吕 园，刘 涛

（1.西安石油大学CNPC 高能气体压裂研究室，陕西西安 710065；2.西安石油大学石油工程学院，陕西西安 710065）

1 研究基础

高能气体压裂技术目前已形成了以固体火药、液体火药、复合射孔等三大系列技术，主要技术成果有无（有）壳弹技术、多脉冲压裂技术、深穿透复合射孔技术、燃气式超正压射孔技术、直井液体药压裂技术等。近几年来针对低渗、特低渗复杂油层开展了水平井液体火（炸）药压裂技术、层内深度爆炸裂缝网络改造技术等试验研究，以及非常规天然气高能气体压裂开发试验研究，取得初步进展，并分别在油田水平井及煤层气开发井进行现场试验应用，取得初步效果。尤其在非常规天然气-煤层气开发方面开展了先导性试验研究，在云南恩洪、阜新等地进行了煤层气高能气体压裂现场试验应用，取得了工艺试验成功与初步效果。针对页岩气开发气藏储层致密、埋藏较深等特点，以及水平井钻井技术在页岩气开发中的广泛应用，结合高能气体压裂多项技术现场应用情况及其新技术新工艺研究与进展综合分析研究，高能气体压裂技术在页岩气开发方面具备优势和使用条件与研究基础。

2 页岩气高能气体压裂增产集成技术研究

结合美国页岩气开发成功的经验，中国近几年页岩气开发也开展了以水力压裂为主的现场试验，但目前还未取得突破。高能气体压裂技术在美国页岩气开发初期取得的成功经验为中国页岩气提供新的思路。针对页岩气储层改造特点，综合优选目前高能气体压裂技术应用成果及方法，研究适合中国页岩气储层特点开发的高能气体压裂集成增产技术，以达到提高页岩气单井产量的目的。

2.1 液体火药储层压裂集成技术

液体火药燃烧机理[1]是以燃烧剂、氧化剂、溶剂等组成的混合液态高能药剂在溶剂水不沸腾的条件下，点火药产生的热量使液体火药达到氧化剂和燃烧剂分解点温度，燃烧剂和氧化剂开始分解，发生放热反应并产生大量热量。其作用机理就是利用液态高能敏感性材料在地层燃烧后产生大量的高温、高压气体作用于地层，使地层形成较长的多裂缝体系，并伴随丰富热量对地层进行综合处理，以提高和沟通地层渗透导流能力，达到增产、增注的效果。已在大庆、辽河等油田推广应用，取得较好的效果。

主要特点：综合成本低，一次性装药大；总能量高，燃烧时间长，压裂效果显著；施工安全可靠；压力上升缓慢，峰值压力50 MPa～80 MPa，整个压裂过程作用时间长，可达40 s～50 s，能形成更长的多裂缝体系，主裂缝约达50 mm，综合改善地层效果好。

由于液体火药流动性好，可一次处理厚层、较长生产井段，适用于裸眼井、套管射孔井、筛管完井，适用范围广。针对页岩气储层特点及完井方式，采用液体火药储层压裂技术与水力压裂工艺相结合的设计方法，在实施水力压裂前先进行液体火药储层压裂，再实施水压裂，促使页岩气层产生长的主裂缝及较长的多裂缝体系，能明显扩大泄气面积，所以，研究液体火药储层压裂与水力压裂集成技术有望在页岩气开发储层改造中发挥作用。

2.2 低渗油层层内深度爆炸集成技术

低渗油层层内深度爆炸技术[2]是首先研发适合微小临界尺寸2 mm～5 mm 内稳定爆炸的液态炸药，作用原理是将液态炸药挤入地层裂缝（如水力压裂主裂缝）或水平井中实施爆炸，利用爆炸产生的应力波和爆生气体快速膨胀载荷作用使地层产生裂纹，沿地层主裂缝两壁或水平井井壁周围产生和形成新的微裂缝网络，并沟通更多的天然裂缝；同时，爆轰冲击波及应力波脉冲弹性振动作用改变了地层裂缝周围的岩石基质空隙，增加裂缝周围一定范围内的基质渗流能力，改善了地层的渗透性，扩大了有效渗流导流范围。该项技术已在侧钻水平井上进行了现场工艺试验应用并取得成功。

针对页岩气储层致密、地层压力较高的井，实施水力压裂后残余裂缝保持较好，可以考虑使用低渗油层层内深度爆炸技术，以液体炸药充满水力压裂主裂缝，实现在水力压裂主裂缝中爆炸产生新的裂缝网络，沟通更大范围内的天然裂缝；也可考虑在水平井中直接使用，在沿水平井井壁周围产生网络状微裂缝族，以体积改造形式扩大沟通泄气范围。所以，研究低渗油层层内深度爆炸技术与水力压裂集成技术及其在页岩气水平井的应用技术理论与方法，对改造页岩气储层具有重要的潜力。

2.3 复合射孔及多脉冲压裂集成技术

多级强脉冲加载压裂技术作用原理[3]是多脉冲压裂通过中低燃速火药组合和特种延时控制技术，组成多级强脉冲加载压裂高能气体发生器，实现使其各级燃烧产生的大量高温高压气体间歇释放，形成多级高压脉冲压力。其功能是对地层实施多次连续的强脉冲加载压裂作用促使页岩气层产生较长的多裂缝体系，并沟通更多的天然裂缝， 松弛储层地应力以形成网络裂缝改善页岩气层泄气通道；同时伴随较强的多脉冲震荡作用，促使页岩气层基质空隙间的连通性和渗透性；从而提高页岩气层渗流能力，达到提高页岩层气井产量的目的。作用特点是提高了总能量和能量利用率，有利于产生更长的多裂缝体系，可实现与射孔复合技术。

结合页岩气储层特点，可优先考虑复合射孔及多脉冲压裂技术的完井方式，首先建立在地层产生孔眼较深、孔眼壁无压实现象的良好地层沟通通道，并形成多裂缝，降低地层破裂压力，为水力压裂、同步压裂等提供了更好的地层环境与条件。

3 可行性分析研究

综上所述，中国页岩气储层与美国差异较大，如四川盆地页岩气层埋藏深度达到2 000 m～3 000 m，进一步增加了开采难度。针对中国页岩气储层特点及目前技术开发现状，仅依赖常规技术或单一技术难以取得效果，必须打破传统思维方式。页岩气开发应作为系统工程，发挥技术集成的作用，除在资源评价、理论模拟等方面技术集成外，还要在储层增产改造新技术开发等方面开展技术集成研究与探索。美国早期也采用爆炸压裂、高能气体压裂技术开发页岩气取得明显效果。高能气体压裂技术已在油田现场应用，从压裂效果统计分析深井效果更为明显，因此，开展页岩气高能气体压裂开发技术集成研究具备良好的理论与实践基础，提出高能气体压裂与水力压裂、同步压裂等集成技术研究思想及方法是完全可行的。

［1］ 储小三.煤层气水平井液体火药压裂开发技术研究［D］.西安：西安石油大学，2013.

［2］ 吴晋军.低渗油层层内深度爆炸技术作用机理及工艺试验研究［J］.西安石油大学学报，2011，26（1）：48-50.

［3］ 吴晋军，喻鹏，周培尧，等.沁水地区煤层气储层多脉冲压裂技术试验及应用研究［J］.钻采工艺，2015，（3）：53-54.