張金發(fā)，管英柱，陳 菊，但植華，高 飛，紀(jì)國法

(長江大學(xué) 石油工程學(xué)院，湖北 武漢 430100)

極細(xì)粒礦物與黏土經(jīng)過堆集、固化成為頁巖，頁巖往往沉積在無擾動(dòng)環(huán)境下的湖泊、海洋等地區(qū)，含大量有機(jī)物，是生油氣母巖[1]。頁巖氣大多以吸附、游離相態(tài)存在這樣孔隙度和滲透率極低的致密泥頁巖中，頁巖氣流動(dòng)阻力比常規(guī)油氣大，裂縫網(wǎng)絡(luò)不發(fā)育的頁巖，很難成為有效儲(chǔ)層，要求具備一定的改造體積，才能滿足頁巖氣高效開發(fā)的要求[2]。

據(jù)中國礦產(chǎn)資源報(bào)告(2020)，截至2019年底，頁巖氣資源儲(chǔ)量增長77.8%，2019年頁巖氣新增探明地質(zhì)儲(chǔ)量7 644.2×108m3，其中，新增探明技術(shù)可采儲(chǔ)量1 838.4×108m3。四川盆地頁巖氣勘探獲得重大進(jìn)展，在長寧—威遠(yuǎn)和太陽區(qū)塊新增探明頁巖氣地質(zhì)儲(chǔ)量為7 409.71×108m3，技術(shù)可采儲(chǔ)量為1 784.45×108m3，累計(jì)探明10 610.30×108m3，形成了四川盆地萬億方頁巖氣大氣區(qū)；2019年，天然氣(含頁巖氣、煤層氣)產(chǎn)量1 761.7×108m3，增長10.0%，視消費(fèi)量3 058×108m3，增長7.3%[3]。中國頁巖氣分布廣泛，開發(fā)潛力及市場潛力巨大。因此，加強(qiáng)頁巖氣的深入研究，實(shí)現(xiàn)頁巖氣大規(guī)模商業(yè)化開發(fā)，大力推動(dòng)頁巖氣產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，將促進(jìn)我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展、保障我國油氣能源安全。

美國是世界上首個(gè)掌握頁巖氣開發(fā)成熟技術(shù)的國家，早已實(shí)現(xiàn)頁巖氣大規(guī)模工業(yè)化開采。我國頁巖氣儲(chǔ)層及地面環(huán)境比北美地區(qū)更復(fù)雜，通過十余年的持續(xù)攻關(guān)研究，我國已經(jīng)實(shí)現(xiàn)3 500 m以淺頁巖氣資源的大規(guī)模工業(yè)化開發(fā)，并已向深層頁巖氣開發(fā)[4]。但以壓裂為核心的頁巖氣開發(fā)仍面臨諸多挑戰(zhàn)，如壓裂液體系的優(yōu)化，反排液的循環(huán)利用，深層頁巖氣的壓裂等。為此，筆者總結(jié)了各類壓裂改造技術(shù)的關(guān)鍵工藝，針對技術(shù)現(xiàn)狀及不足之處，提出了頁巖氣壓裂發(fā)展的建議。

1 頁巖氣儲(chǔ)層評價(jià)與壓裂改造

頁巖氣開發(fā)以儲(chǔ)層評價(jià)為基礎(chǔ)，壓裂改造為核心。只有對儲(chǔ)層特征精準(zhǔn)地評價(jià)以及對壓裂改造有深刻地認(rèn)識，才能提高產(chǎn)能、降低作業(yè)成本。

