一、開采特點(diǎn)
    頁巖氣是從頁巖層中開采出來的，主體位于暗色泥頁巖或高碳泥頁巖中，以吸附或游離狀態(tài)存在于泥巖、高碳泥巖、頁巖及粉砂質(zhì)巖類夾層中的天然氣聚集。頁巖氣產(chǎn)自滲透率極低的沉積巖中，大部分產(chǎn)氣頁巖分布范圍廣、厚度大，且普遍含氣，使得頁巖氣井能夠長期地穩(wěn)定產(chǎn)氣。一般情況下，頁巖氣開采具有3個(gè)特點(diǎn)：
    （一）生產(chǎn)能力低或無自然生產(chǎn)能力。由于頁巖氣儲(chǔ)集層通常呈低孔、低滲透率，氣流阻力比常規(guī)天然氣大，難以開采，因此所有的井都需要實(shí)施儲(chǔ)層壓裂改造才能開采出來。目前，在頁巖氣井中實(shí)施2次以上增產(chǎn)措施的嘗試已在美國實(shí)現(xiàn)了。
    （二）井的壽命和生產(chǎn)周期長。頁巖氣在泥頁巖地層中主要以游離態(tài)和吸附態(tài)存在。游離氣滲流速度快，初期產(chǎn)量較高，但產(chǎn)量下降快；相反，吸附氣解析、擴(kuò)散速度慢，產(chǎn)量相對(duì)較低，但屬于頁巖氣穩(wěn)產(chǎn)期，進(jìn)入該時(shí)期后產(chǎn)量遞減速度慢，使得生產(chǎn)周期變長，一般頁巖氣井生產(chǎn)壽命可達(dá)30～50年。
    （三）采收率變化較大，并且低于常規(guī)天然氣采收率。根據(jù)埋藏深度、地層壓力、有機(jī)質(zhì)含量和吸附氣量等，不同頁巖氣藏的采收率不同。而且相關(guān)數(shù)據(jù)還表明，頁巖氣采收率通常低于常規(guī)天然氣采收率，常規(guī)天然氣采收率可達(dá)60%以上，而頁巖氣僅為5%～60%。
    二、開發(fā)方式
    不同于常規(guī)天然氣的開采特點(diǎn)，決定了頁巖氣開發(fā)具有其獨(dú)特的方式。目前美國已經(jīng)擁有一些先進(jìn)技術(shù)可以提高頁巖氣井的產(chǎn)量，主要包括水平井技術(shù)和多層壓裂技術(shù)、清水壓裂技術(shù)、重復(fù)壓裂技術(shù)、同步壓裂技術(shù)等，這些技術(shù)正在不斷提高著頁巖氣井的產(chǎn)量。
    （一）水平井技術(shù)
    頁巖氣是存在于頁巖裂縫等空隙中的天然氣，要使其盡可能地流入井筒，就必須合理利用儲(chǔ)層中的裂縫，使井筒穿過盡可能多的儲(chǔ)層。現(xiàn)在業(yè)界多利用水平鉆井技術(shù)來進(jìn)行頁巖氣的開采，雖然該技術(shù)并不是一項(xiàng)新技術(shù)，但是對(duì)于擴(kuò)大頁巖氣開發(fā)卻具有重大意義。
    水平井的成本一般是垂直井的1～1.5倍，例如800～1000m 水平段的常規(guī)水平井鉆井及完井投資約700萬美元，而產(chǎn)量是垂直井的3倍左右。與此同時(shí)，現(xiàn)代鉆井技術(shù)已發(fā)展到了允許鉆機(jī)轉(zhuǎn)彎，鉆頭還可以準(zhǔn)確地停留在一個(gè)狹窄的定向垂直窗口。由于水平部分很容易控制，所以能使頁巖氣資源從相同儲(chǔ)層但面積大于單直井的地理區(qū)域流出。以美國賓夕法尼亞州的　　Marcellus頁巖氣田為例，一口垂直井的驅(qū)替體積大約只有直徑1320ft(1ft=304.8mm，下同)、高50ft 的圓柱體體積那么大。相比之下，水平井可延長至2000～6000ft，驅(qū)替體積可達(dá)6000ft×1320ft×50ft， 大約是直井驅(qū)替體積的5.79倍還多。驅(qū)替體積的增加使水平井比直井具有更多的優(yōu)勢(shì)。
    （二）壓裂技術(shù)
    1.清水壓裂技術(shù)
    水力壓裂是一種儲(chǔ)層增產(chǎn)技術(shù)，用于產(chǎn)生更密集的裂縫網(wǎng)絡(luò)，形成額外的滲透率，使氣體能更容易流向井中，從而生產(chǎn)出大量地層天然氣。水力壓裂技術(shù)的不斷改進(jìn)，使之成為一項(xiàng)在特殊地層區(qū)域布置裂縫網(wǎng)絡(luò)的非常復(fù)雜的工程過程。
    水力壓裂處理方法針對(duì)目標(biāo)頁巖設(shè)置了專門的參數(shù)，包括厚度、局部應(yīng)力條件、壓縮性和剛性。局部條件用于計(jì)算機(jī)模型來設(shè)計(jì)具體地點(diǎn)的水力壓裂處理過程，并優(yōu)化新裂縫。頁巖氣藏和它們之間要進(jìn)行壓裂的間隔都很厚，所以將水力壓裂分為幾個(gè)階段往往更加有效，每一個(gè)階段都重點(diǎn)對(duì)儲(chǔ)層的一個(gè)連貫部分進(jìn)行處理。每個(gè)工作階段都孤立于井內(nèi)，從而使壓裂設(shè)備的所有容量可用于單個(gè)儲(chǔ)層單元，這可以在垂直或水平井中收到良好效果。
