張英俊　吳捷　孫文慧

摘 要：頁巖氣是一種清潔、高效的能源，全球頁巖氣總資源量相當(dāng)于常規(guī)天然氣的1.4倍，其作為一種非常規(guī)天然氣，已成為全球油氣資源勘探開發(fā)的新寵。美國是頁巖氣研究開發(fā)最早、最成功的國家，目前頁巖氣產(chǎn)業(yè)已至快速發(fā)展階段。而加拿大是繼美國之后世界上第二個(gè)對頁巖氣進(jìn)行勘探開發(fā)的國家，其頁巖氣勘探初步形成規(guī)模。我國頁巖氣勘探開發(fā)還處于探索起步階段，北美地區(qū)頁巖氣開發(fā)為中國頁巖氣展示了良好的前景，為加快中國頁巖氣發(fā)展提供了先進(jìn)的經(jīng)驗(yàn)和有益的技術(shù)借鑒。我國也正在大力推動(dòng)頁巖氣勘探開發(fā)，增加天然氣資源供應(yīng)，緩解我國天然氣供需矛盾，調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，促進(jìn)節(jié)能減排，但同時(shí)不應(yīng)忽視頁巖氣勘探開發(fā)過程中對環(huán)境的影響。

關(guān)鍵詞：頁巖氣技術(shù)；開發(fā)；現(xiàn)狀

1 頁巖氣開發(fā)鉆完井工藝技術(shù)概況

與常規(guī)天然氣關(guān)鍵在“找氣”不同的是，頁巖氣開發(fā)的關(guān)鍵在“采氣”，但是由于勘探開發(fā)理論和技術(shù)上還不夠成熟，我國頁巖氣開發(fā)仍處于研究開發(fā)的初級階段[1]，在技術(shù)開發(fā)上還有許多難關(guān)需要攻克，如機(jī)理分析研究、實(shí)驗(yàn)測試與分析、含氣特點(diǎn)與模擬、精確導(dǎo)向與儲(chǔ)層改造、壓裂技術(shù)與壓裂液等。

水平井是頁巖氣藏成功開發(fā)的關(guān)鍵因素，水平井的推廣應(yīng)用加速了頁巖氣的開發(fā)進(jìn)程。在頁巖氣層鉆水平井，可以獲得更大的儲(chǔ)層泄流面積，更高的天然氣產(chǎn)量。根據(jù)美國頁巖氣開發(fā)的經(jīng)驗(yàn)，水平井的日均產(chǎn)氣量及最終產(chǎn)氣量是垂直井的3～5倍，產(chǎn)氣速率則提高10倍，而水平井的成本則僅為垂直井的25%～50%。然而頁巖氣水平井鉆井中，水平段較長，摩阻、攜巖及地層污染問題非常突出[1]，因此鉆井效率、工程事故的發(fā)生率及儲(chǔ)層保護(hù)效果等問題也亟待解決改善。

頁巖氣開發(fā)水力壓裂原理就是利用儲(chǔ)層的天然或誘導(dǎo)裂縫系統(tǒng)，使用含有各種添加劑的壓裂液在高壓下注入地層，是儲(chǔ)層裂縫網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)大，并依靠支撐劑支撐裂縫，從而改善儲(chǔ)層裂縫網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，達(dá)到增產(chǎn)目的。頁巖氣水力壓裂的關(guān)鍵因素是裂縫系統(tǒng)和壓裂液的配置。而裂縫的發(fā)育程度又是影響頁巖氣產(chǎn)量的重要因素，獲得更多的裂縫是壓裂設(shè)計(jì)首先考慮的問題。另外合理配置壓裂液是頁巖儲(chǔ)層鉆井及壓裂面臨的主要問題。頁巖儲(chǔ)層開發(fā)采用不同的壓裂方式，壓裂液配置成分也不同。