儲(chǔ)層評價(jià)主要目的是評價(jià)儲(chǔ)層是否能夠通過壓裂改造形成足夠大的有效裂縫體積。儲(chǔ)層的脆性、天然裂縫以及水平應(yīng)力差等對儲(chǔ)層壓裂的可行性及其效果起著重要作用。脆性大的儲(chǔ)層，易實(shí)現(xiàn)脆性斷裂形成裂縫網(wǎng)絡(luò)，從而大幅度提高裂縫體積。泊松比小，楊氏模量大，則說明脆性指數(shù)大，拉伸實(shí)驗(yàn)可獲得巖芯的泊松比及楊氏模量，另外，儲(chǔ)層中碳酸鹽巖礦物、硅質(zhì)礦物含量高，也可說明頁巖儲(chǔ)層的脆性指數(shù)大，巖石礦物分析法可確定儲(chǔ)層的脆性[5-6]；天然裂縫可增加自由氣的儲(chǔ)集，天然裂縫發(fā)育程度越好，其和人工裂縫形成的裂縫網(wǎng)絡(luò)越復(fù)雜。天然裂縫的發(fā)育程度可通過鉆遇裂縫的巖芯和野外露頭分析得到；水平應(yīng)力差越小，對于縫網(wǎng)的復(fù)雜性越好。地應(yīng)力的獲取在實(shí)驗(yàn)室、現(xiàn)場施工可分別采用巖石聲發(fā)射Kaiser效應(yīng)法、水壓致裂法[7-8]。此外，預(yù)測儲(chǔ)量、孔滲條件、有機(jī)碳含量及成熟度、水敏感性也是頁巖氣儲(chǔ)層評價(jià)的指標(biāo)。經(jīng)過精準(zhǔn)的儲(chǔ)層評價(jià)，具備較好富集規(guī)律的氣層，才能通過壓裂改造實(shí)現(xiàn)人工裂縫體系。

壓裂改造主要目的是增加裂縫網(wǎng)絡(luò)，提高裂縫導(dǎo)流能力。頁巖氣從地層流動(dòng)至井底可分為3個(gè)階段：①吸附氣由于壓降發(fā)生解吸附成為自由氣[9]；②自由氣由于濃度差從基質(zhì)系統(tǒng)向裂縫網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)擴(kuò)散；③頁巖氣由于流動(dòng)勢從裂縫網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)流至井底。頁巖儲(chǔ)層孔隙度和滲透率極低，流動(dòng)阻力過大，基本無法運(yùn)移到井底。因此，需要大規(guī)模壓裂改造，使人工裂縫和天然裂縫錯(cuò)綜交雜，形成具有一定滲流能力的裂縫網(wǎng)絡(luò)，便于頁巖氣更好地通過裂縫網(wǎng)絡(luò)流向井底，以實(shí)現(xiàn)較高的商業(yè)開發(fā)價(jià)值[10]。

2 頁巖氣壓裂技術(shù)進(jìn)展

2.1 直井連續(xù)油管分層壓裂技術(shù)

較淺的頁巖氣儲(chǔ)層是早期頁巖氣開發(fā)重點(diǎn)集中的地層，工藝方式主要以直井為主。此技術(shù)借助高速、高壓流體的能量，先利用連續(xù)油管完成射孔作業(yè)，待開啟儲(chǔ)層和井筒的通道后，再環(huán)空加注攜砂液，最終在地層中顯現(xiàn)裂縫[11]。該技術(shù)具備施工周期短、井下工具簡單、成本較低等優(yōu)勢。

2.2 水平井分段壓裂技術(shù)

隨著頁巖氣的不斷開發(fā)，為了提高生產(chǎn)效益、滿足商業(yè)開發(fā)要求，水平井壓裂隨之出現(xiàn)并廣泛應(yīng)用，逐漸取代直井壓裂，成為頁巖氣儲(chǔ)層改造的一個(gè)重要技術(shù)。對比直井，水平井具備井筒與儲(chǔ)層之間的接觸區(qū)域大，裂縫交叉的機(jī)會(huì)大、設(shè)備占地面積較小，拓寬設(shè)備開采范圍的優(yōu)勢[12]。同一口井的油層可能具有不同的儲(chǔ)層特征，水平井分段壓裂可以對其分級、單獨(dú)實(shí)施對應(yīng)的壓裂，目標(biāo)準(zhǔn)確，適用于水平井段較長、油層多且特征不同的井。水平井分段壓裂技術(shù)主要有以下幾類[13-14]。

