关键技术 页岩气成功开发的强力支撑
□ 中国石油集团经济技术研究院 徐博
美国页岩气的成功开发，带动了全球的页岩气革命。但美国的成功，除了政策因素之外，水平井和压裂技术的成熟应用关系巨大。当前，我国正在掀起开发页岩气的热潮，一个问题随之凸现，我国开发页岩气的技术条件如何？当前的技术能否托起页岩气腾飞的翅膀？中国石油集团经济技术研究院徐博研究员对此进行了客观的分析……
美国页岩气成功开发的关键技术
从美国经验看，开发页岩气与常规油气开采所采用的装备与技术原理相近，而需要关注的仅仅是页岩气藏的特性。与常规天然气藏相比，页岩气产自有机质丰富的页源岩中，是典型的自生自储型天然气藏。因此，页岩气藏储层具有低孔隙度（有效孔隙度一般只有1％～5％）、低渗透率（一般小于0.001×10?滋m2）的特点。
基于页岩气的特点，美国创新了水平井钻井技术和压裂技术，这两项技术在很大程度上决定了现今美国页岩气勘探开发的效果。
1．水平井技术
准确地说，水平井钻井技术并不是一项新技术，但是对于提高页岩气产量意义重大。据美国经验，水平井的成本一般是垂直井的1～1.5倍 ，但水平井的日均产气量及最终产气量是垂直井的3～5倍，并且产气速率也提高很多。美国在页岩气水平井钻完井中主要采用的相关技术还有随钻测井技术和随钻测量技术、旋转导向技术、欠平衡或控压钻井技术、泡沫水泥固井技术、有机和无机盐复合防膨技术。
2．页岩气完井技术
美国使用的页岩气井的完井方式主要包括组合式桥塞完井、水力喷射射孔完井、机械式组合完井。组合式桥塞完井是在套管中用组合式桥塞分隔各段，分别进行射孔或压裂，这是页岩气水平井最常用的完井方法。
水力喷射射孔完井有套管固井后射孔完井、尾管固井后射孔、裸眼射孔。美国大多数页岩气的水平井进行套管射孔完井，该技术时间短，工艺相对成熟简单。尾管固井后射孔完井和裸眼射孔完井在页岩气完井中不常用。
机械式组合完井是采用特殊的滑套机构和膨胀封隔器，一趟管柱即可完成固井和分段压裂施工的完井方式。
3．页岩气压裂技术
页岩气开发的核心技术之一是压裂技术。页岩气目前的压裂技术主要有水平井多级压裂技术、重复压裂技术、清水压裂技术、水力喷射压裂技术、同步压裂技术。
多级压裂技术是利用封堵球或限流技术分隔储层不同层位进行分段压裂的技术。在美国页岩气生产井中，有85％的井是采用水平井和多级压裂技术结合的方式开采，增产效果显著。
重复压裂技术是指当页岩气井初始压裂处理已经无效或现有的支撑剂因时间关系损坏或质量下降时，对气井重新压裂的增产工艺。
水力喷射压裂是用高速和高压携带砂体的流体进行射孔，射孔后提高流体排量，从而在地层中形成裂缝的水力压裂技术。
国内关键技术水平与装备
目前我国页岩气开发属于起步阶段，一个重要的原因是我国尚未形成成熟的页岩气勘探开发技术体系，只是在单项技术及装备方面具有一定的基础。
1．水平井技术 我国目前的水平井技术基本能适应本国油气田开发的需求，但主要是以跟踪、引进、消化和吸收国外的先进技术为主，没有独到的先进技术，在硬件和软件上还受制于人。
当然，通过多年的引进再创新，我国在部分水平井技术方面也有所突破。如中国石油集团钻井工程技术研究院开发了转盘驱动的套管钻井技术，并在吉林油田开展了规模化应用。连续油管钻水平井方面也取得了重大进展，只是由于相关设备和配套技术发展比较慢而没有大量应用。
2．水平井完井技术 经过几十年的发展，我国各种岩性的油气藏都有水平井钻成，且采取的完井方法多种多样，包括采水采气联合控制水气脊进、射孔井分段控水完井、裸眼井分段控水完井、水平井井下智能找堵水及分层开采完井、水平井均衡排液完井等。
