“頁巖氣革命”的號(hào)角正在我國(guó)響起，頁巖氣勘探、開發(fā)已成為當(dāng)前引人注目的我國(guó)能源多元發(fā)展的一個(gè)嶄新亮點(diǎn)，這對(duì)油氣資源相對(duì)不足的我國(guó)而言，其戰(zhàn)略意義非同尋常。

2010年以來，中國(guó)石化先后在四川及其周緣的涪陵、黃平、彭水、建南、新場(chǎng)等開展了頁巖氣鉆井先導(dǎo)性試驗(yàn)，完成了建頁HF-1、彭頁HF-1、涪頁HF-1等頁巖氣水平井鉆完井和分段壓裂施工。

為突破頁巖氣完井關(guān)鍵技術(shù)難題，以破解石油工程技術(shù)瓶頸、研發(fā)新技術(shù)為己任的中石化石油工程技術(shù)研究院，以“逐步實(shí)現(xiàn)全部產(chǎn)品的國(guó)產(chǎn)化和自有技術(shù)的應(yīng)用”為目標(biāo)，承擔(dān)了針對(duì)頁巖氣完井技術(shù)科技攻關(guān)和先導(dǎo)性科研項(xiàng)目研究，開展了“水平井分段完井機(jī)器人前瞻性研究”和“頁巖氣水平井固完井技術(shù)先導(dǎo)試驗(yàn)”、“頁巖氣鉆完井方案研究”及“易鉆橋塞定型及簇式射孔技術(shù)試驗(yàn)”等。

經(jīng)過2年多的研究攻關(guān)，已初步形成了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的非常規(guī)配套工程技術(shù)，在5個(gè)方面實(shí)現(xiàn)了重大技術(shù)突破，打破了國(guó)外技術(shù)壟斷，不但大幅度降低了作業(yè)成本，而且使施工質(zhì)量和勘探開發(fā)的成功率成倍提高。

據(jù)中石化著名石油工程技術(shù)專家丁士東介紹，工程院依靠自主力量主持完成了包括焦頁1井、元頁1井、彭頁3HF井等5口頁巖氣水平井壓裂設(shè)計(jì)和技術(shù)服務(wù)，其中，焦頁1井日產(chǎn)氣穩(wěn)產(chǎn)達(dá)到100000立方米，彭頁3HF井創(chuàng)國(guó)內(nèi)施工規(guī)模最大記錄（4.67萬方），為我國(guó)頁巖氣勘探開發(fā)開辟了一條光輝道路。

頁巖氣發(fā)展前景。世界頁巖氣資源調(diào)查表明，全球頁巖氣儲(chǔ)量超過常規(guī)天然氣儲(chǔ)量，且其分布極為廣泛。在過去的10年中，美國(guó)已經(jīng)掌握了頁巖氣勘探開發(fā)的核心技術(shù)。2000年，美國(guó)頁巖氣生產(chǎn)量不足100億立方米，到2011年，美國(guó)頁巖氣產(chǎn)量已達(dá)到1800億立方米，占美國(guó)天然氣產(chǎn)量的23%。頁巖氣的成功開發(fā)以及由此所帶來的全球性的頁巖氣革命熱潮正在改變市場(chǎng)對(duì)于未來油氣資源供需格局的預(yù)期，能源戰(zhàn)略上呈現(xiàn)多元化。我國(guó)頁巖氣資源十分豐富，國(guó)土資源部油氣中心2012年最新研究成果表明，我國(guó)頁巖氣可采資源量為25萬億立方米，發(fā)展?jié)摿薮?。根?jù)國(guó)家頁巖氣“十二五”發(fā)展規(guī)劃，2015年中國(guó)頁巖氣產(chǎn)量為65億方，2020年力爭(zhēng)達(dá)到600-800億方。中石化集團(tuán)公司十分重視頁巖氣勘探工作，并把頁巖氣勘探開發(fā)作為公司打造上游產(chǎn)業(yè)的重要組成部分。中國(guó)石化獲得頁巖氣專屬礦權(quán)區(qū)塊3個(gè),總面積1.7萬平方公里，在常規(guī)區(qū)塊中,可開展頁巖氣勘探區(qū)塊43個(gè)，面積19.2萬平方公里。“十二五”期間，中國(guó)石化將重點(diǎn)圍繞在四川及其周緣重點(diǎn)頁巖氣富集條件較好的彭水-黃平區(qū)塊海相頁巖氣區(qū)塊和鄂西渝東的建南-涪陵陸相頁巖氣區(qū)塊加大頁巖氣開展勘探評(píng)價(jià)工作，計(jì)劃在“十二五”末，新建頁巖氣產(chǎn)能20億方。