(1)裸眼封隔器投球滑套分段壓裂。該技術(shù)利用可膨脹封隔器或裸眼封隔器將水平井段分割成數(shù)干段，第1級壓差滑套被地面打壓打開后進(jìn)行第1段壓裂作業(yè)，從第2級開始逐級投球打開滑套且管內(nèi)已壓裂層段實(shí)現(xiàn)封堵，逐級壓裂施工[15]。該技術(shù)所有的壓裂施工可一趟管柱連續(xù)完成，無需使用橋塞封隔和多級射孔，壓裂設(shè)備僅需壓裂車，施工時(shí)間短、成本低。但入井工具多，壓裂級數(shù)受限，裂縫起裂位置不確定，壓后井筒通徑受限，難以滿足大規(guī)模體積壓裂改造要求。

(2)泵送橋塞與射孔聯(lián)作分段壓裂。該技術(shù)利用可鉆式橋塞作為分段工具，依據(jù)儲(chǔ)層特征優(yōu)化分段水平段，在每段中進(jìn)行多簇射孔，結(jié)合縫網(wǎng)壓裂技術(shù)進(jìn)行大排量套管分段壓裂施工，在長水平井段形成復(fù)雜裂縫網(wǎng)絡(luò)，從而實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)層的大規(guī)模體積壓裂改造，是頁巖氣水平井分段壓裂技術(shù)中應(yīng)用最多的儲(chǔ)層改造技術(shù)。該技術(shù)壓裂級數(shù)不受限制，壓裂層位準(zhǔn)確，壓后井筒通徑為全通徑，可進(jìn)行大排量施工。但壓裂施工中需進(jìn)行電纜作業(yè)逐級多次下入分段橋塞、射孔[16]，導(dǎo)致壓裂作業(yè)周期相對較長，施工人數(shù)及壓裂設(shè)備多，需要壓裂車、連續(xù)油管車、測井車，施工成本高，壓裂改造水平井長度受連續(xù)油管最大下深限制。

(3)套管預(yù)置滑套無限級分段壓裂。該技術(shù)利用連續(xù)油管坐封套管內(nèi)封隔器且打開滑套，環(huán)空注入壓裂液進(jìn)行分段壓裂施工。該技術(shù)對于壓裂級數(shù)沒有限制，能夠精準(zhǔn)壓裂定位，壓裂設(shè)備需要壓裂車、連續(xù)油管車，壓后井筒通徑為全通徑，當(dāng)最后一級壓裂施工完畢后，將工具串起出，鉆塞及磨銑球座作業(yè)均無需進(jìn)行，可迅速投產(chǎn)[17]。

2.3 重復(fù)壓裂技術(shù)

產(chǎn)量衰減幅度大、遞減速度快是頁巖氣的生產(chǎn)特征，北美地區(qū)最初通過增加鉆井?dāng)?shù)量解決這一難題，但近年來國際油價(jià)持續(xù)震蕩，新增鉆井的經(jīng)濟(jì)性較低，為尋求更加經(jīng)濟(jì)的增產(chǎn)改造措施，頁巖氣重復(fù)壓裂隨之產(chǎn)生。選取合理的重復(fù)壓裂對象是該技術(shù)的關(guān)鍵，候選井的選取原則包括具備足夠的剩余可采儲(chǔ)量及儲(chǔ)層能量，具有較高初始產(chǎn)量；因初始壓裂設(shè)計(jì)或施工作業(yè)等工程因素造成頁巖氣井初始產(chǎn)量低于預(yù)期，如壓裂簇間距不合理、壓裂液體系不完善、由于時(shí)間關(guān)系使現(xiàn)有支撐劑破碎導(dǎo)致頁巖氣井產(chǎn)量大幅降低的頁巖氣井等；井身結(jié)構(gòu)滿足重復(fù)壓裂作業(yè)的要求等[18-19]。重復(fù)壓裂有壓出新裂縫、延伸原有裂縫、轉(zhuǎn)向壓裂方式。作為當(dāng)前主要的重復(fù)壓裂技術(shù)，暫堵轉(zhuǎn)向技術(shù)利用先暫堵然后轉(zhuǎn)向分流的方法，依據(jù)地層開啟壓力的先后完成頁巖儲(chǔ)層壓裂作業(yè)，裂縫暫堵控制體系結(jié)合實(shí)時(shí)監(jiān)測、微地震技術(shù)，可提高頁巖儲(chǔ)層有效增產(chǎn)體積，同時(shí)還能有效開發(fā)原裂縫控制區(qū)之外的頁巖氣，進(jìn)而增加了氣井產(chǎn)量[20-21]。雖然重復(fù)壓裂在部分頁巖氣井中改善效果很好，但總體而言，該技術(shù)仍處于探索試驗(yàn)階段，存在技術(shù)的適應(yīng)性、施工風(fēng)險(xiǎn)相對較高、成本問題[22]。