分段压裂是水平井的关键配套技术之一，运用分段压裂可在较短时间内一次性完成对多个储层的压裂，并最大限度地减少对储层的伤害，达到多层合并提高单井产量、最大限度提高地质储量可动用程度的目的。目前，各油田采用的水平井分段压裂技术主要有连续油管分层压裂技术、水力滑套喷砂分压裂技术、投球打滑套分段压裂工艺技术和水平裸眼分段压裂（包括酸压）技术等。
总体来看，水平井完井技术要开发页岩气还需要进一步提高技术和装备水平，主要是水平井如何均衡排液并提高开发效益、低渗透砂岩油气藏水平井如何进行多段压裂改造。
3．压裂技术装备 20世纪80年代，中国石化第四石油机械厂开始引进美国OPI1800型压裂泵、FMC公司高压活动弯头、SPM公司高压管汇、西方公司压裂机组等设计制造技术，并从1990年开始进口压裂机组的散件组装。目前，我国压裂设备与国际水平基本同步。
但从总体来看，我国压裂装备主要是参照国外成熟产品，以测绘和仿照为主，在产品整体创新上并没有根本突破,真正属于国内自主知识产权的并不多，要针对开发页岩气设计制造特殊的压裂设备还需要走很长的路。
同时，我国在压裂工艺方面更需要创新。在常规油气开发中，我国也有多级压裂成功的案例，该项技术用于页岩气开发具有可行性。重复压裂工艺在国内已有较多的研究和实践，可用于页岩气开发中后期储层改造。清水压裂在国内有较多的理论研究和实践作业，也可完全适用于页岩气开发。
改革开放以来，我国油气装备制造业取得了快速发展，油气钻采装备不但满足了本国油气勘探开发的需要，而且还大量出口到美国、欧洲及中亚国家。如中国石油宝鸡石油机械有限责任公司截至2010年底已为国内提供4000米以上陆地钻机900多台（套），出口钻机超过100台；中国石化第四石油机械厂承担了国际上功率最大的压裂机组重大科技项目；四川宏华石油设备有限公司的钻机已成功用于北美页岩气开发；烟台杰瑞石油服务集团股份有限公司的压裂车组已批量用于北美页岩气开采。
中国页岩气开发技术服务企业
美国页岩气开发得益于有一批高度市场化的油气技术服务公司，如独立的地震公司、钻井公司、软件公司等。他们促进了页岩气开发产业链的专业分工协作，促使资本高效流动。独立公司在完成本环节相应服务后即可退出，下一环节的工作由另一专业服务公司接替。通过分工协作，提高了效率，缩短生产周期，分散开发风险，并且专业公司也能在短时间内积累大量开发经验，有利于技术再创新。
1．目前我国油气技术服务企业主要集中在三大油气公司 改革开放以来，我国也形成了众多独立的油气技术服务公司，但大都规模小、技术单一，主要技术服务企业仍然集中在中石油、中石化和中海油三家国有大型油气公司之中，如中国石油东方地球物理公司、中国石油长城钻探工程分公司、中海油田服务股份有限公司。
2．页岩气的开发将推动形成一批独立油气技术服务公司 页岩气已经确立为独立矿种，国内多种资本正在介入页岩气勘探开发。这些资本目前可能主要与国有石油公司合作，从而逐渐掌握油气勘探开发技术，培养相关人才队伍，通过自身灵活机制和一定的资金实力必将在页岩气开发方面形成独特的技术服务能力。
国际石油公司与技术服务公司对参与我国页岩气开发非常积极。BP、壳牌、雪佛龙、康菲、美国新田、贝克休斯、哈里伯顿等国外较大型石油公司和技术服务公司已经进入我国页岩气开发领域。如果国内页岩气开发市场启动且具有足够的吸引力，那么美国中小型页岩气开发与技术企业也一定会积极参与我国页岩气开发。国外公司可能会利用民营资本机制灵活，易于控制的特点向其转让油气行业服务技术，至少在页岩气开发领域，我国一批具有较强实力的技术服务公司将诞生，从而为我国页岩气开发带来先进适用技术。