頁巖氣開發(fā)對(duì)技術(shù)的要求很高，開采難度也較大。頁巖氣藏的儲(chǔ)層一般呈低孔隙度、低滲透率的物性特征，氣流阻力比常規(guī)天然氣大，所有的井都需要實(shí)施儲(chǔ)層壓裂改造才能正常開采。同時(shí)，頁巖氣采收率比常規(guī)天然氣低，常規(guī)天然氣采收率在60%以上，而頁巖氣為5%～60%。美國頁巖氣開發(fā)的巨大成功得益于水平井和多段壓裂技術(shù)。與美國相比，我國還未完全掌握頁巖氣開采的相關(guān)核心技術(shù)。因此，對(duì)于我國更復(fù)雜的地質(zhì)條件，更需要加大力度攻關(guān)頁巖氣關(guān)鍵技術(shù)。
關(guān)注前沿技術(shù)
目前，開發(fā)頁巖氣的新技術(shù)主要有微地震壓裂檢測(cè)技術(shù)、水平井鉆井技術(shù)、欠平衡鉆井技術(shù)、射孔優(yōu)化技術(shù)、壓裂增產(chǎn)技術(shù)、廢水處理或重復(fù)利用技術(shù)、超臨界二氧化碳開采頁巖氣技術(shù)等。這些先進(jìn)技術(shù)的成功應(yīng)用，將大幅提高頁巖氣單井產(chǎn)量。
微地震壓裂檢測(cè)技術(shù)。微震監(jiān)測(cè)的裂縫評(píng)價(jià)技術(shù)正發(fā)展成油層壓裂生產(chǎn)過程中直接、可靠的技術(shù)，而微地震壓裂檢測(cè)技術(shù)是頁巖氣藏勘探領(lǐng)域中的一項(xiàng)重要新技術(shù)。近年來，勝利油田積極開展微地震壓裂檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用研究，并把它作為油田油氣勘探開發(fā)的重要技術(shù)手段和技術(shù)儲(chǔ)備。通過開展對(duì)國內(nèi)外微地震壓裂檢測(cè)技術(shù)現(xiàn)狀、微地震壓裂檢測(cè)采集方法、數(shù)據(jù)處理及裂縫預(yù)測(cè)方法、目前成熟的處理反演軟件、微地震壓裂檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用實(shí)例分析等方面調(diào)查研究，全面了解和掌握微地震壓裂檢測(cè)技術(shù)的技術(shù)特點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和應(yīng)用技術(shù)。目前，該技術(shù)已成為勝利油田實(shí)施非常規(guī)油氣藏開發(fā)戰(zhàn)略所具必須的重要的高新技術(shù)儲(chǔ)備之一。
水平井鉆井技術(shù)。同直井相比，水平井在頁巖氣開發(fā)中具有比較顯著的優(yōu)勢(shì)：一是水平井成本為直井的1.5～2.5倍，但初始開采速度、控制儲(chǔ)量和最終評(píng)價(jià)可采儲(chǔ)量卻是直井的3～4倍;二是水平井與頁巖層中裂縫(主要為垂直裂縫)相交機(jī)會(huì)大，明顯改善儲(chǔ)層流體的流動(dòng)狀況。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，水平段為200m或更長(zhǎng)時(shí)，比直井鉆遇裂縫的機(jī)會(huì)多幾十倍;三是在直井收效甚微的地區(qū)，水平井開采效果良好。如在Barnett頁巖氣外圍開采區(qū)內(nèi)，水平井克服了Barnett 組頁巖上、下石灰?guī)r層的限制，避免了Ellenburger組白云巖層的水侵，降低了壓裂風(fēng)險(xiǎn)以及增產(chǎn)效果明顯，在外圍生產(chǎn)區(qū)得到廣泛的運(yùn)用。在水平鉆井過程采用MWD(隨鉆測(cè)井)和自然伽馬測(cè)井曲線在頁巖段內(nèi)定向控制和定位，應(yīng)用對(duì)比井?dāng)?shù)據(jù)和地震數(shù)據(jù)避開已知有井漏問題和斷層的區(qū)域。