2.4 超高導(dǎo)流能力壓裂技術(shù)

該技術(shù)基于網(wǎng)絡(luò)壓裂技術(shù)，對比以往的網(wǎng)絡(luò)壓裂，超高導(dǎo)流能力壓裂技術(shù)在設(shè)計(jì)理念、選取材料及其泵注工藝上有很大創(chuàng)新[23]。在設(shè)計(jì)上，以往支撐劑本身提供導(dǎo)流能力，但該技術(shù)的導(dǎo)流能力是由各支撐劑堆間而形成的超高導(dǎo)流能力通道所提供；在材料上，將支撐劑用高黏壓裂液與可溶性纖維包裹起來；在泵注上，使用多段注入低黏隔離液的工藝。該技術(shù)不要求支撐劑具有較好的質(zhì)量，作業(yè)安全性高且可操作性強(qiáng)，可獲得更高的導(dǎo)流能力，應(yīng)用性廣泛。據(jù)統(tǒng)計(jì)，北美地區(qū)采用超高導(dǎo)流能力壓裂技術(shù)進(jìn)行對比實(shí)驗(yàn)，其單井初產(chǎn)、預(yù)計(jì)采收率對比使用其他壓裂作業(yè)分別提高23%、17%，這使得此項(xiàng)技術(shù)有良好得推廣應(yīng)用前景[24]。

2.5 “工廠化”壓裂模式

“工廠化”壓裂模式于2005年哈里伯頓公司所提出，目前已廣泛地應(yīng)用在北美頁巖氣的開采。連續(xù)性作業(yè)是該壓裂模式的最大特性，平臺(tái)上的壓裂液體系能反復(fù)利用、集中供給，該壓裂模式提高了壓裂設(shè)備的利用率，提升了施工效率，減少了土地占用及資源消耗，降低了施工成本[25-26]。

我國在頁巖氣開發(fā)中采用“工廠化”壓裂模式，生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益顯著提升。據(jù)統(tǒng)計(jì)，威202H2平臺(tái)6口井進(jìn)行“工廠化”壓裂作業(yè)實(shí)踐，壓裂作業(yè)時(shí)間為44 d，每天平均作業(yè)時(shí)效2.32段，施工效率達(dá)到國內(nèi)外先進(jìn)水平，平臺(tái)儲(chǔ)層改造體積達(dá)1.1×108m3，改造規(guī)模較大。與其他常規(guī)單井平臺(tái)相比，威202H2平臺(tái)采用“工廠化”壓裂模式，在平臺(tái)和蓄水池建設(shè)上的成本、壓裂機(jī)車組和配套裝置的搬遷、臨時(shí)分離器、輸氣管線、壓裂液的殘余損耗方面共計(jì)節(jié)省成本約1.8億元[27]。

2.6 深層壓裂技術(shù)

