·1408 工程科学学报，第43卷，第10期 “工厂化”部署及地质工程一体化设计与实践阿 程一体化研究、一体化设计、一体化实施的推行 水平井钻井平台周期较此前可节约15~20d,机械 方案.目前，长宁-威远国家级页岩气示范区已经 钻速增幅达到127%，每米钻井费用成本降低 依此进行产能建设，建成了25×10m3的年产气能 50%以上，提速效果明显0天然气在出井之后直 力网未来，探索最优水平段长、最佳压裂关键参 接进行除砂、分离、计量后再输运至气站.在地面 数可进一步提高页岩气开发经济效益 工程方面，建立了压裂返排液地面处理技术，形成 目前，对于我国浅-中埋深的页岩储层，其钻 了压裂液反排再利用，通过地面大排量实时混配， 采和压裂技术日渐成熟，可实现效益开发，处于持 使采出液的重复利用率达到90%，降低成本的同 续上产阶段.但对于埋深超过3500m的深层-超 时解决了井场空间受限及清水资源缺乏的问题 深层页岩气田.当前仍处于试验先导阶段，应在从 这些作业模式大幅度加快了页岩气井的投产进 式井、一趟钻、磁导向钻井和电加热开采等关键 度.但仅就目前而言，我国页岩开发区的管网仍相 工程技术方面进行创新，探索关键参数对开发效 对不发达，基础设施投入成本比北美地区要高出 果的影响，并合理建立地下立体井网，追求“少井 很多，打井成本也较高，需要进一步发展适应于我 高产”和高采收率 国页岩气开采的技术 5结论 4.3.3页岩气压裂工艺设计及地质-工程一体化 技术 综上，页岩气储层的物性条件决定了其开发 页岩气藏属于“人工气藏”，压裂是其开发的 机理的复杂性，对页岩气开发理论研究的深化有 核心⑧川水平井同步压裂、拉链式压裂和重复压裂 助于进一步完善页岩气的开采工作，应整合现有 技术是目前水平井压裂提高页岩气产能的关键] 理论成果并进一步深入探索，以强化页岩气藏开 同步压裂是指大致平行的两口或两口以上的井同 发理论的研究.具体包括以下几个方面： 时进行水力压裂改造，增大井间改造体积和复杂 (1)在多尺度流动机理方面，已经从实验和理 程度的技术)，与常规压裂方式相比，同步压裂井 论等方面普遍认识到了页岩气开发过程中的解 破裂压力突破更早，生产率和套管压力更高、更稳 吸、扩散和滑脱等机理页岩基质渗流具有扩散、 定则.运用该技术，中石化涪陵焦石坝页岩气田实 滑移、解吸、渗流多种流动的非线性渗流特征：页 现了2.36倍产量的提升2.通过结合拉链式压裂 岩微裂缝表现出达西渗流特征：在人工裂缝内的 技术，可实现任意段数的压裂，段与段之间的时间 流动属于高速非达西流动 周期为2~3h,尤其适用于工厂化一体化作业 (2)在页岩气多尺度流动渗流理论方面，通过 目前，长宁H3平台H3-1井、H3-2井实施拉链式 考虑不同尺度下的多流态流动，已建立反映全过 压裂，完成24段加砂压裂，平均每天压裂达 程的页岩气储层多尺度流动统一模型，涵盖了从 3.16段阿.重复压裂技术是指在开采一定时间之 纳米孔到裂缝尺度下的流动特性，实现了对页岩 后，裂缝受地层应力影响，发生闭合情况，此时通 气多尺度-多流态的流动特性的精确计算 过重复压裂形成新的裂缝扩展，使裂缝重新打开 (3)在页岩气开发气藏工程方法方面，已通过 或转向，增大人工改造体积，恢复甚至增大产能 多级压裂水平井渗流三区物理模型，得到页岩气 北美地区的重复压裂实践表明，该技术可使单井 直井水平井的稳态/非稳态压裂开发产能数学模 EUR(估算最终产量)提高30%~50%87目前，重 型解析解，构建了多级压裂水平井产能预测方法， 复压裂技术在我国尚处于先导试验阶段，但今后 形成了页岩气多区耦合非线性渗流理论，揭示了 会有重要发展前景 人工改造缝网区域与未改造可动用区域的流场和 我国南方海相页岩气的压裂作业具有大排量 产量变化规律 (压裂施工排量一般超过10m3min)、大液量（单 (4)在我国页岩气开发适应性技术方面，已提 段压裂用液量一般为2000~6000m)的特征.为 出了我国储层分级评价及优选目标评价方法，并 确定最优的压裂规模、间距等参数，提高储层动用 针对我国页岩气特点构建了页岩气产量递减模 及改造效果，逐步形成了以“桥塞分段，分簇限流 型.对于我国页岩气产量递减快的问题，提出了页 射孔，高、低黏滑溜水体系，组合粒径支撑剂，连续 岩气限压控制产量快速递减开发方法.针对我国 与分段加砂结合，大排量，大液量和大砂量”为指 页岩气田复杂的地面条件以及大规模压裂工艺的 导的页岩气水平井主体压裂技术，确立了地质工 需求，形成了页岩气压裂开发工艺适应性技术.在“工厂化”部署及地质工程一体化设计与实践[79] . 水平井钻井平台周期较此前可节约 15～20 d，机械 钻速增幅达 到 127%，每米钻井费用成本降 低 50% 以上，提速效果明显[80] . 