頁巖氣井的完井方式主要包括套管射孔完井、尾管固井后射孔完井、裸眼射孔完井、組合式橋塞完井、機(jī)械式組合完井等。美國大多數(shù)頁巖氣水平井均采用套管射孔完井，其優(yōu)點(diǎn)是免去下封隔器或橋塞，縮短完井時(shí)間，工藝相對成熟簡單，有利于后期多段壓裂，缺點(diǎn)是有可能造成水泥漿對儲(chǔ)層的傷害；尾管固井后射孔完井優(yōu)點(diǎn)是有利于多級射孔分段壓裂，成本適中，但工藝相對復(fù)雜，固井難度較大，可能造成水泥漿對儲(chǔ)層傷害；裸眼射孔完井能夠有效避免水泥對儲(chǔ)層的傷害，避免注水泥時(shí)壓裂地層，避免水泥浸入地層的原有孔隙中，工藝相對簡單，成本相對較低，缺點(diǎn)是后期多級射孔分段壓裂難度較大，不易控制，后期完井措施難度加大。尾管固井后射孔完井及裸眼射孔完井在頁巖氣鉆完井中不常用[1]。組合式橋塞完井[2]是頁巖氣水平井最常用的完井方法，但因需要在施工中射孔、坐封橋塞、鉆橋塞，也是最耗時(shí)的一種方法；機(jī)械式組合完井是目前國外采用的一種新技術(shù)，采用特殊的滑套機(jī)構(gòu)和膨脹封隔器，適用于水平裸眼井段限流壓裂，一趟管柱即可完成固井和分段壓裂施工。

2 中國頁巖氣勘探開發(fā)面臨的主要問題

2.1 頁巖氣資源分布尚不明確。調(diào)查研究還處于選調(diào)階段，盡管通過類比法選出一些有利區(qū)塊，但全面系統(tǒng)的勘探調(diào)查還未開展，資源總量和分布尚未完全掌握。

2.2 頁巖氣勘探開發(fā)理論研究不夠全面。對于頁巖氣的機(jī)理分析研究還不夠全面深入，其中海相和陸相頁巖氣成藏機(jī)理、富集規(guī)律，為查明頁巖氣資源情況提供技術(shù)支持。

2.3 缺乏頁巖氣勘探開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)。當(dāng)前美國的頁巖氣開發(fā)技術(shù)最為成熟，水平鉆井和水力壓裂已經(jīng)成為其核心技術(shù)，中國尚未完全掌握其核心技術(shù)。

2.4 頁巖氣市場未完全放開。目前中國只有六家企業(yè)從事頁巖氣勘探開發(fā)，其他國有企業(yè)、民營企業(yè)雖有很大積極性[3]，但尚未進(jìn)入頁巖氣市場。

2.5 國家缺乏支持鼓勵(lì)政策。由于頁巖氣開發(fā)具有開發(fā)技術(shù)不成熟、初期投入高、產(chǎn)出周期長、資金回籠慢等特點(diǎn)，相應(yīng)的對于頁巖氣開發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)比較高，因此需要國家制定相應(yīng)的支持鼓勵(lì)政策，以促進(jìn)其產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。

3 結(jié)束語

國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展“十二五”規(guī)劃明確要求“推進(jìn)頁巖氣等非常規(guī)油氣資源開發(fā)利用”，以大力推動(dòng)頁巖氣勘探開發(fā)，增加天然氣資源供應(yīng)，緩解我國天然氣供需矛盾，調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，促進(jìn)節(jié)能減排。

然而在大力發(fā)展頁巖氣產(chǎn)業(yè)，促進(jìn)改善能源結(jié)構(gòu)，帶動(dòng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，拉動(dòng)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)，不應(yīng)忽視頁巖氣勘探開發(fā)過程中對環(huán)境的影響，地表植被破壞、壓裂液對于水資源的消耗以及壓裂液對地下水和土壤的污染等問題也應(yīng)得到重視。

參考文獻(xiàn)

[1]崔思華等.頁巖氣鉆完井技術(shù)現(xiàn)狀及難點(diǎn)分析[J].天然氣工業(yè)，2011，31.4

[2]LOHOEFER D， ATHANS J， SEALE R. New Barnett shale horizontal completion lowers cost and improves efficiency[C]//paper 103046-MS presented at the SPE Annual Technical Conference and Exhibition in San Antonio， Texas， USA， 24-27 September 2006. New York： SPE， 2006.

[3]頁巖氣發(fā)展規(guī)劃（2011-2015年）.國家發(fā)展和改革委員會(huì)，國土資源部，財(cái)政部，國家能源局，2012.