埋深在3 500～4 500 m的頁巖氣儲(chǔ)層被認(rèn)為是深層頁巖氣，中國深層頁巖氣資源潛力大，主要集中在川南地區(qū)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，深層頁巖氣資源量占該地區(qū)頁巖氣地質(zhì)資源總量的86.5%[28]，是我國頁巖氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要方向。然而，隨著深度的增加，巖石塑性特征增強(qiáng)、兩向水平應(yīng)力差大、構(gòu)造復(fù)雜程度大、地層溫度升高、閉合壓裂變大，這導(dǎo)致裂縫導(dǎo)流能力降低且遞減快，難以形成復(fù)雜裂縫網(wǎng)絡(luò)。我國深層頁巖氣的開發(fā)已經(jīng)取得初步技術(shù)進(jìn)展，形成了密切割分段+短簇距布縫[29]、壓裂液變黏度多級交替注入[30]、變排量+混合粒徑及小粒徑支撐劑、大排量工藝和縫口暫堵轉(zhuǎn)向壓裂[31]等壓裂工藝，但從現(xiàn)場實(shí)踐來看，對于深層頁巖氣總體壓裂效果還不理想，在高溫、高應(yīng)力條件下，如何準(zhǔn)確預(yù)測破裂壓力、降低施工壓力，提高裂縫長期導(dǎo)流能力并實(shí)現(xiàn)復(fù)雜裂縫網(wǎng)絡(luò)[32]，是深層頁巖壓裂亟待解決的問題。

3 壓裂液體系

壓裂液體系是頁巖氣壓裂技術(shù)的“血液”，壓裂液的造縫、攜砂等性能的好壞直接決定整個(gè)壓裂作業(yè)的成敗。用途在于由地面設(shè)施產(chǎn)生的高壓借助壓裂液傳輸至頁巖儲(chǔ)層中，造成儲(chǔ)層分裂顯現(xiàn)裂縫并沿裂縫方向運(yùn)送支撐劑。壓裂液應(yīng)根據(jù)頁巖氣儲(chǔ)層特征來優(yōu)選，不同儲(chǔ)層特征，壓裂液的選擇不同，性能優(yōu)異的壓裂液要求摩阻低、濾失量少、熱穩(wěn)定性好、懸砂性能強(qiáng)、防膨抑制性能好、配伍性好、反排好、地層傷害小等，同時(shí)，還應(yīng)考慮貨源、配置難易程度、價(jià)格的影響。隨著壓裂液的大量研究與試驗(yàn)，出現(xiàn)了凍膠、泡沫[33]、線性膠、滑溜水、復(fù)合壓裂液、纖維[34]、超臨界CO2[35-36]、液化石油氣壓裂液[37]，其中，應(yīng)用最廣泛的是滑溜水壓裂液體系和復(fù)合壓裂液體系[38]。各類壓裂液的特點(diǎn)及適用性見表1。

表1 各類壓裂液特點(diǎn)及適用性Tab.1 Characteristics and applicability of various fracturing fluids

3.1 滑溜水壓裂液體系

滑溜水壓裂液體系主要應(yīng)用于黏土含量低、脆性較強(qiáng)、天然裂縫較發(fā)育的頁巖氣儲(chǔ)層。該體系主要由水構(gòu)成，并添加減阻劑、黏土穩(wěn)定劑、表面活性劑等添加劑，其中減阻劑是該體系的核心添加劑，減阻劑能降低壓裂液在流動(dòng)過程中的摩擦系數(shù)，進(jìn)而降低施工壓力。該體系的優(yōu)點(diǎn)在于低摩阻、低黏，造縫能力強(qiáng)，能夠大排量泵注形成復(fù)雜的裂縫網(wǎng)絡(luò)，且返排快，儲(chǔ)層殘?jiān)伲瑢Φ貙觽π?；同時(shí)，添加劑用量少，成本低。其缺點(diǎn)在于低黏度導(dǎo)致攜砂能力較低，大排量作業(yè)用水量較多，壓裂施工完畢后有大量返排液會(huì)污染環(huán)境?；锼鳛閲鴥?nèi)外頁巖氣壓裂的主流壓裂液，為具備更好的性能要求，研究重點(diǎn)在于對減阻劑的優(yōu)化[39]，以提高壓裂液攜砂性能與耐鹽性，及返排液的循環(huán)利用，如已經(jīng)研制的高黏度減阻劑[40]、耐鹽減阻劑[41-42]、返排液循環(huán)利用減阻劑[43-44]，且在現(xiàn)場應(yīng)用中取得較好的效果。