    在對(duì)一口井(不論是水平井還是直井)實(shí)施壓裂措施之前，通常會(huì)進(jìn)行一系列的測(cè)試，以確保井、井口設(shè)備和壓裂設(shè)備的正常工作，并經(jīng)得起壓裂措施的壓力和泵率。
    2.多層壓裂技術(shù)
    多層壓裂技術(shù)是對(duì)增產(chǎn)措施的一種改變。大多數(shù)情況下，第一階段必須要向儲(chǔ)層中泵入前置液，前置液是一種沒有支撐劑的壓裂液；接下來，第二階段要運(yùn)送含有一定濃度支撐劑的壓裂液進(jìn)入儲(chǔ)層；第三階段則要使用含有較高濃度支撐劑的壓裂液，隨后還有數(shù)量不定的壓裂液泵入儲(chǔ)層，且每一種壓裂液都含有比之前壓裂液更大濃度的支撐劑。
    以上描述的是單一儲(chǔ)層區(qū)域的多層壓裂。需要注意的是，多層壓裂也可能是對(duì)儲(chǔ)層中幾個(gè)不相連區(qū)域或間隔區(qū)域進(jìn)行處理，這樣每一個(gè)區(qū)域或間隔帶的壓裂都是一個(gè)不同的階段，所以要注意多層壓裂是針對(duì)一個(gè)單獨(dú)區(qū)域還是多個(gè)區(qū)域而言的。
    多層壓裂技術(shù)常常用于垂直堆疊的致密地層的增產(chǎn)。致密氣井可能會(huì)遇到幾個(gè)含氣的砂巖間隔區(qū)域，從而需要不同的增產(chǎn)措施。作業(yè)者一般會(huì)想方設(shè)法盡可能地減少在單一或多個(gè)區(qū)域?qū)嵤毫训臅r(shí)間。
    連續(xù)油管是水力壓裂的一種節(jié)省時(shí)間的解決措施，有幾種不同類型的壓裂技術(shù)使用連續(xù)油管。封隔器用于在壓裂過程中封隔不同區(qū)域。通常，有一個(gè)專門的封隔器用于區(qū)域封隔， 在壓裂過程中，壓裂液和支撐劑要么沿著油管要么沿著環(huán)空泵入，封隔器將壓裂液隔離在被處理的區(qū)域外面。
    其他用于壓裂多個(gè)非常規(guī)地層的技術(shù)是整體隔離系統(tǒng)，其中有一種被稱為外部套管射孔(ECP)。ECP是一種通過允許每一單獨(dú)的間隔區(qū)域進(jìn)行射孔、隔離和增產(chǎn)從而完井的方法。在ECP中，射孔槍和射孔/信號(hào)系統(tǒng)連接在油管外面，在鉆孔中運(yùn)行，并用水泥封固。射孔槍沿著液壓控制管線或電線射孔，能射穿油管，且可在其他方向上射孔。整個(gè)系統(tǒng)也包含射孔時(shí)開動(dòng)的隔離裝置，通過設(shè)置隔離裝置，既可以防止在較低間隔區(qū)域的射入，也能防止來自較低間隔區(qū)域的流體的侵入。
    在壓裂過程中，支撐劑也是一個(gè)重要的考慮因素。球形支撐劑顆粒是最合適的選擇，因?yàn)樗鼭M足支撐劑充填層的孔隙度和滲透性好于形狀不規(guī)則、大小不均勻的砂粒的要求。此外，陶土的強(qiáng)度比砂粒高，且不容易在高的壓裂閉合應(yīng)力下發(fā)生破碎，也是比較好的選擇。除了選擇良好的支撐劑，還應(yīng)注意支撐劑在實(shí)際生產(chǎn)中出現(xiàn)的問題，如支撐劑沉積(由于液體黏度低于懸浮支撐劑的門限壓力)、支撐劑返排等。可以通過向壓裂液中加入表面活性劑、纖維材料、變形粒子等解決這些問題。
    3.重復(fù)壓裂技術(shù)
    重復(fù)壓裂技術(shù)用于在不同方向上誘導(dǎo)產(chǎn)生新的裂縫，從而增加裂縫網(wǎng)絡(luò)，提高生產(chǎn)能力。如果初始?jí)毫岩呀?jīng)無效，或現(xiàn)有的支撐劑因時(shí)間關(guān)系已經(jīng)損壞或質(zhì)量下降，那么對(duì)該井進(jìn)行重復(fù)壓裂將重建儲(chǔ)層到井眼的線性流。該方法可以有效改善單井產(chǎn)量與生產(chǎn)動(dòng)態(tài)特性，在頁巖氣井生產(chǎn)中起著積極作用，壓裂后產(chǎn)量接近甚至超過初次壓裂時(shí)期。
    4.同步壓裂技術(shù)
    除了上述3種技術(shù)外，還有最新的同步壓裂技術(shù)，即同時(shí)對(duì)兩口或兩口以上的井進(jìn)行壓裂。在同步壓裂中，壓力液及支撐劑在高壓下從一口井沿最短距離向另一口井運(yùn)移，這樣就增加了裂縫網(wǎng)絡(luò)的密度及表面積，從而快速提高頁巖氣井的產(chǎn)量。目前已發(fā)展到3口甚至4口井間同時(shí)壓裂。

（  來源：中國慶華集團(tuán) 王瑗 整理）