn)量和最終采收率。

2006年，同步壓裂技術(shù)首次應(yīng)用于Barnett地區(qū)的頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)中，隨后在多個(gè)地區(qū)得到了廣泛應(yīng)用，現(xiàn)已發(fā)展到3口井甚至4口井同時(shí)壓裂的水平。同步壓裂可顯著提高頁(yè)巖氣井的短期產(chǎn)量，且對(duì)環(huán)境影響小，常應(yīng)用于頁(yè)巖氣的中后期開(kāi)發(fā)［26］。

3.3重復(fù)壓裂

當(dāng)初始?jí)毫咽Щ蛑蝿┢扑?，造成?yè)巖氣井產(chǎn)氣量大幅下降時(shí)，重復(fù)壓裂可重新打開(kāi)裂縫或使裂縫重新取向，從而再次建立儲(chǔ)層到井筒的滲流通道，恢復(fù)或增加氣井產(chǎn)能，是一種低成本增產(chǎn)方法［27］。在Newark East氣田，曾對(duì)頁(yè)巖氣井進(jìn)行過(guò)重復(fù)壓裂改造。試驗(yàn)結(jié)果表明，重復(fù)壓裂后的頁(yè)巖氣井產(chǎn)量與初次壓裂時(shí)期相比更高［28］。

3.4“工廠化”壓裂模式

隨著北美地區(qū)頁(yè)巖氣的開(kāi)發(fā)以及大規(guī)模水平井分段壓裂技術(shù)的推廣應(yīng)用，哈里伯頓公司于2005年首次提出了一種新的壓裂模式——“工廠化”壓裂［29］。該壓裂模式采用循環(huán)壓裂液體系，適用于叢式井組開(kāi)發(fā)，是一種新型高效的綜合開(kāi)發(fā)模式。

“工廠化”壓裂的最大特點(diǎn)就是連續(xù)性作業(yè)，可以大幅度提高壓裂設(shè)備的利用率，同時(shí)減少設(shè)備動(dòng)遷及安裝頻率，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度。北美地區(qū)開(kāi)發(fā)實(shí)踐表明，該壓裂模式在頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)中效果顯著，對(duì)提高壓裂效率、降低頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)成本貢獻(xiàn)巨大［30］。

3.5裂縫監(jiān)測(cè)技術(shù)

裂縫監(jiān)測(cè)是評(píng)價(jià)壓裂效果的重要手段，也是優(yōu)化壓裂工藝及其設(shè)計(jì)的重要途徑。常用的裂縫監(jiān)測(cè)方法主要有微地震監(jiān)測(cè)、測(cè)斜儀監(jiān)測(cè)、直接近井筒裂縫監(jiān)測(cè)、分布式聲傳感監(jiān)測(cè)等。

各種監(jiān)測(cè)方法都有其自身的優(yōu)點(diǎn)和局限性。為了準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)壓裂裂縫特征，結(jié)合多種方法的綜合診斷技術(shù)［31］，如結(jié)合成像測(cè)井與微地震監(jiān)測(cè)的診斷技術(shù)以及測(cè)斜儀檢測(cè)與微地震監(jiān)測(cè)相結(jié)合的綜合裂縫監(jiān)測(cè)技術(shù)，在頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)過(guò)程中的應(yīng)用將越來(lái)越廣泛。

4　壓裂液體系

壓裂液的選取依據(jù)是頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的特征，針對(duì)不同的頁(yè)巖儲(chǔ)層應(yīng)采用不同類型的壓裂液。應(yīng)用于頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)的壓裂液主要有凍膠壓裂液、泡沫壓裂液、清水壓裂液以及復(fù)合壓裂液等，其中清水壓裂液和復(fù)合壓裂液應(yīng)用最廣泛。

