一、開采特點
    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個特點：
    （一）生產(chǎn)能力低或無自然生產(chǎn)能力。由于頁巖氣儲集層通常呈低孔、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施儲層壓裂改造才能開采出來。目前，在頁巖氣井中實施2次以上增產(chǎn)措施的嘗試已在美國實現(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、擴散速度慢，產(chǎn)量相對較低，但屬于頁巖氣穩(wěn)產(chǎn)期，進入該時期后產(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，決定了頁巖氣開發(fā)具有其獨特的方式。目前美國已經(jīng)擁有一些先進技術可以提高頁巖氣井的產(chǎn)量，主要包括水平井技術和多層壓裂技術、清水壓裂技術、重復壓裂技術、同步壓裂技術等，這些技術正在不斷提高著頁巖氣井的產(chǎn)量。
    （一）水平井技術
    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，就必須合理利用儲層中的裂縫，使井筒穿過盡可能多的儲層?，F(xiàn)在業(yè)界多利用水平鉆井技術來進行頁巖氣的開采，雖然該技術并不是一項新技術，但是對于擴大頁巖氣開發(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，現(xiàn)代鉆井技術已發(fā)展到了允許鉆機轉(zhuǎn)彎，鉆頭還可以準確地停留在一個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。
    （二）壓裂技術
    1.清水壓裂技術
    水力壓裂是一種儲層增產(chǎn)技術，用于產(chǎn)生更密集的裂縫網(wǎng)絡，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。水力壓裂技術的不斷改進，使之成為一項在特殊地層區(qū)域布置裂縫網(wǎng)絡的非常復雜的工程過程。
    水力壓裂處理方法針對目標頁巖設置了專門的參數(shù)，包括厚度、局部應力條件、壓縮性和剛性。局部條件用于計算機模型來設計具體地點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行壓裂的間隔都很厚，所以將水力壓裂分為幾個階段往往更加有效，每一個階段都重點對儲層的一個連貫部分進行處理。每個工作階段都孤立于井內(nèi)，從而使壓裂設備的所有容量可用于單個儲層單元，這可以在垂直或水平井中收到良好效果。
    在對一口井(不論是水平井還是直井)實施壓裂措施之前，通常會進行一系列的測試，以確保井、井口設備和壓裂設備的正常工作，并經(jīng)得起壓裂措施的壓力和泵率。
    2.多層壓裂技術
    多層壓裂技術是對增產(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，第二階段要運送含有一定濃度支撐劑的壓裂液進入儲層；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層區(qū)域的多層壓裂。需要注意的是，多層壓裂也可能是對儲層中幾個不相連區(qū)域或間隔區(qū)域進行處理，這樣每一個區(qū)域或間隔帶的壓裂都是一個不同的階段，所以要注意多層壓裂是針對一個單獨區(qū)域還是多個區(qū)域而言的。
    多層壓裂技術常常用于垂直堆疊的致密地層的增產(chǎn)。致密氣井可能會遇到幾個含氣的砂巖間隔區(qū)域，從而需要不同的增產(chǎn)措施。作業(yè)者一般會想方設法盡可能地減少在單一或多個區(qū)域?qū)嵤毫训臅r間。
    連續(xù)油管是水力壓裂的一種節(jié)省時間的解決措施，有幾種不同類型的壓裂技術使用連續(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。
    其他用于壓裂多個非常規(guī)地層的技術是整體隔離系統(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的間隔區(qū)域進行射孔、隔離和增產(chǎn)從而完井的方法。在ECP中，射孔槍和射孔/信號系統(tǒng)連接在油管外面，在鉆孔中運行，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。整個系統(tǒng)也包含射孔時開動的隔離裝置，通過設置隔離裝置，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，支撐劑也是一個重要的考慮因素。球形支撐劑顆粒是最合適的選擇，因為它滿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，陶土的強度比砂粒高，且不容易在高的壓裂閉合應力下發(fā)生破碎，也是比較好的選擇。除了選擇良好的支撐劑，還應注意支撐劑在實際生產(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.重復壓裂技術
    重復壓裂技術用于在不同方向上誘導產(chǎn)生新的裂縫，從而增加裂縫網(wǎng)絡，提高生產(chǎn)能力。如果初始壓裂已經(jīng)無效，或現(xiàn)有的支撐劑因時間關系已經(jīng)損壞或質(zhì)量下降，那么對該井進行重復壓裂將重建儲層到井眼的線性流。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期。
    4.同步壓裂技術
    除了上述3種技術外，還有最新的同步壓裂技術，即同時對兩口或兩口以上的井進行壓裂。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移，這樣就增加了裂縫網(wǎng)絡的密度及表面積，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口井間同時壓裂。

（  來源：中國慶華集團 王瑗 整理）