我國(guó)頁巖氣開發(fā)工程技術(shù)難題分析。頁巖油氣主要以吸附和游離方式賦存于富有機(jī)質(zhì)泥頁巖及其夾層中的生物成因或熱成因天然氣，作為一種非常規(guī)資源，是通過常規(guī)開采手段不能得到經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量的石油天然氣資源，因此，頁巖氣的儲(chǔ)集特性決定了頁巖氣的開發(fā)在很大程度上依賴于鉆完井技術(shù)和壓裂改造技術(shù)。美國(guó)擁有較成熟的頁巖氣水平井鉆完井和分段壓裂技術(shù)，并在頁巖氣開發(fā)中取得巨大成功，自2002年主要采用水平井技術(shù)開發(fā)頁巖氣，目前85%的開發(fā)井為水平井+多段壓裂，頁巖氣產(chǎn)量增長(zhǎng)主要來自水平井開采技術(shù)，水平井的產(chǎn)量是垂直井的3-4倍，水平井壓裂初期平均日產(chǎn)量可達(dá)10萬立方米以上，成本僅是直井的1.5-2倍，美國(guó)頁巖氣資源潛力盆地50多個(gè)，其中40多個(gè)已被不同程度地勘探。

我國(guó)在頁巖氣鉆完井技術(shù)研究方面研究起步較晚，研究基礎(chǔ)薄弱。2010年以來，中國(guó)石化先后在四川及其周緣的涪陵、黃平、彭水、建南、新場(chǎng)等開展了頁巖氣鉆井先導(dǎo)性試驗(yàn)，完成了建頁HF-1、彭頁HF-1、涪頁HF-1等頁巖氣水平井鉆完井和分段壓裂施工，在鉆完井和水平井分段壓裂方面存在如下技術(shù)難題：

（1）鉆井效率低，周期長(zhǎng)、成本高

中國(guó)石化已完鉆的頁巖氣水平井垂深2800米左右、水平段長(zhǎng)1100米左右，鉆井周期93天，鉆完井成本7000～8000萬元；美國(guó)Barnett盆地頁巖氣水平井垂深2500米左右、水平段長(zhǎng)1300米左右，鉆井周期27天，鉆完井成本300～600萬美元。主要是由于我國(guó)頁巖地層差異性大，地層力學(xué)特性等信息鉆前預(yù)測(cè)精度低，設(shè)計(jì)針對(duì)性差，工具及配套工藝技術(shù)不配套。

（2）成井質(zhì)量還不能滿足頁巖氣開發(fā)

四川及周緣地區(qū)地處高陡構(gòu)造，井身軌跡控制困難；如彭頁1井（直井），全角變化率5.1°/30m(910m處)、6.3°/30m(1170m)；頁巖儲(chǔ)層井段易井壁失穩(wěn),如建頁HF-1井1131～1481米井段垮塌嚴(yán)重；長(zhǎng)水平井下套管、居中難度大，油基鉆井液清洗困難，分段射孔、壓裂對(duì)水泥環(huán)完整性要求高，如建頁HF-1井1700米尾管用時(shí)近48小時(shí)，固井后水泥環(huán)膠結(jié)質(zhì)量整體評(píng)定為差。

（3）壓裂針對(duì)性不強(qiáng)，壓裂效果差

頁巖可壓性及裂縫延伸規(guī)律認(rèn)識(shí)不清，可壓性評(píng)價(jià)缺少量化方法，僅憑脆性礦物含量、地應(yīng)力差異及方位、楊氏模量、泊松比等參數(shù)指標(biāo)難以刻畫地層可壓性及裂縫延伸擴(kuò)展規(guī)律；壓裂工藝技術(shù)選擇與頁巖地層不配套，壓裂設(shè)計(jì)符合率低；工藝技術(shù)不配套，由貝克休斯公司負(fù)責(zé)提供:減阻水及泵送橋塞射孔聯(lián)作技術(shù)在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施時(shí)存在如下問題：工具下入過程中遇阻；射孔位置優(yōu)化不好，有壓竄跡象；實(shí)測(cè)摩阻偏高，減阻水減阻效果不好；微地震監(jiān)測(cè)7段壓裂主縫特征不明顯。

（4）流體、工具等關(guān)鍵技術(shù)自主化程度低

由于國(guó)內(nèi)開展頁巖氣水平井鉆完井和分段壓裂技術(shù)研究起步較晚，施工所采用的油基鉆井液、分段壓裂工具、壓裂設(shè)計(jì)及壓裂液體系等核心工具、體系以及設(shè)計(jì)技術(shù)大都由國(guó)外公司提供服務(wù)，造成水平井鉆完井成本居高不下，壓裂效果也不盡如人意。