4.1清水壓裂液

在清水壓裂液中，水占了絕大部分，同時(shí)加入了一定量的支撐劑，還有極少量的降阻劑、表面活性劑、黏土穩(wěn)定劑等。

清水壓裂液作為一種清潔型壓裂液，主要適用于水敏性弱、儲(chǔ)層天然裂縫較發(fā)育、脆性較高的地層。與常規(guī)凍膠壓裂液相比，清水壓裂液的壓裂效果更好，對(duì)儲(chǔ)層傷害小且成本低。自1997年以來(lái)，清水壓裂液在頁(yè)巖氣壓裂中得到了廣泛應(yīng)用。然而清水壓裂液也有其不足之處，如因黏度較低導(dǎo)致攜砂能力差等［32］。

4.2復(fù)合壓裂液

復(fù)合壓裂液主要由高黏度凍膠和低黏度滑溜水組成，主要針對(duì)黏土含量高、塑性強(qiáng)的頁(yè)巖儲(chǔ)層而設(shè)計(jì)。高黏度凍膠的主要作用是，在保證形成一定寬度裂縫的同時(shí)增大壓裂液的攜砂能力，而低黏度滑溜水可保證較好的造縫能力。復(fù)合壓裂液的注入順序［22］為：先交替注入前置液滑溜水與凍膠，接著泵入小粒徑支撐劑，然后泵入中等粒徑支撐劑。攜帶支撐劑的滑溜水在凍膠中發(fā)生黏滯指進(jìn)，支撐劑沉降速度降低，從而有效增大了裂縫的導(dǎo)流能力。

在Barnett地區(qū)頁(yè)巖氣藏曾采用過(guò)復(fù)合壓裂液壓裂，結(jié)果顯示，其單井產(chǎn)量比采用其他方式壓裂的鄰井提高將近30%［29］。Anadarko石油公司在北美Haynesville頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)中，利用裂縫監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)復(fù)合壓裂液和清水壓裂液的壓裂效果進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果表明，復(fù)合壓裂液形成的有效裂縫半長(zhǎng)是清水壓裂液的3倍［30］。采用復(fù)合壓裂液可顯著增大有效裂縫長(zhǎng)度，提高產(chǎn)量，但與清水壓裂液相比，其成本較高且對(duì)儲(chǔ)層傷害較大。

5　頁(yè)巖氣壓裂技術(shù)發(fā)展方向

5.1提升頁(yè)巖氣壓裂施工效率

高昂的開(kāi)采成本是制約頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)的重要因素，如何提高壓裂施工效率，降低成本仍是未來(lái)頁(yè)巖氣壓裂技術(shù)發(fā)展的重要方向。研究結(jié)果表明［33］，水平井開(kāi)發(fā)過(guò)程中，大部分產(chǎn)能僅來(lái)自30%左右的有效層段，特別是非均質(zhì)性較強(qiáng)的水平井，因?yàn)榇蟛糠謮毫褜佣尾](méi)有出現(xiàn)在“甜點(diǎn)”處。實(shí)現(xiàn)壓裂段數(shù)的少、精、準(zhǔn)成為提高頁(yè)巖氣壓裂施工效率的重要途徑。

為了避免無(wú)效壓裂作業(yè)，國(guó)內(nèi)外正在探索可有效識(shí)別斷層、出水層段以及油氣富集區(qū)的隨壓“甜點(diǎn)”監(jiān)測(cè)技術(shù)，以便顯著提高頁(yè)巖氣壓裂施工效率。然而，真正能夠做到準(zhǔn)確無(wú)誤地高效壓裂，還有待進(jìn)一步的研究和突破［34］。

