摘要：巖氣作為一種重要的非常規(guī)能源，具有低孔、低滲特征。通過(guò)與美國(guó)頁(yè)巖氣成藏地質(zhì)條件的對(duì)比研究后發(fā)現(xiàn)，我國(guó)頁(yè)巖氣資源豐富，前景廣闊，但尚處于起步階段。因此，應(yīng)借鑒北美地區(qū)頁(yè)巖氣儲(chǔ)層特點(diǎn)和開發(fā)技術(shù)，加快技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用力度，盡快形成和配套適應(yīng)我國(guó)頁(yè)巖氣壓裂技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)理論與技術(shù)系列。

針對(duì)低孔隙度、低滲透-特低滲透儲(chǔ)層的縫網(wǎng)壓裂技術(shù)，完善了縫網(wǎng)壓裂的概念。分析了不同類型的儲(chǔ)層形成縫網(wǎng)的力學(xué)條件，研究了各種縫網(wǎng)壓裂施工方式，提出了目前可應(yīng)用的縫網(wǎng)壓裂施工方法，確立了頁(yè)巖氣縫網(wǎng)壓裂設(shè)計(jì)原則及相關(guān)理論基礎(chǔ)，闡述了縫網(wǎng)壓裂設(shè)計(jì)的基本思路及優(yōu)化方法，并指出縫網(wǎng)壓裂的發(fā)展方向，對(duì)理論和現(xiàn)場(chǎng)施工有重要的參考價(jià)值。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，壓裂后效果顯著，分析顯示有多縫形成。

關(guān)鍵詞：頁(yè)巖氣；開發(fā)現(xiàn)狀；地質(zhì)特征；縫網(wǎng)壓裂；實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

頁(yè)巖氣是指賦存于富有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖及其夾層中，以吸附或游離狀態(tài)為主要存在方式的非常規(guī)天然氣，成分以甲烷為主，是一種清潔、高效的能源資源。近幾年，美國(guó)頁(yè)巖氣勘探開發(fā)技術(shù)突破，產(chǎn)量快速增長(zhǎng)，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，世界主要資源國(guó)都加大了對(duì)頁(yè)巖氣的勘探開發(fā)力度。

1 頁(yè)巖儲(chǔ)層特征

頁(yè)巖是黏土巖的一種，由黏土物質(zhì)經(jīng)壓實(shí)、脫水、重結(jié)晶作用后形成，具有頁(yè)狀或薄片狀層理，頁(yè)巖氣藏既是氣源巖又是儲(chǔ)集層，普遍富含有機(jī)質(zhì)。頁(yè)巖氣藏中的天然氣既有自由氣，又有吸附氣，其開采機(jī)理相對(duì)復(fù)雜。頁(yè)巖氣藏由于滲透率極低（（0.000 1～0.000 001）×10-3，），釋放天然氣的速度很慢，單井產(chǎn)量較低。但是多數(shù)頁(yè)巖層分布相對(duì)平緩，厚度大，可預(yù)見性強(qiáng)，地層規(guī)模大，天然裂縫較為發(fā)育，因此頁(yè)巖氣井初期產(chǎn)量不高，但穩(wěn)定生產(chǎn)后持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)。頁(yè)巖是一種滲透率極其低的沉積巖。天然氣蘊(yùn)藏在頁(yè)巖孔隙空間及裂縫內(nèi)，或吸附在頁(yè)巖有機(jī)物的活性表面。間隙氣與吸附氣一起構(gòu)成頁(yè)巖天然氣。巖心分析表明，成熟、熱成因的頁(yè)巖主要被間隙氣所飽和，吸附氣所占比例在 50% 到 10%。相反，未發(fā)育成熟、生物成因的頁(yè)巖主要被吸附氣所飽和，間隙氣所占比例很小。同時(shí)頁(yè)巖孔隙空間中還被不同比例的水、氣及可動(dòng)油所飽和。儲(chǔ)層性質(zhì)最佳的頁(yè)巖通常含油和含水飽和度低、間隙氣飽和度高，因而氣相相對(duì)滲透率也較高。該類頁(yè)巖中有機(jī)物含量在中等以上，有機(jī)物發(fā)育程度較高，其組織結(jié)構(gòu)反映出孔隙度和滲透率在埋藏過(guò)程中保存較好。成像測(cè)井和取心表明，頁(yè)巖儲(chǔ)層天然裂縫和層理發(fā)育，巖石中硅、鈣含量高，機(jī)械性能差，容易壓開壓碎。含氣頁(yè)巖與普通頁(yè)巖相比，含氣頁(yè)巖具有自然伽馬強(qiáng)度高、電阻率大、地層體積密度和光電效應(yīng)低等特征?？紫抖?、流體飽和度、滲透率和有機(jī)質(zhì)含量等是衡量頁(yè)巖儲(chǔ)層是否具有開發(fā)價(jià)值的關(guān)鍵參數(shù)。根據(jù)國(guó)外大量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，頁(yè)巖儲(chǔ)層水力壓裂選層標(biāo)準(zhǔn)為：孔隙度大于4%，含水飽和度小于45%，含油飽和度小于5%，滲透率大于10～6 mD，有機(jī)質(zhì)含量大于2%，泥質(zhì)含量30%～40%[1]。