天然气在出井之后直 接进行除砂、分离、计量后再输运至气站. 在地面 工程方面，建立了压裂返排液地面处理技术，形成 了压裂液反排再利用，通过地面大排量实时混配， 使采出液的重复利用率达到 90%，降低成本的同 时解决了井场空间受限及清水资源缺乏的问题. 这些作业模式大幅度加快了页岩气井的投产进 度. 但仅就目前而言，我国页岩开发区的管网仍相 对不发达，基础设施投入成本比北美地区要高出 很多，打井成本也较高，需要进一步发展适应于我 国页岩气开采的技术. 4.3.3    页岩气压裂工艺设计及地质−工程一体化 技术 页岩气藏属于“人工气藏”，压裂是其开发的 核心[81] . 水平井同步压裂、拉链式压裂和重复压裂 技术是目前水平井压裂提高页岩气产能的关键[82] . 同步压裂是指大致平行的两口或两口以上的井同 时进行水力压裂改造，增大井间改造体积和复杂 程度的技术[83] ，与常规压裂方式相比，同步压裂井 破裂压力突破更早，生产率和套管压力更高、更稳 定[84] . 运用该技术，中石化涪陵焦石坝页岩气田实 现了 2.36 倍产量的提升[82] . 通过结合拉链式压裂 技术，可实现任意段数的压裂，段与段之间的时间 周期为 2～3 h，尤其适用于工厂化一体化作业[85] . 目前，长宁 H3 平台 H3−1 井、H3−2 井实施拉链式 压 裂 ， 完 成 24 段 加 砂 压 裂 ， 平 均 每 天 压 裂 达 3.16 段[86] . 重复压裂技术是指在开采一定时间之 后，裂缝受地层应力影响，发生闭合情况，此时通 过重复压裂形成新的裂缝扩展，使裂缝重新打开 或转向，增大人工改造体积，恢复甚至增大产能. 北美地区的重复压裂实践表明，该技术可使单井 EUR（估算最终产量）提高 30%～50% [87] . 目前，重 复压裂技术在我国尚处于先导试验阶段，但今后 会有重要发展前景. 我国南方海相页岩气的压裂作业具有大排量 （压裂施工排量一般超过 10 m3 ·min−1）、大液量（单 段压裂用液量一般为 2000～6000 m 3 ）的特征. 为 确定最优的压裂规模、间距等参数，提高储层动用 及改造效果，逐步形成了以“桥塞分段，分簇限流 射孔，高、低黏滑溜水体系，组合粒径支撑剂，连续 与分段加砂结合，大排量，大液量和大砂量”为指 导的页岩气水平井主体压裂技术，确立了地质工 程一体化研究、一体化设计、一体化实施的推行 方案. 目前，长宁−威远国家级页岩气示范区已经 依此进行产能建设，建成了 25×108 m 3 的年产气能 力[88] . 未来，探索最优水平段长、最佳压裂关键参 数可进一步提高页岩气开发经济效益. 目前，对于我国浅−中埋深的页岩储层，其钻 采和压裂技术日渐成熟，可实现效益开发，处于持 续上产阶段. 但对于埋深超过 3500 m 的深层−超 深层页岩气田，当前仍处于试验先导阶段，应在丛 式井、一趟钻、磁导向钻井和电加热开采等关键 工程技术方面进行创新，探索关键参数对开发效 果的影响，并合理建立地下立体井网，追求“少井 高产”和高采收率. 5    结论 综上，页岩气储层的物性条件决定了其开发 机理的复杂性，对页岩气开发理论研究的深化有 助于进一步完善页岩气的开采工作，应整合现有 理论成果并进一步深入探索，以强化页岩气藏开 发理论的研究. 具体包括以下几个方面： （1）在多尺度流动机理方面，已经从实验和理 论等方面普遍认识到了页岩气开发过程中的解 吸、扩散和滑脱等机理页岩基质渗流具有扩散、 滑移、解吸、渗流多种流动的非线性渗流特征；页 岩微裂缝表现出达西渗流特征；在人工裂缝内的 流动属于高速非达西流动. （2）在页岩气多尺度流动渗流理论方面，通过 考虑不同尺度下的多流态流动，已建立反映全过 程的页岩气储层多尺度流动统一模型，涵盖了从 纳米孔到裂缝尺度下的流动特性，实现了对页岩 气多尺度−多流态的流动特性的精确计算. （3）在页岩气开发气藏工程方法方面，已通过 多级压裂水平井渗流三区物理模型，得到页岩气 直井/水平井的稳态/非稳态压裂开发产能数学模 型解析解，构建了多级压裂水平井产能预测方法， 形成了页岩气多区耦合非线性渗流理论，揭示了 人工改造缝网区域与未改造可动用区域的流场和 产量变化规律. （4）在我国页岩气开发适应性技术方面，已提 出了我国储层分级评价及优选目标评价方法，并 针对我国页岩气特点构建了页岩气产量递减模 型. 对于我国页岩气产量递减快的问题，提出了页 岩气限压控制产量快速递减开发方法. 针对我国 页岩气田复杂的地面条件以及大规模压裂工艺的 需求，形成了页岩气压裂开发工艺适应性技术. 在 · 1408 · 工程科学学报，第 43 卷，第 10 期