鉆井作業(yè)采用泥漿系統(tǒng)、井下鉆具以及定向設(shè)備等常規(guī)鉆井技術(shù)。四是采用地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)，確保在目標(biāo)區(qū)內(nèi)鉆井，避免斷層和其他復(fù)雜構(gòu)造區(qū)，否則會(huì)導(dǎo)致鉆穿目標(biāo)區(qū)，或者發(fā)生井漏。如中石油西南油氣田在威201—H1井采用水平井地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)，不僅提高了氣田儲(chǔ)層的鉆遇率，而且大幅度降低了水平井開發(fā)成本，為開發(fā)頁巖氣水平井提供了有效的技術(shù)支撐。該技術(shù)有三大特點(diǎn)：一是無導(dǎo)眼水平井零組停，按設(shè)計(jì)成功中靶，靶前距誤差率為2%，儲(chǔ)層鉆遇率達(dá)到100%;二是形成一套適合油氣田水平井鉆探的錄井配套技術(shù);三是建立了水平井綜合錄井地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)操作規(guī)程，實(shí)現(xiàn)了該項(xiàng)技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化應(yīng)用。
欠平衡鉆井技術(shù)。目前，欠平衡鉆井技術(shù)按工藝分類可分為兩種：即流鉆欠平衡鉆井和人工誘導(dǎo)欠平衡鉆井。流鉆欠平衡鉆井是指使用普通鉆井液的欠平衡鉆井;人工誘導(dǎo)欠平衡鉆井是指由于地層壓力太低，必須采用特殊的鉆井液和工藝才能建立欠平衡。創(chuàng)造欠平衡條件采用的常用先進(jìn)技術(shù)有：邊噴邊鉆;泥漿帽鉆井;立管氣體注入;環(huán)空氣體注入;連續(xù)油管鉆井技術(shù)等。該技術(shù)可有效解決了井漏、縮徑、垮塌、地層出水和大井眼攜巖等技術(shù)難題，可有效提高鉆井速度。如中石油長(zhǎng)寧、威遠(yuǎn)頁巖氣區(qū)塊的寧201井等，采用充氣鉆井技術(shù)后，順利鉆達(dá)固井井深，成功解決了本井因惡性井漏導(dǎo)致下部鉆井實(shí)施困難的問題，減少了因井漏造成的處理復(fù)雜時(shí)間，縮短了鉆井時(shí)間，節(jié)約了鉆井成本。實(shí)踐證明，采用欠平衡鉆井技術(shù)提速治漏，可以加快頁巖氣工程的開發(fā)進(jìn)度。
射孔優(yōu)化技術(shù)。射孔完井是水平井完井的主要方式，射孔參數(shù)是影響水平井入流速度剖面的主要因素。大量頁巖氣開發(fā)實(shí)踐證明，先進(jìn)的射孔優(yōu)化技術(shù)有助于頁巖氣區(qū)塊的開發(fā)，采用大孔徑射孔優(yōu)化技術(shù)可以有效減少井筒附近流動(dòng)阻力，提高頁巖氣產(chǎn)量。而常規(guī)的全水平段均勻射孔方式存在入流剖面不均勻，邊底水錐進(jìn)嚴(yán)重的問題，通過水平井射孔參數(shù)分段組合優(yōu)化，以水平井均衡生產(chǎn)為目標(biāo)，以油藏-井筒流動(dòng)耦合模型為約束條件，建立水平井射孔參數(shù)優(yōu)化模型，調(diào)控水平井段生產(chǎn)壓降，實(shí)現(xiàn)水平段流動(dòng)剖面的均勻推進(jìn)。該技術(shù)能有效抑制了邊底水油藏水淹現(xiàn)象的發(fā)生，且能較大幅度地提高單井產(chǎn)能。在定向射孔過程中，主要射開低應(yīng)力區(qū)、高孔隙度區(qū)、石英富集區(qū)和富干酪根區(qū)，以利于增加頁巖氣產(chǎn)量。