3.2 復(fù)合壓裂液體系

復(fù)合壓裂液體系主要應(yīng)用于黏土含量高、塑性較強(qiáng)的頁巖氣儲(chǔ)層，為頁巖氣儲(chǔ)存提供了極大方便。高黏度凍膠與低黏度滑溜水是該體系的主要成分，高黏度凍膠既能確保產(chǎn)生縫寬，又能提高壓裂液的攜砂性能，低黏度滑溜水具有優(yōu)異的造縫性能。該壓裂液體系的注入方式：交替注入前置液滑溜水、凍膠，支撐劑依次泵注小、中等粒徑，低黏度活性水?dāng)y砂在凍膠中發(fā)生黏滯指進(jìn)現(xiàn)象，減緩了支撐劑的沉降速率，進(jìn)而提高了裂縫的導(dǎo)流能力。復(fù)合壓裂液體系具備各種壓裂液的優(yōu)點(diǎn)，相比滑溜水壓裂，該體系可獲得更長的有效裂縫，攜砂性能優(yōu)異且濾失量更低，同時(shí)，解決了用水量大的問題[45]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，Barnett地區(qū)在黏土含量高的頁巖氣儲(chǔ)層采用復(fù)合壓裂液體系，其單井產(chǎn)量相比采用其他壓裂液體系的鄰井提高了27.69%[24]。

4 裂縫監(jiān)測技術(shù)

頁巖氣采出的通道主要是頁巖儲(chǔ)層經(jīng)壓裂后形成的人工裂縫，利用裂縫監(jiān)測技術(shù)可獲得裂縫的延伸情況，有效地評價(jià)壓裂效果，更好地了解壓裂施工和壓后產(chǎn)量情況，進(jìn)行壓裂優(yōu)化及產(chǎn)量經(jīng)濟(jì)評價(jià)，實(shí)現(xiàn)頁巖氣藏管理的優(yōu)化。因此，采取與壓裂施工相適應(yīng)的裂縫監(jiān)測技術(shù)是獲得裂縫擴(kuò)展情況的有效舉措，采用裂縫監(jiān)測技術(shù)能夠提高頁巖氣壓裂增產(chǎn)工藝的經(jīng)濟(jì)性及有效性。目前，常用的裂縫監(jiān)測技術(shù)主要有以下4種[46]。

4.1 井下微地震裂縫監(jiān)測

井下微地震裂縫監(jiān)測是在頁巖氣井壓裂過程中，由檢波器接收微地震信號，通過地面數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)收集這些微地震信息，并對其進(jìn)行處理和解釋，從而獲得裂縫的參數(shù)信息，如壓裂裂縫的縫長、縫寬、縫高及方位參數(shù)，達(dá)到壓裂過程實(shí)時(shí)監(jiān)測的目的。

井下微地震裂縫監(jiān)測可用來管理壓裂過程和壓裂后的分析，是目前判斷壓裂裂縫最準(zhǔn)確、最廣泛的方法。該技術(shù)可以實(shí)時(shí)呈現(xiàn)裂縫網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展規(guī)模和形態(tài)，指導(dǎo)后續(xù)壓裂作業(yè)并評價(jià)壓裂效果[47-48]；該技術(shù)應(yīng)用于老井的重復(fù)壓裂，可以獲得新裂縫的延伸情況、縫長等信息，從而實(shí)時(shí)改變排量、砂量、暫堵劑用量等作業(yè)參數(shù)，并優(yōu)化暫堵劑的投放時(shí)間及檢查轉(zhuǎn)向劑是否有效，提高頁巖氣重復(fù)壓裂的改造效果[49]。

