页岩气开发水力压裂技术

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世界页岩气资源丰富，但由于页岩地层渗透率很低，目前还没有得到广泛开发。水力压裂技术是页岩气开发的核心技术之一，广泛用于页岩储层改造。研究认为，清水压裂是现阶段我国页岩气开发储层改造的适用技术，对于开采长度(厚度)大的页岩气井，可以使用多级分段清水压裂。同步压裂技术是规模化的页岩气开发的客观需要。
世界上页岩气资源很丰富，但目前还没有得到广泛勘探与开发，其根本原因是页岩基质渗透率很低(一般小于1mD)，勘探开发困难。页岩气井钻井完成后，只有少数天然裂缝特别发育的井可直接投入生产，90%以上的井需要经过酸化、压裂等储层改造措施后才能获得比较理想的产量。
1.压裂设计与裂缝监测
裂缝的发育程度是影响页岩气产量的重要因素。压裂设计的核心是压裂效果的模拟，通过压裂模拟能够预测裂缝发育的宽度、长度和方向，评价压裂是否成功。
页岩气井水力压裂模拟一般通过专业的模拟软件进行，如美国Meyer & Associates公司的Meyer Fracturing Simulators，它可以预测裂缝的三维几何形状，提供优选的压裂方案，并在压裂作业中收集数据，实时监测和评价压裂效果，判定不合理的压裂措施，从而有助于压裂的经济规划和开支管理，提高增产效果。Meyer Fracturing Simulators中基于离散裂缝网络模型(Discrete Fracture Network)的MShale模块是专业的模拟页岩或煤层水力压裂中多裂缝、非对称缝和不连续缝的模拟器，能够有效解决页岩和煤层水力压裂裂缝模拟与分析的难题。
水力压裂作业过程中，为了解裂缝的走向和评价压裂的效果，需要对诱导裂缝的方位、几何形态进行监测。微地震是用于水力压裂过程中诱导裂缝监测的主要技术，其主要原理是，在水力压裂过程中，裂缝周围的天然裂缝、层理面等薄弱层面的稳定性受到影响，发生剪切滑动，产生了类似于沿断层发生的“微地震”或“微天然地震”。微地震辐射出弹性波的频率相当高，一般处在声波的频率范围内，这些弹性波信号可以用精密的传感器在邻井探测，并通过数据处理得出有关震源的信息。随着微地震在时间和空间上的产生，裂缝监测结果连续不断地更新，从而形成一个裂缝延伸的动态图，即微地震裂缝图，从该图可以得到裂缝方位和长度的平面视图，直接得到裂缝的顶部和底部深度、裂缝两翼的长度以及裂缝的扩展方位。微地震测量迅速，现场应用方便，能够实时确定微地震事件的位置，并确定裂缝的高度、长度和方位，除此之外还具有噪音过滤能力。
2.压裂液组成及添加剂
页岩储层中含有粘土矿物，水敏性粘土矿物遇水溶解后会导致井壁发生坍塌事故，这是页岩储层钻井及压裂都面临的主要问题。因此，合理配置压裂液，选择添加剂成分及比重对页岩储层压裂至关重要，使用恰当性能的压裂液是提高页岩气井压裂经济效益的重要措施。
（1）压裂液
页岩储层开发采用不同的压裂方式，压裂液配制成分也各不相同。目前页岩气井水力压裂常用的压裂液类型有减阻水压裂液、纤维压裂液和清洁压裂液。以减阻水压裂液为例，其组成以水和砂为主，含量占总量的99%以上，其它添加剂成分(如酸、减阻剂、表面活性剂等)总量只占压裂液总量的不足1%。
页岩中含有多种酸溶性矿物，它们均匀地分布在页岩的基质、层理及原生裂缝中。当这些酸溶性矿物遇到可反应流体时，就会溶解并被清除，从而有助于增加压裂所产生裂缝的表面积，提高吸附态页岩气的解吸速度并增强页岩气在裂缝网络中的扩散作用。在页岩压裂液中添加一种可与页岩中酸溶性矿物发生反应的化学成分，是目前页岩压裂中的一种较新的理念。实验表明，添加可反应性流体成分后，井眼内气体的初始产量可比未添加反应性流体成分时增加1倍。
（2）添加剂
添加剂在压裂液中所占的比例很小，不足压裂液总量的1%，但对提高页岩气井的产量来说却是至关重要。水力压裂液中含有多种添加剂，以美国Fayetteville页岩水力压裂过程中使用过的减阻水压裂液为例，减阻水压裂液是一种水基压裂液，集成了凝胶压裂和清水压裂的优点，主要成分为水，添加剂包括凝胶、减阻剂、抗菌剂等。地层条件不同，根据不同压裂要求，添加剂的使用会不同。

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法国宪法委员会在11日发布的公报中指出，为了保护生态环境，决定核准有关禁止使用水力压裂技术勘探和开采页岩气的法律。根据这个决定，法国多个页岩气开采的许可将被废止。

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