页岩气开发水力压裂技术综述_唐颖(2)

394地质通报GEOLOGICALBULLETINOFCHINA2011年

气开发正处于起步阶段。美国页岩气开发时间长、技术成熟，中国页岩气开发可借鉴其经验。本文介绍页岩气开发水力压裂的相关问题和技术工艺，并结合国外页岩气开发的实例和国内压裂技术的应用情况，讨论适合中国现阶段页岩气开发的技术。

外还具有噪音过滤能力[6]。

2压裂液和添加剂

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，这是页岩储层钻井和压裂都面临的主要问题。因此，合理配置压裂液，选择添加剂的成分和比重对页岩储层压裂至关重要，使用性能恰当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，怎样获得更多的人造裂缝是压裂设计首先要考虑的问题。为了获得有效、经济和成功的压裂效果，在实施水力压裂之前，往往要进行压裂设计。压裂设计的工作很多，其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

2.1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）总量占压裂液总量的不足1%(图2)。

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、层理和原生裂缝中。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[8]。

FracturingSimulators，它可以预测裂缝的三维几何形状（图1），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[2-3]。MeyerFracturingSimulators中基于离散裂缝网络模型（DiscreteFractureNetwork）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，直接得到裂缝顶部、底部的深度、裂缝两翼的长度和裂缝的扩展方位[4-5]。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

2.2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的。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。在页岩气井水力压裂液成分中，常用的添加剂类型、主要化合物及其作用见表1。地层条件不同，压裂要求不同，添加剂的使用也不同。

3压裂技术和工艺

曾用于压裂作业的增产措施有多种，包括氮气

泡沫压裂、凝胶压裂、多级压裂、清水压裂、同步压