5.2改善頁(yè)巖氣的滲流條件

改善頁(yè)巖氣的滲流條件是提高頁(yè)巖氣產(chǎn)量的關(guān)鍵。在常規(guī)壓裂過(guò)程中，支撐劑的嵌入降低了裂縫的導(dǎo)流能力［35］，而HiWAY高速通道壓裂技術(shù)的出現(xiàn)顛覆了傳統(tǒng)壓裂理念。整合了完井工藝、填砂工藝、流體控制工程的HiWAY高速通道壓裂技術(shù)，通過(guò)間歇式交替注入支撐劑和高濃度凝膠壓裂液，在支撐劑填充區(qū)形成開(kāi)放性的高速滲流通道，極大地改善了頁(yè)巖氣的滲流狀態(tài)。該技術(shù)已在全球多個(gè)地區(qū)得到了應(yīng)用。統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，與常規(guī)壓裂相比，運(yùn)用該技術(shù)后的產(chǎn)量提高了15%［36］。

與直井相比，水平井極大地改善了頁(yè)巖氣的滲流條件。然而，復(fù)雜結(jié)構(gòu)井具有更大的優(yōu)勢(shì)，以復(fù)雜結(jié)構(gòu)井為主導(dǎo)的新技術(shù)將逐漸成為未來(lái)開(kāi)發(fā)非常規(guī)油氣資源的有效手段。在雙分支水平井壓裂試驗(yàn)中，每個(gè)分支長(zhǎng)1 500 m以上，進(jìn)行15段壓裂。與單分支水平井相比，頁(yè)巖氣產(chǎn)量提高25%，而成本降低了35%，顯示出巨大的應(yīng)用潛力［37］。在頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)中，包括雙分支水平井和多分支水平井壓裂的復(fù)雜結(jié)構(gòu)井壓裂技術(shù)，將成為頁(yè)巖氣壓裂的發(fā)展趨勢(shì)。

5.3降低頁(yè)巖氣壓裂對(duì)環(huán)境的影響

首先，頁(yè)巖氣壓裂消耗大量的水資源，造成水資源緊張。根據(jù)美國(guó)能源局公布的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，Barnett地區(qū)的頁(yè)巖氣井平均用水量高達(dá)1×104m3/口，其中水力壓裂的水量占總用水量的絕大部分［38］。其次，壓裂液對(duì)生態(tài)環(huán)境也有重大危害，在壓裂過(guò)程中，有高達(dá)80%的壓裂液不能返排［39］，因其含有殺菌劑、阻垢劑、潤(rùn)滑劑以及表面活性劑等多種化學(xué)添加劑，有可能導(dǎo)致飲用水污染。因此，降低頁(yè)巖氣壓裂造成的環(huán)境影響逐漸成為頁(yè)巖氣壓裂技術(shù)的重要指標(biāo)。研究新型無(wú)水壓裂技術(shù)成為未來(lái)頁(yè)巖氣壓裂關(guān)注的重點(diǎn)。

國(guó)內(nèi)外已經(jīng)開(kāi)展LPG（液化石油氣）壓裂、超臨界CO2壓裂以及液氮壓裂等新型無(wú)水壓裂技術(shù)的可行性研究和應(yīng)用。

LPG壓裂以液化石油氣作為壓裂液，與常規(guī)水力壓裂相比，該技術(shù)可顯著增大有效裂縫長(zhǎng)度，提高產(chǎn)能，同時(shí)避免水敏、返排液回收困難等問(wèn)題［40］，該技術(shù)已在北美地區(qū)取得了成功。然而LPG易燃，具有爆炸風(fēng)險(xiǎn)，需要進(jìn)一步改進(jìn)技術(shù)并完善安全標(biāo)準(zhǔn)。

超臨界CO2不同于氣體和液體，其黏度低，易擴(kuò)散，同時(shí)表面張力可忽略不計(jì)。因此，在頁(yè)巖氣壓裂中，超臨界CO2壓裂具有許多優(yōu)勢(shì)，不僅有利于產(chǎn)生復(fù)雜的縫網(wǎng)，同時(shí)由于不含液相和固相，對(duì)儲(chǔ)層無(wú)污染，可有效避免黏土膨脹、水敏等危害。另外，CO2進(jìn)入儲(chǔ)層還可改善驅(qū)替效果，從而提高采收率［41］。