2 頁(yè)巖氣井縫網(wǎng)壓裂技術(shù)

頁(yè)巖氣是主體上以吸附或游離狀態(tài)存在于泥巖、高碳泥巖、頁(yè)巖及粉砂質(zhì)巖類夾層中的天然氣。頁(yè)巖氣主要采用排氣降壓的開發(fā)方式。隨著頁(yè)巖中游離相天然氣的采出，頁(yè)巖氣藏內(nèi)部壓力降低，吸附相及少量溶解相天然氣的游離比，從而提高天然氣產(chǎn)能并長(zhǎng)期穩(wěn)產(chǎn)。頁(yè)巖氣儲(chǔ)層致密，孔隙度一般為4%～6%，滲透率一般在0.0001～0.000001mD之間，頁(yè)巖氣采收率比常規(guī)天然氣低，僅為5%～60%。因此頁(yè)巖氣的最終采收率依賴于有效的壓裂措施，壓裂技術(shù)和開采工藝直接影響著頁(yè)巖氣井的經(jīng)濟(jì)效益。

縫網(wǎng)壓裂理論是今年來(lái)伴隨天然裂縫性油藏壓裂理論研究而發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)新型壓裂理論和工藝技術(shù)。縫網(wǎng)壓裂技術(shù)是利用儲(chǔ)層兩個(gè)水平主應(yīng)力差值與裂縫延伸凈壓力的關(guān)系，當(dāng)裂縫延伸凈壓力大于儲(chǔ)層天然裂縫或膠結(jié)弱面張開所需的臨界壓力時(shí)，產(chǎn)生分支縫或經(jīng)壓力達(dá)到某一數(shù)值能直接在巖石本體形成分支縫，形成初步的“縫網(wǎng)系統(tǒng)”；以主裂縫為“縫網(wǎng)”系統(tǒng)的主干，分支縫可能在距離主縫眼神一定長(zhǎng)度后又回復(fù)到原來(lái)的裂縫方位，或者張開一些與主縫成一定角度的分支縫，最終都可形成以主裂縫為主干的縱橫交錯(cuò)的“網(wǎng)狀縫”系統(tǒng)，這種實(shí)現(xiàn)“網(wǎng)狀”效果的壓裂技術(shù)系統(tǒng)成為“縫網(wǎng)壓裂”技術(shù)。

3縫網(wǎng)壓裂工藝介紹

縫網(wǎng)壓裂是通過(guò)注入大量的高濾失、高彈性、輕度膠化的液體，來(lái)探尋天然裂縫，使用合適的規(guī)模和粒徑的支撐劑作為筑堤砂的介質(zhì)，使暴露裂縫面上產(chǎn)生更高的壓差，從而使壓裂液和砂進(jìn)入那些隨后張開的裂縫，直至井底壓力變化表明裂縫已過(guò)度擴(kuò)展。其最終目的是溝通天然縫網(wǎng)絡(luò)，從而改善地層滲流面積。