該監(jiān)測技術(shù)要求儲(chǔ)層可形成并能傳遞可分析的微地震事件，對監(jiān)測井要求高，條件苛刻。

4.2 測斜儀裂縫監(jiān)測

測斜儀裂縫監(jiān)測是在進(jìn)行壓裂作業(yè)時(shí)，當(dāng)?shù)貙映霈F(xiàn)裂縫，地表將發(fā)生微量位移，在地面壓裂井附近、鄰井井下放置2組測斜儀來測量這種微量位移，最后由地球物理反演法獲得壓裂的參數(shù)信息。放置在地面、鄰井井下的測斜儀可分別推算裂縫傾角、幾何形態(tài)。

測斜儀監(jiān)測為遠(yuǎn)井監(jiān)測方法，此技術(shù)適用于“工廠化”壓裂模式，可一次性監(jiān)測多口井采用分段壓裂工作時(shí)的裂縫參數(shù)信息，更好地了解平臺(tái)模式下裂縫的擴(kuò)展規(guī)模和形態(tài)，可作為優(yōu)化壓裂設(shè)計(jì)、評估壓裂成效的根據(jù)[50]；測斜儀監(jiān)測可以測量因壓裂發(fā)生的地面變形情況，測量結(jié)果可以獲得裂縫的方向、傾斜狀況，同時(shí)，當(dāng)多個(gè)平面出現(xiàn)裂縫增長時(shí)，可以確定注入到每個(gè)水平或垂直裂縫中的流體比例的尺寸。該監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用也比較廣泛，但深井不適用，不能獲得1個(gè)及復(fù)雜裂縫的長短。

4.3 直接近井筒裂縫監(jiān)測

直接近井筒裂縫監(jiān)測是在井筒周圍區(qū)域，對壓裂施工完畢的氣井的流體物理特征進(jìn)行測井，從而得到近井筒范圍裂縫的參數(shù)信息。一般包括以下幾種技術(shù)。直接近井筒裂縫監(jiān)測技術(shù)的各自評價(jià)方法和局限性見表2。

表2 直接近井筒裂縫監(jiān)測技術(shù)對比Tab.2 Comparison of direct near-wellbore fracture monitoring techniques

該監(jiān)測技術(shù)往往是選擇應(yīng)用技術(shù)的補(bǔ)充，需要在壓裂施工完畢后馬上測量，無法進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測；大多數(shù)技術(shù)僅能獲取近井筒范圍內(nèi)裂縫的參數(shù)信息。

4.4 分布式聲傳感裂縫監(jiān)測

該技術(shù)采用傳感光纖作為聲音傳播的載體，通過實(shí)時(shí)檢測沿光纖傳遞的聲音狀況，從而得到裂縫的參數(shù)信息，如壓裂裂縫的方位及傾角。

分布式聲傳感裂縫監(jiān)測用于診斷壓裂設(shè)計(jì)，可確定并改善支撐劑與壓裂液的作用位置，壓裂作業(yè)成本得到優(yōu)化的同時(shí)，提高了井筒導(dǎo)流能力和最終采收率。該監(jiān)測技術(shù)在2009年第1次用于現(xiàn)場壓裂監(jiān)測和診斷，基礎(chǔ)薄弱，無法確定復(fù)雜裂縫的尺寸[46]。

除了上述4種常見的裂縫監(jiān)測，還有一些其他監(jiān)測裂縫信息的技術(shù)，如電位法監(jiān)測技術(shù)[51]、過套管交叉偶極橫波測井監(jiān)測技術(shù)[52]。每種監(jiān)測技術(shù)都有其自身的優(yōu)點(diǎn)和局限性，在現(xiàn)場施工中，可以綜合考慮施工和成本要求，結(jié)合選擇最佳的監(jiān)測技術(shù)或結(jié)合多種監(jiān)測技術(shù)。