總之，國(guó)內(nèi)針對(duì)頁巖氣開發(fā)工程技術(shù)研究才剛剛起步，頁巖氣水平井鉆完井和壓裂技術(shù)研究基礎(chǔ)薄弱，配套的頁巖氣水平井設(shè)計(jì)方法和工藝技術(shù)體系尚未建成，工藝技術(shù)不配套，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范體系也尚未形成，關(guān)鍵處理劑和液體體系、分段壓裂工具還依賴進(jìn)口，受制于人，頁巖氣開發(fā)尚未實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)。因此，如何突破頁巖氣水平井鉆完井和分段壓裂關(guān)鍵技術(shù)，建立一套適合于我國(guó)頁巖氣特點(diǎn)的巖氣水平井鉆完井和分段壓裂技術(shù)系列，打破國(guó)外技術(shù)壟斷，突破頁巖氣開發(fā)技術(shù)瓶頸，是實(shí)現(xiàn)頁巖氣快速發(fā)展的前提。

工程院頁巖氣工程技術(shù)的進(jìn)展與突破。為了突破頁巖氣完井關(guān)鍵技術(shù)難題，工程院以″逐步實(shí)現(xiàn)全部產(chǎn)品的國(guó)產(chǎn)化和自有技術(shù)的應(yīng)用″為目標(biāo)，承擔(dān)了多個(gè)針對(duì)頁巖氣完井技術(shù)科技攻關(guān)和先導(dǎo)性科研項(xiàng)目研究：具體為承擔(dān)了中國(guó)石化科技部“套管內(nèi)壓裂橋塞及配套工具研究”、“φ127多級(jí)滑套分段壓裂工具的研制與應(yīng)用”、“固井壓裂滑套及配套工藝研究”和“油基鉆井液水平井固井技術(shù)研究”、“自膨脹封隔器技術(shù)研究”、“水平井分段壓裂壓縮式裸眼封隔器研制”等6個(gè)科技攻關(guān)項(xiàng)目，開展了“水平井分段完井機(jī)器人前瞻性研究”前瞻性項(xiàng)目，在工程管理部和油田事業(yè)部也先后設(shè)立了“頁巖氣水平井固完井技術(shù)先導(dǎo)試驗(yàn)”、“頁巖氣鉆完井方案研究”和“易鉆橋塞定型及簇式射孔技術(shù)試驗(yàn)”等。經(jīng)過近2年的研究攻關(guān)，已初步形成了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的非常規(guī)配套工程技術(shù)，較好地發(fā)揮了技術(shù)支持作用，總部領(lǐng)導(dǎo)對(duì)我院在非常規(guī)技術(shù)研發(fā)和支持工作給予了高度評(píng)價(jià)，取得如下技術(shù)突破：

1.自主研制開發(fā)了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的多級(jí)滑套、裸眼封隔器、自膨脹封隔器、可鉆橋塞等分段完井工具并進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)，其中，多級(jí)滑套+裸眼封隔器分段壓裂系統(tǒng)，低密度憋壓球級(jí)差達(dá)到1/8″，承壓能力大于70MPa，在3-1/2″油管內(nèi)可實(shí)現(xiàn)16級(jí)，在4-1/2″油管內(nèi)可實(shí)現(xiàn)24級(jí)。在鄂爾多斯HH37P51、HH36P101等5口井成功應(yīng)用，順利完成31級(jí)分段壓裂，成功率100%，不僅打破了國(guó)外技術(shù)壟斷，而且有效地抑制國(guó)外技術(shù)服務(wù)價(jià)格。同時(shí)，緊跟國(guó)際技術(shù)前沿，在固井壓裂滑套、智能滑套以及完井機(jī)器人等方面也取得重要進(jìn)展，預(yù)期在2013年下半年進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。

2.針對(duì)頁巖氣水平井分段射孔和大型壓裂對(duì)水泥環(huán)完整性特殊需求，研制開發(fā)了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的SFP彈塑性水泥漿體系，在國(guó)內(nèi)率先建立了水泥石彈塑性評(píng)價(jià)方法，水泥石韌性系數(shù)提高90%以上，彈性模量降低55%，基本解決了常規(guī)水泥石脆性大，分段射孔和大型壓裂后水泥環(huán)易密封失效的關(guān)鍵技術(shù)難題；針對(duì)頁巖氣水平井大都采用油基鉆井液，研制開發(fā)了適用于白油基鉆井液和柴油基鉆井液的SCW-M、SCW-D高效洗油沖洗液,有效解決了油基鉆井液油膜清洗困難的關(guān)鍵技術(shù)難題。自2011年以來，依靠自主技術(shù)，在泌頁HF1井、涪頁HF1井等中國(guó)石化大多數(shù)“1”字號(hào)頁巖氣井水平井固井進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)成功應(yīng)用，固井質(zhì)量?jī)?yōu)秀，綜合技術(shù)水平達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。

