页岩气开采压裂技术分析

摘要：本文研究旨在全面梳理页岩气开采技术，为相关工程建设提供一定理论参考资料。采用了文献资料法、调查分析法、经验总结法等研究方法。从水平井钻井技术、完井技术、侧录井技术对钻井技术进行分析；从水力压裂技术、多级压裂技术、重复压裂技术、水力喷射压裂技术对压裂技术进行分析；从采排技术、储层解堵技术、平台增压技术、集中循环气举技术对开采技术进行分析。

关键词：页岩气；开采压裂技术；技术类型；技术特点

引言：

页岩气开采与常规天然气开采不同，需要通过钻井技术深入岩层，再利用压裂技术压裂岩层，让深层于岩层中的页岩气得以释放，从而完成开采。钻井技术、压裂技术、开采技术是页岩气开采的核心技术。我国页岩气储存地质条件相对复杂，勘探时间晚，开采量小，但作为一种储备资源，页岩气开采压裂技术研究工作仍有非常重大的现实价值。下文通过系统性地对页岩气开采中的钻井技术、压裂技术、开采技术进行分析，希望能够起到一定的参考价值，优化页岩气开采压裂技术应用，获得更好的经济价值与技术发展价值。

一、页岩气

页岩气是一种非常规的天然气资源，存储在页岩层中，以游离态的方式存在于页岩层天然裂缝和空隙之中，开采难度较大，开采技术与常规天然气开采也有很大区别。与常规天然气相比，页岩气具有着分布范围广、开采寿命长但开采难度较大的特点。页岩气开采核心技术分为钻井技术、压裂技术、开采技术，需要找到页岩气地质“甜点”，打出长水平井，完成页岩层压裂，再应用排水、解堵、增压、气举等工序，最终完成页岩气开采。

二、页岩气开采压裂技术分析

（一）钻井技术

1.水平井钻井技术

在完成前期地质勘测、敲定开采方案的基础上，对岩层气储层目标区域展开钻井，钻井技术主要为水平井。在岩层气开采早期采用垂直井，而随着技术的不断发展，由垂直井转变为了水平井，简示图如下图1所示，最大井斜角达到或接近90°（一般不小于86°），让钻井方向趋于水平，形成“L”型井，能够有效增大成井与页岩层中裂缝、岩层气接触的面积，从而提升页岩气开采效率。水平井钻井技术主要有控制压力钻井、低压欠平衡空气钻井和旋转导向钻井等技术。例如，低压欠平衡空气钻井技术的应用，又叫做负压钻井，钻井液的循环压力低于地层的孔隙压力，允许岩层气流入井眼中并循环排出地面[1]。

图1.水平井简示图

2.完井技术

完井技术指的是钻达设计井深或目标位置后，使井眼与储集层有良好的连通的技术，完井技术是钻井工艺的最后环节，同时又是压裂、开采技术的开端。页岩气开采完井技术主要有水力喷射射孔完井、组合式桥塞完井、机械式组合完井技术等。例如机械式组合完井技术，是采用特殊的滑套机构和膨胀封隔器完成固井和分段压裂施工。

3.侧录井技术

侧录井技术，本质上是钻井技术和勘测技术相结合的一门技术，在钻井过程中，运用钻具和连续油管的方式，将测试仪器送入测井目标位置，对岩层电阻率、电位、放射性、总有机碳（TOC）含量、孔隙度、含气量、元素含量等地层参数进行勘测，以实时更新岩层气开采地质模型信息，为储层评价、方案优化、地质保护等提供基础资料。

（二）压裂技术

1.水力压裂技术

水力压裂技术是利用高压泵，将特殊配置的“水”压入钻井中，在井底形成高压，当压力超高页岩层承受能力时，就会对井底附近的岩层气储层压碎，产生一系列裂缝，而“水”中加入的支撑剂就会随之进入裂缝，支撑裂缝永久张开，让封闭在页岩层中的天然气顺着裂缝进入水平井，最终排放至地面。而根据压裂液的成分不同，可以分为水基、油基、乳化、泡沫、酸基等类型，于是又形成了清水压裂（主要成分是水，也含有kcl，表面活性剂，减阻剂等成分）、凝胶压裂、酸化压裂技术等。例如，以酸基础为压裂液的压裂技术应用，常称为酸化压裂，酸液主要是盐酸（HCl）以及盐酸与氢氟酸（HF）形成混的合酸，适用于碳酸盐岩储层，容易被酸溶解，酸液与页岩层发生化学反应，从而形成凹凸不平的表面及打开、扩大岩层裂缝，进一步提升页岩气开采的效率[2]。

