呂 園，劉 濤

（1.西安石油大學CNPC 高能氣體壓裂研究室，陜西西安 710065；2.西安石油大學石油工程學院，陜西西安 710065）

1 研究基礎

高能氣體壓裂技術目前已形成了以固體火藥、液體火藥、復合射孔等三大系列技術，主要技術成果有無（有）殼彈技術、多脈沖壓裂技術、深穿透復合射孔技術、燃氣式超正壓射孔技術、直井液體藥壓裂技術等。近幾年來針對低滲、特低滲復雜油層開展了水平井液體火（炸）藥壓裂技術、層內(nèi)深度爆炸裂縫網(wǎng)絡改造技術等試驗研究，以及非常規(guī)天然氣高能氣體壓裂開發(fā)試驗研究，取得初步進展，并分別在油田水平井及煤層氣開發(fā)井進行現(xiàn)場試驗應用，取得初步效果。尤其在非常規(guī)天然氣-煤層氣開發(fā)方面開展了先導性試驗研究，在云南恩洪、阜新等地進行了煤層氣高能氣體壓裂現(xiàn)場試驗應用，取得了工藝試驗成功與初步效果。針對頁巖氣開發(fā)氣藏儲層致密、埋藏較深等特點，以及水平井鉆井技術在頁巖氣開發(fā)中的廣泛應用，結(jié)合高能氣體壓裂多項技術現(xiàn)場應用情況及其新技術新工藝研究與進展綜合分析研究，高能氣體壓裂技術在頁巖氣開發(fā)方面具備優(yōu)勢和使用條件與研究基礎。

2 頁巖氣高能氣體壓裂增產(chǎn)集成技術研究

結(jié)合美國頁巖氣開發(fā)成功的經(jīng)驗，中國近幾年頁巖氣開發(fā)也開展了以水力壓裂為主的現(xiàn)場試驗，但目前還未取得突破。高能氣體壓裂技術在美國頁巖氣開發(fā)初期取得的成功經(jīng)驗為中國頁巖氣提供新的思路。針對頁巖氣儲層改造特點，綜合優(yōu)選目前高能氣體壓裂技術應用成果及方法，研究適合中國頁巖氣儲層特點開發(fā)的高能氣體壓裂集成增產(chǎn)技術，以達到提高頁巖氣單井產(chǎn)量的目的。

2.1 液體火藥儲層壓裂集成技術

液體火藥燃燒機理[1]是以燃燒劑、氧化劑、溶劑等組成的混合液態(tài)高能藥劑在溶劑水不沸騰的條件下，點火藥產(chǎn)生的熱量使液體火藥達到氧化劑和燃燒劑分解點溫度，燃燒劑和氧化劑開始分解，發(fā)生放熱反應并產(chǎn)生大量熱量。其作用機理就是利用液態(tài)高能敏感性材料在地層燃燒后產(chǎn)生大量的高溫、高壓氣體作用于地層，使地層形成較長的多裂縫體系，并伴隨豐富熱量對地層進行綜合處理，以提高和溝通地層滲透導流能力，達到增產(chǎn)、增注的效果。已在大慶、遼河等油田推廣應用，取得較好的效果。

主要特點：綜合成本低，一次性裝藥大；總能量高，燃燒時間長，壓裂效果顯著；施工安全可靠；壓力上升緩慢，峰值壓力50 MPa～80 MPa，整個壓裂過程作用時間長，可達40 s～50 s，能形成更長的多裂縫體系，主裂縫約達50 mm，綜合改善地層效果好。

由于液體火藥流動性好，可一次處理厚層、較長生產(chǎn)井段，適用于裸眼井、套管射孔井、篩管完井，適用范圍廣。針對頁巖氣儲層特點及完井方式，采用液體火藥儲層壓裂技術與水力壓裂工藝相結(jié)合的設計方法，在實施水力壓裂前先進行液體火藥儲層壓裂，再實施水壓裂，促使頁巖氣層產(chǎn)生長的主裂縫及較長的多裂縫體系，能明顯擴大泄氣面積，所以，研究液體火藥儲層壓裂與水力壓裂集成技術有望在頁巖氣開發(fā)儲層改造中發(fā)揮作用。