縫網(wǎng)壓裂現(xiàn)場(chǎng)分兩個(gè)階段實(shí)現(xiàn)：

（1）近井筒裂縫網(wǎng)絡(luò)階段

措施前充分了解主裂縫和天然裂縫的角度關(guān)系，根據(jù)縫網(wǎng)形成的充分程度，在研究

儲(chǔ)層地應(yīng)力狀態(tài)的基礎(chǔ)上，選擇相應(yīng)的施工參數(shù)，壓開地層并迫使天然裂縫或孔隙盡可能張開。根據(jù)測(cè)試壓裂解釋的天然裂縫開啟當(dāng)量條數(shù)和開度，選擇與天然裂縫或孔隙匹配的支撐劑粒徑和用量，用低黏度、高彈性、抗剪切的低傷害壓裂液攜帶支撐劑進(jìn)入天然裂縫或孔隙。停泵待裂縫閉合。壓裂液要求初期不能形成濾餅，依靠其彈性攜砂。

（2）主裂縫 + 遠(yuǎn)端裂縫網(wǎng)絡(luò)階段

根據(jù)斷裂力學(xué)理論，在延伸方向與接近于垂直最小主應(yīng)力方向的裂縫裂開時(shí)所克服

的巖石應(yīng)力相對(duì)較小，容易被支撐劑填充。停泵后等所有的裂縫都閉合后重新起泵時(shí)，這些裂縫會(huì)在一個(gè)較低的壓力下首先開啟，這樣壓裂液可更集中地作用于這些裂縫，獲得足夠?qū)挼牧芽p，從而可以允許更高的砂比通過(guò)。通過(guò)控制主裂縫延伸凈壓力，迫使其在延伸過(guò)程中逐級(jí)開啟遠(yuǎn)端天然裂縫。同時(shí)在凈壓力作用下，近井裂縫網(wǎng)絡(luò)也會(huì)有延伸，但延伸速度大大低于主裂縫。

結(jié)論

（1國(guó)內(nèi)頁(yè)巖氣有豐富的資源量，要得到有效的開發(fā)利用，壓裂增產(chǎn)改造技術(shù)尤為關(guān)鍵。針對(duì)低滲透、特低滲透儲(chǔ)層的縫網(wǎng)壓裂技術(shù)，是在達(dá)到預(yù)期目標(biāo)支撐縫長(zhǎng)的主裂縫基礎(chǔ)上，形成多縫直至形成“縫網(wǎng)”系統(tǒng)。對(duì)不同類型的儲(chǔ)層，根據(jù)彈性力學(xué)假設(shè)，采用不同的平面模型，分析得出了形成縫網(wǎng)的力學(xué)條件：對(duì)于天然裂縫性儲(chǔ)層和天然裂縫不發(fā)育儲(chǔ)層，在主裂縫上形成分支縫的條件分別是施工裂縫凈壓力超過(guò)儲(chǔ)層水平最大、最小主應(yīng)力差和儲(chǔ)層水平最大、最小主應(yīng)力差與抗張強(qiáng)度之和，可在原始裂縫的基礎(chǔ)上形成新裂縫，實(shí)現(xiàn)縫網(wǎng)。

（2通過(guò)研究各種縫網(wǎng)壓裂施工方式，提出目前可應(yīng)用的兩種縫網(wǎng)壓裂施工方式為縫內(nèi)封堵和端部脫砂壓裂。縫網(wǎng)壓裂技術(shù)是低滲透油田儲(chǔ)層改造的發(fā)展方向，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，壓裂后效果顯著，分析顯示有多縫形成，并得出結(jié)論：巖石的類型和成分都會(huì)影響水力壓裂過(guò)程中裂縫網(wǎng)絡(luò)的延伸。

作者簡(jiǎn)介：

倪騰，男，1990年1月出生，助理工程師。