2.多级压裂技术

多级压裂技术是根据压裂方式的不同而定义的，是运用封堵技术或限流技术，通过桥塞封隔器和滑套封隔器对水平井进行分段。再运用泵车，对水平井中的多个分段逐一进行压裂，其具有针对性突出、可控性好的特点，能够根据不同部位地层情况和吸液能力情况等，进行选择性压力，最大程度完成压裂任务，提升页岩气储层渗流能力。

3.重复压裂技术

重复压裂技术的应用，是由于一次压裂没能够达到理想效果；或者岩层气开采达到中后期阶段，人工裂缝被堵塞；或者因特殊原因导致裂缝支撑效果减弱，从而产生对页岩层进行再次压裂。重复压裂技术根据实际情况可以运用原有压裂方案，顺着原来裂缝和形成裂缝延续下去，也可以更新压裂方案，形成新的裂缝。

4.水力喷射压裂技术

水力喷射压裂技术与水力压裂技术有不同之处，可简便地将水力喷射压裂技术视作水力压裂技术和水利射孔技术的组合。它是使用高速和高压流体，携带砂体进行射孔，准确压出多条裂缝。水力喷射压裂技术的技术原理如下图2所示[3]。

图2.水力喷射压裂技术

（三）开采技术

1.采排技术

这里的“采”指的是采集页岩气，当大量页岩分裂开之后，里面储藏的天然气逃逸而出，向外渗透，从页岩层裂缝中进入钻孔或管道，完成页岩气采集、存储与传输工作。而在采集过程中，最重要的是对管道进行防腐处理，页岩气气质组分中含有CO2气体，与积水融合形成酸性环境，会对管道造成严重腐蚀，因此必须对油气管道进行防腐保护。“排”则指的是返排压裂液的处理，部分压裂液能够通过循环返排，对其可通过溶解过滤、机械过滤、活性炭吸附、生物处理等方式进行处理，废水达到环保标准后才能排放或回收利用。

2.储层解堵技术

在压裂与采集环节，存在水基压裂液滤失高、水敏损失大、携砂难和返排质量差等技术障碍，储层旺旺会造成堵塞，降低页岩气的开采效率，因此，在开采的过程中还需要进行储层解堵和解水锁作业，可通过酸化解堵、超声波或电磁波解堵、重复压裂解堵等方式，来疏通堵塞，提升页岩气开采效率[4]。

3.平台增压技术

因为页岩层的油气特征不成熟，岩石内空气阻力大，页岩气开采难度较大，储层改造区域有限，为进一步提升页岩气开采效率，扩大页岩气开采量，采用平台增压技术。例如，智能增压气举一体化工艺的逐渐成熟，可实现增压工艺优化升级，以应对不同井位压裂需求，确保气井稳定生产。

4.集中循环气举技术

集中循环气举技术，指的是将洁净原料气注入储层，让其把储层中的页岩气以及井道中存留的大量液体带出来，助力页岩气开采工作，克服因井底积液多而影响正常生产的问题。例如，将二氧化碳作为页岩层气举液，给予气体流动、气体吸附、温度作用等多个物理场的耦合作用，可以置换出井底、井筒积液，避免水“压”住气，提升页岩气开采产量。

三、结束语

综上所述，页岩气作为一种非常规的天然气资源，具有着分布范围广、开采寿命长但开采难度较大的特点。页岩气开采过程中，钻井技术、压裂技术、开采技术是其核心技术。钻井主要有水平井钻井技术、完井技术、侧录井技术等；压裂则分为水力压裂技术、多级压裂技术、重复压裂技术、水力喷射压裂技术对压裂技术等；除此之外，开采时也需要应用采排技术、储层解堵技术、平台增压技术、集中循环气举技术等，提升页岩气开采效率。

参考文献

[1]黄明华,郑文,郑辉.页岩气开采过程中的关键技术及应用[J].当代化工研究,2024,(08):83-85.

[2]周宇.关于页岩气压裂增产技术的研究[J].中国石油和化工标准与质量,2022,42(04):167-168.

[3]于志伟.页岩气开采压裂技术分析与思考[J].化工管理,2020,(10):82-83.

[4]刘丽新,李忠慧,韩旭波,等.二氧化碳地下封存与页岩气开采联合技术研究进展[J].现代化工,2021,41(11):39-43.