2011年，國(guó)內(nèi)學(xué)者李子豐［42］提出了液氮壓裂技術(shù)，同樣具有不錯(cuò)的應(yīng)用前景。然而，超臨界CO2壓裂以及液氮壓裂技術(shù)主要還停留在理論研究及室內(nèi)試驗(yàn)階段，尚有許多技術(shù)層面沒(méi)有突破。

6　結(jié)束語(yǔ)

頁(yè)巖氣壓裂技術(shù)，經(jīng)歷了探索起步、快速發(fā)展及大規(guī)模推廣應(yīng)用階段，正在逐漸成熟，有力地推動(dòng)了頁(yè)巖氣的開(kāi)發(fā)進(jìn)程。作為配套技術(shù)，壓裂地質(zhì)特征評(píng)價(jià)在頁(yè)巖氣壓裂中占有重要地位，主要包含地應(yīng)力測(cè)量、巖石脆性評(píng)價(jià)、天然裂縫識(shí)別以及巖石力學(xué)特征測(cè)定。水平井分段壓裂、重復(fù)壓裂、同步壓裂、裂縫監(jiān)測(cè)技術(shù)以及“工廠化”壓裂模式是當(dāng)今頁(yè)巖氣壓裂施工工藝的主體，而清水壓裂液以及復(fù)合壓裂液是應(yīng)用最廣泛的壓裂液體系。提升頁(yè)巖氣壓裂施工效率，提高改善頁(yè)巖氣滲流條件的程度，降低頁(yè)巖氣壓裂對(duì)環(huán)境的影響，是未來(lái)頁(yè)巖氣壓裂技術(shù)的發(fā)展方向。

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（編輯高學(xué)民）

Technical advance and development direction of shale gas fracturing

LIU Guangfeng，WANG Wenju，LI Xuejiao，PAN Shaojie，BAI Yaoxing
（MOE Key Laboratory of Petroleum Engineering，China University of Petroleum，Beijing 102249，China）

Shale gas distributes widely with great development potential，however，because of the difficulty of exploitation，most of wells need to take effective measures to increase production.After many years of development，great progress has been made for shale gas fracturing，and a series of technologies are formed.Horizontal well staged fracturing is the main technology of these technologies.In this paper，the development process of shale gas fracturing technology is reviewed；the geological characteristics of fracturing technology assessment，fracturing technique，and fracturing fluid are introduced，the future development direction of shale gas fracturing based on the latest technical advance is prospected.

shale gas；fracturing；technical advance；development direction

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“致密砂巖脆性控制機(jī)理與聲發(fā)射評(píng)價(jià)方法研究”（51404282）；中國(guó)石油科技創(chuàng)新基金項(xiàng)目課題“致密儲(chǔ)層水平井體積壓裂適應(yīng)區(qū)篩選與設(shè)計(jì)方法研究”（2014D-5006-0215）；中國(guó)石油大學(xué)（北京）科研基金項(xiàng)目“致密砂巖油藏非水驅(qū)開(kāi)發(fā)方式實(shí)驗(yàn)研究”（2462015YQ0217）

TE377

A

10.6056/dkyqt201602023

2015-09-26；改回日期：2016-01-15。

劉廣峰，男，1979年生，講師，博士，2007年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)（北京）石油工程學(xué)院油氣田開(kāi)發(fā)專業(yè)，現(xiàn)從事油氣田開(kāi)發(fā)工程的教學(xué)與研究工作。E-mail：lgf@cup.edu.cn。

引用格式：劉廣峰，王文舉，李雪嬌，等.頁(yè)巖氣壓裂技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展方向［J］.斷塊油氣田，2016，23（2）：235-239. LIU Guangfeng，WANG Wenju，LI Xuejiao，et al.Technical advance and development direction of shale gas fracturing［J］.Fault-Block Oil&Gas Field，2016，23（2）：235-239.