打造页岩气开采的“杀手锏”

——记技术发明特等奖成果页岩气水平井缝网压裂技术及应用

　　编者按 为推动我国石油和化工行业高质量发展，充分发挥科技创新对行业经济发展的支撑和引领作用，12月10日，中国石油和化学工业联合会在北京组织召开了全国石油和化工科技创新大会，对荣获2019年度行业科技奖的245项成果进行表彰。本版选取其中的部分成果进行展示，以飨读者。

　　2018年，我国原油对外依存度已高达69.8%、天然气对外依存度达到45.3%。在国家油气安全形势极其严峻的当前，页岩气，从中国能源科技工作者都颇感陌生的词汇发展到商业化开采、从“一片空白”到“一抹亮色”的非凡发展历程，成为激动人心的“中国故事”。在页岩气开采中立下汗马功劳的“杀手锏”——页岩气水平井缝网压裂技术及应用成果，也因此荣获2019年度石化联合会技术发明特等奖。

　　“该项目创建了我国3500米以浅页岩气水平井缝网压裂理论方法和技术体系，实现了我国页岩气压裂技术从无到有、从跟跑到并跑的重大跨越，丰富了我国压裂理论技术体系，为我国页岩气年产量从2012年0.25亿立方米增长到2018年的108.8亿立方米并成为仅次于美国的全球第二大页岩气产量国作出重大贡献，使我国成为少数几个掌握页岩气开发核心技术的国家。”该项目主要完成人、西南石油大学赵金洲教授的一番话，铿锵有力。

　　资源量大产量小

　　据介绍，全球页岩气技术可采资源量约214万亿立方米，其中我国约31.6万亿立方米，美国约32.9万亿立方米。目前，全球开展页岩气商业化开发的国家有美国、中国、阿根廷和加拿大。

　　美国在页岩气勘探开发上起步很早，他们率先开展了页岩气开发理论创新与技术实践，页岩气产量迅猛增长，2016年就已突破5000亿立方米，天然气出口量首次超过进口量。“可以说，美国页岩气的开发改变了世界能源格局。”赵金洲介绍说。

　　虽然从2016年开始，我国已成为第二大页岩气生产国。但与美国相比，我国页岩气开发起步较晚，2012年产量仅为0.25亿立方米，占当年天然气总产量的0.02%，2018年产量达108.8亿立方米，占比提升至6.79%。“中美两国页岩气资源量相差不大，但产量却相去甚远。”赵金洲坦言。

　　空白起步攻压裂

　　页岩气压裂技术分为直井压裂与水平井压裂两种，其中水平井分段分簇压裂技术在美国页岩气开发中取得巨大成功，促进美国页岩气产量迅猛增长。

　　“然而十年前我国页岩气压裂技术尚属空白。”在赵金洲看来，虽然美国页岩气革命的成功经验为我国页岩气开发提供了有益借鉴，但中美页岩气压裂存在巨大差异，美国的压裂技术并不适用于我国。比如，美国的页岩气埋藏浅，多处于平原地区，开采成本低，而我国的页岩气资源埋藏深，多处于山区丘陵，开采成本高;美国水资源丰富，工业区人口少，可以承受高水耗，而我国水资源匮乏;美国只要采用长水平井+分段压裂形成分段缝网，就可实现多井高产，而我国则要采用长水平井+分段压裂形成全井段缝网，才能实现少井高产。

　　针对中美页岩气压裂条件的差异，2008年项目组提出了水平井全井段缝网压裂设想，并联合全国优势力量系统开展研究，创建了我国3500米以浅页岩气水平井缝网压裂理论方法和技术体系，研发成功具有自主知识产权的页岩气水平井缝网压裂技术，使我国成为少数几个掌握页岩气开发核心技术的国家。

　　创新打造“杀手锏”

　　“我们在页岩气勘探开发技术上取得了五大创新。”赵金洲介绍说。

　　一是建立缝网压裂基础理论，发明了页岩气水平井缝网压裂优化设计方法。包括缝网压裂体积计算方法，基本可以替代微地震监测技术，达到世界领跑水平;缝网压裂优化设计方法，处于世界并跑和领跑水平。二是建立可压性评价理论模型，发明了页岩气储层缝网综合可压性评价方法。三是发明了复合滑溜水和低碳烃无水压裂液，开发的7种滑溜水成为我国页岩气压裂主力液体体系，并应用于全国78%的页岩气井;开发的无水压裂液体系为我国页岩气大规模压裂开发储备了无水液体技术，步入世界并跑行列。四是建立复杂裂缝支撑剂输运计算模型，发明了缝网支撑剂铺置与导流能力评价方法。五是发明缝网压裂工艺，构建了具有我国特色的页岩气水平井缝网压裂技术方法系列。

　　目前，该项目成果已获国家发明专利60件和软件著作权16件，技术应用累计协助探明页岩气储量8681亿立方米，累计新建产能161亿立方米，累计生产页岩气277亿立方米。

　　成功路上再出发

　　“虽然取得了丰硕成果，但我们针对页岩气开采技术的研发并不能就此止步。”赵金洲指出，未来页岩气压裂技术研发还将在三方面发力。

　　一是突破页岩气井长期稳产技术。页岩气主要由缝隙中的游离气和缝隙壁面以及基质中的吸附气组成，生产过程中，短、中期主要开采游离气，中长期以开采吸附气为主。仅靠在开采油气过程中的自然降压将吸附气解吸为游离气，无法保证长期稳产。尽管我国页岩气资源量和美国相当，若不能开采吸附气，则有效商业资源量将远低于美国，因此未来必须开展页岩气生产动态规律、解析机理和解析技术研究，开采吸附气。

　　二是突破深层页岩气压裂技术。我国页岩气普遍埋藏深度大于美国，深层页岩气资源量远大于浅层资源量，因此对压裂设备、压裂工具和压裂液性能等要求更高，必须加快深层页岩气压裂技术研究。

　　三是加快页岩气压裂关键工具突破。我国页岩气压裂技术与美国相比，在诸多方面存在差距，尤其是压裂工具差距更大，比如套管因井滑套分段分段压裂工具仍为空白。

　　“我国页岩气革命尚未成功，我们还需努力。但要坚信，页岩气产量取得巨大突破是有可能的 ，我国的页岩气勘探开发潜力巨大，前景广阔。”赵金洲对他所从事的页岩气事业信心满满。