5 頁巖氣壓裂技術(shù)發(fā)展建議

(1)頁巖氣壓裂技術(shù)用水量大，壓裂液體系中添加許多化學(xué)試劑，壓裂施工完畢后產(chǎn)生大量反排廢水，若處理不當(dāng)，會(huì)對地下水及周邊的環(huán)境造成一定破壞。反排液的循環(huán)利用、無水壓裂技術(shù)等研究對于確保頁巖油氣的綠色開發(fā)至關(guān)重要。

(2)重復(fù)壓裂處于總體上處于探索試驗(yàn)時(shí)期，今后應(yīng)進(jìn)一步優(yōu)化目標(biāo)區(qū)塊的選井標(biāo)準(zhǔn)、研發(fā)有效且低成本的新型支撐劑、建立精準(zhǔn)的油氣藏描述與模擬技術(shù)。

(3)深層頁巖氣總體壓裂效果還不理想，在高溫、高應(yīng)力條件下，應(yīng)揭示深層頁巖非線性斷裂的機(jī)制；解決天然裂縫與層理弱面力學(xué)性質(zhì)表征困難的問題；優(yōu)選合適的支撐劑體系；建立深層頁巖的人工裂縫擴(kuò)展模型。

(4)壓裂液正朝著低傷害、低成本、清潔環(huán)保的趨勢發(fā)展，新型壓裂液解決了傳統(tǒng)壓裂液地層污染大、成本高等缺點(diǎn)，但仍存在部分性能問題?；锼畨毫岩阂M(jìn)一步優(yōu)化減阻劑，以提高壓裂液攜砂性能和耐鹽性，尤其對返排液的循環(huán)利用；纖維壓裂液要進(jìn)一步優(yōu)選纖維材料及改進(jìn)形成可降解纖維，以解決難交聯(lián)，降解難問題；此外，也應(yīng)加強(qiáng)纖維與其他壓裂液的復(fù)合配用；加強(qiáng)泡沫復(fù)配體系的研究；少水、無水壓裂液解決了用水量大的問題，將是未來重點(diǎn)發(fā)展方向之一。

6 結(jié)語

(1)頁巖氣壓裂技術(shù)類型多，但不同頁巖儲(chǔ)層特征具有很大差異，頁巖氣壓裂工藝技術(shù)要根據(jù)儲(chǔ)層特征和現(xiàn)場實(shí)踐來選擇，以達(dá)到預(yù)期的壓裂效果。

(2)我國對于頁巖氣的開發(fā)，時(shí)間相對較短，開發(fā)模式多為新增鉆井，但伴隨理論研究的成果、現(xiàn)場開發(fā)的推進(jìn)，加上近年油價(jià)震蕩，我國對于頁巖氣的開發(fā)也會(huì)重點(diǎn)關(guān)注于老井的增產(chǎn)，重復(fù)壓裂將成為頁巖氣增產(chǎn)的重要舉措。

(3)我國對于頁巖氣的開發(fā)經(jīng)過十余年的理論研究和現(xiàn)場施工，目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)3 500 m以淺頁巖氣資源的大規(guī)模工業(yè)化開發(fā)，并已向深層頁巖氣開發(fā)，深層頁巖氣將成為中國頁巖氣開發(fā)的重要接替領(lǐng)域。

(4)壓裂液作為頁巖氣壓裂技術(shù)的“血液”，壓裂液體系的優(yōu)化備受關(guān)注。隨著纖維材料、清潔壓裂液及無水壓裂液的出現(xiàn)，未來壓裂液體系發(fā)展呈低成本、低傷害、清潔環(huán)保、適應(yīng)苛刻環(huán)境的趨勢。

(5)通過裂縫監(jiān)測技術(shù)，優(yōu)化壓裂設(shè)計(jì)、提高壓裂效果，是頁巖氣壓裂優(yōu)化設(shè)計(jì)的導(dǎo)向。采用“工廠化”壓裂模式，可提高施工效率，是頁巖氣壓裂降低成本的有效途徑。