3.自主研制開發(fā)了研制了油基鉆井液乳化劑、提切劑等核心助劑，以此為基礎(chǔ)，研制了專門用于頁巖油氣水平井的低粘高切油基鉆井液體系，關(guān)鍵性能指標(biāo)達(dá)到國(guó)外同類產(chǎn)品先進(jìn)水平。在彭頁2HF、3HF井應(yīng)用后，創(chuàng)造了國(guó)內(nèi)頁巖氣水平井水平段(1650米)和水平位移(1932.84米)最長(zhǎng)的新紀(jì)錄，彭頁3HF井鉆井液消耗量比國(guó)外泥漿服務(wù)公司施工的彭頁4HF井減少40%以上。該技術(shù)在中原又完成白-3HF井水平段推廣應(yīng)用，成功再利用庫存老漿近230立方米，利用率超過67%，通過降低油水比，節(jié)約基礎(chǔ)油超過50立方米。

4.針對(duì)頁巖油氣井高效滑溜水壓裂液耗用量大，國(guó)外產(chǎn)品價(jià)格昂貴，直接影響了頁巖氣的勘探開發(fā)效益的難題，工程院開展了高效滑溜水研發(fā)工作：通過機(jī)理研究和上千次試驗(yàn)，優(yōu)選的高效減阻劑降阻率達(dá)到78%以上，性能指標(biāo)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，已經(jīng)在5口井中應(yīng)用，成功地解決了減阻、防塌和提高返排效率等關(guān)鍵技術(shù)難題；同時(shí)，工程院聯(lián)合中國(guó)石化下游研究單位，開展了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的低成本滑溜水壓裂液關(guān)鍵處理劑（減阻劑）研發(fā)工作，目前已經(jīng)完成室內(nèi)小樣研發(fā)工作，正在進(jìn)行中試，有望大幅度減低成本，較國(guó)外同類產(chǎn)品價(jià)格降低1/3以上。

5.針對(duì)我國(guó)頁巖油氣的特殊性，對(duì)比分析了我國(guó)頁巖油氣和美國(guó)五大盆地頁巖油氣的差異性，系統(tǒng)地開展了頁巖油氣網(wǎng)絡(luò)壓裂機(jī)理，建立了頁巖油氣水平井分段壓裂優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)方法：通過頁巖可壓性指數(shù)、脆性、天然裂縫特征研究，初步形成壓前評(píng)價(jià)技術(shù)；改進(jìn)了實(shí)驗(yàn)方法，考慮脆性、應(yīng)力差異系數(shù)等參數(shù)，開展了大型物模實(shí)驗(yàn)，研究了針對(duì)我國(guó)四川及周緣地區(qū)復(fù)雜裂縫形成的機(jī)理；進(jìn)行了頁巖裂縫不同類型及粒徑支撐劑導(dǎo)流能力測(cè)試實(shí)驗(yàn)，研究給出了不同裂縫類型對(duì)應(yīng)的裂縫復(fù)雜性指數(shù)范圍。依靠自主力量主持完成了包括焦頁1井、元頁1井、彭頁3HF井等5口頁巖氣水平井壓裂設(shè)計(jì)和技術(shù)服務(wù)，其中，焦頁1井日產(chǎn)氣穩(wěn)產(chǎn)達(dá)到1000003，彭頁3HF井創(chuàng)國(guó)內(nèi)施工規(guī)模最大記錄（4.67萬方）。

2013年，工程院將一如既往地狠抓非常規(guī)工程技術(shù)創(chuàng)新和技術(shù)支持工作，對(duì)相對(duì)成熟的技術(shù)要加大現(xiàn)場(chǎng)推廣應(yīng)用力度，形成技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范；技術(shù)成熟度不高的技術(shù)，要加大技術(shù)攻關(guān)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，形成成熟技術(shù)；同時(shí)，要積極開展無水壓裂、智能滑套、頁巖氣水基鉆井液等新技術(shù)的開發(fā)和研究，趕超國(guó)際先進(jìn)水平。總體工作目標(biāo)是形成具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的較為成熟的非常規(guī)配套工程技術(shù)體系，實(shí)現(xiàn)技術(shù)系列化、標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化，實(shí)現(xiàn)頁巖氣水平井安全、快速、低成本成井和有效壓裂，推動(dòng)我國(guó)頁巖氣快速發(fā)展。