頁巖氣壓裂技術現狀及發展現狀（下）

4壓裂液體系

壓裂液的選取依據是頁巖氣儲層的特征，針對不同的頁巖儲層應采用不同類型的壓裂液。應用于頁巖氣開發的壓裂液主要有凍膠壓裂液?泡沫壓裂液?清水壓裂液以及復合壓裂液等，其中清水壓裂液和復合壓裂液應用最廣泛。

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?儲層天然裂縫較發育?脆性較高的地層。與常規凍膠壓裂液相比，清水壓裂液的壓裂效果更好，對儲層傷害小且成本低。自1997年以來，清水壓裂液在頁巖氣壓裂中得到了廣泛應用。然而清水壓裂液也有其不足之處，如因黏度較低導致攜砂能力差等。

4.2復合壓裂液

復合壓裂液主要由高黏度凍膠和低黏度滑溜水組成，主要針對黏土含量高?塑性強的頁巖儲層而設計。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。復合壓裂液的注入順序為：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生黏滯指進，支撐劑沉降速度降低，從而有效增大了裂縫的導流能力。

在Barnett地區頁巖氣藏曾采用過復合壓裂液壓裂，結果顯示，其單井產量比采用其他方式壓裂的鄰井提高將近30%。Anadarko石油公司在北美Haynesville頁巖氣開發中，利用裂縫監測技術對復合壓裂液和清水壓裂液的壓裂效果進行了對比，結果表明，復合壓裂液形成的有效裂縫半長是清水壓裂液的3倍。采用復合壓裂液可顯著增大有效裂縫長度，提高產量，但與清水壓裂液相比，其成本較高且對儲層傷害較大。

5頁巖氣壓裂技術發展方向

5.1 提升頁巖氣壓裂施工效率

高昂的開采成本是制約頁巖氣開發的重要因素，如何提高壓裂施工效率，降低成本仍是未來頁巖氣壓裂技術發展的重要方向。研究結果表明，水平井開發過程中，大部分產能僅來自30%左右的有效層段，特別是非均質性較強的水平井，因為大部分壓裂層段并沒有出現在“甜點”處。實現壓裂段數的少?精?準成為提高頁巖氣壓裂施工效率的重要途徑。

為了避免無效壓裂作業，國內外正在探索可有效識別斷層?出水層段以及油氣富集區的隨壓“甜點”監測技術，以便顯著提高頁巖氣壓裂施工效率。然而，真正能夠做到準確無誤地高效壓裂，還有待進一步的研究和突破。

5.2 改善頁巖氣的滲流條件

改善頁巖氣的滲流條件是提高頁巖氣產量的關鍵。在常規壓裂過程中，支撐劑的嵌入降低了裂縫的導流能力，而HiWAY高速通道壓裂技術的出現顛覆了傳統壓裂理念。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，通過間歇式交替注入支撐劑和高濃度凝膠壓裂液，在支撐劑填充區形成開放性的高速滲流通道，極大地改善了頁巖氣的滲流狀態。該技術已在全球多個地區得到了應用。統計結果顯示，與常規壓裂相比，運用該技術后的產量提高了15%。與直井相比，水平井極大地改善了頁巖氣的滲流條件。然而，復雜結構井具有更大的優勢，以復雜結構井為主導的新技術將逐漸成為未來開發非常規油氣資源的有效手段。在雙分支水平井壓裂試驗中，每個分支長1500m以上，進行15段壓裂。與單分支水平井相比，頁巖氣產量提高25%，而成本降低了35%，顯示出巨大的應用潛力。在頁巖氣開發中，包括雙分支水平井和多分支水平井壓裂的復雜結構井壓裂技術，將成為頁巖氣壓裂的發展趨勢。

5.3 降低頁巖氣壓裂對環境的影響

首先，頁巖氣壓裂消耗大量的水資源，造成水資源緊張。根據美國能源局公布的統計結果，Barnett地區的頁巖氣井平均用水量高達1×10⁴m₃/口，其中水力壓裂的水量占總用水量的絕大部分。其次，壓裂液對生態環境也有重大危害，在壓裂過程中，有高達80%的壓裂液不能返排，因其含有殺菌劑、阻垢劑、潤滑劑以及表面活性劑等多種化學添加劑，有可能導致飲用水污染。因此，降低頁巖氣壓裂造成的環境影響逐漸成為頁巖氣壓裂技術的重要指標。研究新型無水壓裂技術成為未來頁巖氣壓裂關注的重點。

國內外已經開展LPG(液化石油氣)壓裂、超臨界CO₂壓裂以及液氮壓裂等新型無水壓裂技術的可行性研究和應用。

LPG壓裂以液化石油氣作為壓裂液，與常規水力壓裂相比，該技術可顯著增大有效裂縫長度，提高產能，同時避免水敏?返排液回收困難等問題，該技術已在北美地區取得了成功。然而LPG易燃，具有爆炸風險，需要進一步改進技術并完善安全標準。

超臨界CO₂不同于氣體和液體，其黏度低，易擴散，同時表面張力可忽略不計。因此，在頁巖氣壓裂中，超臨界CO₂壓裂具有許多優勢，不僅有利于產生復雜的縫網，同時由于不含液相和固相，對儲層無污染，可有效避免黏土膨脹?水敏等危害。另外，CO₂進入儲層還可改善驅替效果，從而提高采收率。

2011年，國內學者李子豐提出了液氮壓裂技術，同樣具有不錯的應用前景。然而，超臨界CO2壓裂以及液氮壓裂技術主要還停留在理論研究及室內試驗階段，尚有許多技術層面沒有突破。

6結束語

頁巖氣壓裂技術，經歷了探索起步、快速發展及大規模推廣應用階段，正在逐漸成熟，有力地推動了頁巖氣的開發進程。作為配套技術，壓裂地質特征評價在頁巖氣壓裂中占有重要地位，主要包含地應力測量、巖石脆性評價、天然裂縫識別以及巖石力學特征測定。水平井分段壓裂、重復壓裂、同步壓裂、裂縫監測技術以及“工廠化”壓裂模式是當今頁巖氣壓裂施工工藝的主體，而清水壓裂液以及復合壓裂液是應用最廣泛的壓裂液體系。提升頁巖氣壓裂施工效率，提高改善頁巖氣滲流條件的程度，降低頁巖氣壓裂對環境的影響，是未來頁巖氣壓裂技術的發展方向。

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