壓裂增產(chǎn)技術(shù)。壓裂是油氣井增產(chǎn)、水井增注的一項(xiàng)重要技術(shù)措施。而含氣頁巖儲(chǔ)層的基質(zhì)孔隙度和滲透率總體上非常低，除少數(shù)裂縫發(fā)育帶可能具有較高的自然產(chǎn)能外，一般頁巖氣藏均需人工壓裂改造之后才具有商業(yè)價(jià)值。目前頁巖氣壓裂增產(chǎn)開采技術(shù)主要有多段連續(xù)壓裂改造技術(shù)、清水壓裂技術(shù)、重復(fù)壓裂技術(shù)、同步壓裂技術(shù)等壓裂增產(chǎn)開發(fā)技術(shù)。隨著水力壓裂、重復(fù)壓力及平行壓裂等新技術(shù)的運(yùn)用和推廣，極大地改善了頁巖氣井的生產(chǎn)動(dòng)態(tài)與增產(chǎn)作業(yè)效果，頁巖氣單井產(chǎn)量增長(zhǎng)顯著，極大地促進(jìn)了頁巖氣的快速發(fā)展。
廢水處理或重復(fù)利用技術(shù)。水力壓裂法是頁巖氣開發(fā)中常用技術(shù)，它所使用的水包括地下水、地表水和飲用水，目前以地下水為主。開采一口頁巖氣井，需耗費(fèi) 4500m3～13200m3的水，且壓裂用水要求較高，要避免有腐蝕性，還要與壓裂藥劑相匹配。如果將油氣生產(chǎn)中的廢水不經(jīng)過處理排放出去，不僅浪費(fèi)資源，而且污染環(huán)境。為節(jié)約淡水，減少新鮮水的用量，降低作業(yè)成本，哈里伯頓采用廢水處理或重復(fù)利用技術(shù)，推出CleanWave水處理技術(shù)創(chuàng)新解決方案。該技術(shù)解決了困擾作業(yè)公司多年的難題，處理或重復(fù)利用了油氣生產(chǎn)中的廢水，可有效地解決水資源缺乏地區(qū)頁巖氣開發(fā)過程中的環(huán)境保護(hù)問題。
超臨界二氧化碳技術(shù)
未來兩三年進(jìn)行推廣
超臨界二氧化碳開采頁巖氣技術(shù)。早在2000年，美國tempress公司做了先導(dǎo)性的超臨界二氧化碳射流破巖實(shí)驗(yàn)，效果非常好，破巖門限壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于水的破巖門限壓力。當(dāng)溫度超過31.1攝氏度，壓力超過7.38兆帕，二氧化碳?xì)怏w就會(huì)變成超臨界態(tài)。超臨界流體既不同于氣體也不同于液體，具有許多獨(dú)特物理化學(xué)性——密度接近于水，能夠?yàn)榫埋R達(dá)提供足夠扭矩、溶劑化能力強(qiáng);黏度非常低，接近于氣體，易流動(dòng)、摩阻系數(shù)低;擴(kuò)散系數(shù)大于液體，具有良好的傳質(zhì)、傳熱性能;表面張力接近于零，可進(jìn)入到任何大于超臨界流體分子的空間。以超臨界二氧化碳代替水做壓裂液，幾乎可以解決水力壓裂帶來的所有難題。
在技術(shù)層面上，利用超臨界二氧化碳開采頁巖氣，具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)：一是超臨界二氧化碳破巖門限壓力低、破巖速度快，能大大縮短建井周期;二是超臨界二氧化碳流體既不含固相又不含水，對(duì)儲(chǔ)層無任何損害和污染，非常適合于黏土含量較高的頁巖氣藏開發(fā);三是超臨界二氧化碳流體黏度低、表面張力為零、易流動(dòng)，容易進(jìn)入儲(chǔ)層毛細(xì)孔隙中，驅(qū)替及置換甲烷，提高單井產(chǎn)量和采收率.從環(huán)保理念上講，利用超臨界二氧化碳流體作為介質(zhì)，可替代大量的水資源，適合于我國國情。也可有效地利用二氧化碳，降低溫室氣體排放量。
盡管目前我國二氧化碳驅(qū)油技術(shù)已經(jīng)比較成熟，在油田開發(fā)生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用，但利用超臨界二氧化碳開采頁巖氣技術(shù)仍處于實(shí)驗(yàn)室研究和探索試驗(yàn)階段，預(yù)計(jì)2～3年內(nèi)該技術(shù)將在我國頁巖氣勘探開發(fā)中得到現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用和推廣。
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