2.2 低滲油層層內(nèi)深度爆炸集成技術

低滲油層層內(nèi)深度爆炸技術[2]是首先研發(fā)適合微小臨界尺寸2 mm～5 mm 內(nèi)穩(wěn)定爆炸的液態(tài)炸藥，作用原理是將液態(tài)炸藥擠入地層裂縫（如水力壓裂主裂縫）或水平井中實施爆炸，利用爆炸產(chǎn)生的應力波和爆生氣體快速膨脹載荷作用使地層產(chǎn)生裂紋，沿地層主裂縫兩壁或水平井井壁周圍產(chǎn)生和形成新的微裂縫網(wǎng)絡，并溝通更多的天然裂縫；同時，爆轟沖擊波及應力波脈沖彈性振動作用改變了地層裂縫周圍的巖石基質(zhì)空隙，增加裂縫周圍一定范圍內(nèi)的基質(zhì)滲流能力，改善了地層的滲透性，擴大了有效滲流導流范圍。該項技術已在側(cè)鉆水平井上進行了現(xiàn)場工藝試驗應用并取得成功。

針對頁巖氣儲層致密、地層壓力較高的井，實施水力壓裂后殘余裂縫保持較好，可以考慮使用低滲油層層內(nèi)深度爆炸技術，以液體炸藥充滿水力壓裂主裂縫，實現(xiàn)在水力壓裂主裂縫中爆炸產(chǎn)生新的裂縫網(wǎng)絡，溝通更大范圍內(nèi)的天然裂縫；也可考慮在水平井中直接使用，在沿水平井井壁周圍產(chǎn)生網(wǎng)絡狀微裂縫族，以體積改造形式擴大溝通泄氣范圍。所以，研究低滲油層層內(nèi)深度爆炸技術與水力壓裂集成技術及其在頁巖氣水平井的應用技術理論與方法，對改造頁巖氣儲層具有重要的潛力。

2.3 復合射孔及多脈沖壓裂集成技術

多級強脈沖加載壓裂技術作用原理[3]是多脈沖壓裂通過中低燃速火藥組合和特種延時控制技術，組成多級強脈沖加載壓裂高能氣體發(fā)生器，實現(xiàn)使其各級燃燒產(chǎn)生的大量高溫高壓氣體間歇釋放，形成多級高壓脈沖壓力。其功能是對地層實施多次連續(xù)的強脈沖加載壓裂作用促使頁巖氣層產(chǎn)生較長的多裂縫體系，并溝通更多的天然裂縫， 松弛儲層地應力以形成網(wǎng)絡裂縫改善頁巖氣層泄氣通道；同時伴隨較強的多脈沖震蕩作用，促使頁巖氣層基質(zhì)空隙間的連通性和滲透性；從而提高頁巖氣層滲流能力，達到提高頁巖層氣井產(chǎn)量的目的。作用特點是提高了總能量和能量利用率，有利于產(chǎn)生更長的多裂縫體系，可實現(xiàn)與射孔復合技術。

結(jié)合頁巖氣儲層特點，可優(yōu)先考慮復合射孔及多脈沖壓裂技術的完井方式，首先建立在地層產(chǎn)生孔眼較深、孔眼壁無壓實現(xiàn)象的良好地層溝通通道，并形成多裂縫，降低地層破裂壓力，為水力壓裂、同步壓裂等提供了更好的地層環(huán)境與條件。

3 可行性分析研究

綜上所述，中國頁巖氣儲層與美國差異較大，如四川盆地頁巖氣層埋藏深度達到2 000 m～3 000 m，進一步增加了開采難度。針對中國頁巖氣儲層特點及目前技術開發(fā)現(xiàn)狀，僅依賴常規(guī)技術或單一技術難以取得效果，必須打破傳統(tǒng)思維方式。頁巖氣開發(fā)應作為系統(tǒng)工程，發(fā)揮技術集成的作用，除在資源評價、理論模擬等方面技術集成外，還要在儲層增產(chǎn)改造新技術開發(fā)等方面開展技術集成研究與探索。美國早期也采用爆炸壓裂、高能氣體壓裂技術開發(fā)頁巖氣取得明顯效果。高能氣體壓裂技術已在油田現(xiàn)場應用，從壓裂效果統(tǒng)計分析深井效果更為明顯，因此，開展頁巖氣高能氣體壓裂開發(fā)技術集成研究具備良好的理論與實踐基礎，提出高能氣體壓裂與水力壓裂、同步壓裂等集成技術研究思想及方法是完全可行的。

［1］ 儲小三.煤層氣水平井液體火藥壓裂開發(fā)技術研究［D］.西安：西安石油大學，2013.

［2］ 吳晉軍.低滲油層層內(nèi)深度爆炸技術作用機理及工藝試驗研究［J］.西安石油大學學報，2011，26（1）：48-50.

［3］ 吳晉軍，喻鵬，周培堯，等.沁水地區(qū)煤層氣儲層多脈沖壓裂技術試驗及應用研究［J］.鉆采工藝，2015，（3）：53-54.