页岩气开采中的水力压裂与无水压裂技术_孙张涛
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水力喷射压裂技术具有准确实现定向射孔造缝、 无需封隔、降低地层污染、施工程序简单、周期短、效 益高等优点。该技术的缺点是井下施工条件苛刻以及 对水力喷射工具的关键部件喷嘴的要求很高，喷嘴的 耐用性和可靠性是制约页岩气水平井水力喷射改造的 “瓶颈”。 3.6 重复压裂
重复压裂是指在同一口井进行两次或两次以上的 压裂。随着生产的进行，初次压开的裂隙由于支撑剂破 碎、固体颗 粒 堵塞、裂 隙闭合 等 导 致 裂 隙导流能 力下 降，使得裂隙失去效果。而重复压裂能够使裂隙重新
4 无水压裂技术
随着人们对水资源和环境问题的重视，欧美各国 都加大了对水力压裂替代技术的投入。相对于传统的 水力压裂技术，几种新型的无水压裂技术基本不需要 水，极大地缓解了对水资源的压力。目前研究的无水压 裂技术包括液态二氧化碳（CO2）压裂技术、液态CO2/ N2泡沫干法压裂技术、超临界CO2开发技术以及液化石 油气（LPG）压裂技术等。 4.1 液态CO2压裂技术
取向或重新压开裂隙，裂隙重新取向能绕开钻井和压 裂造成的地层伤害区，重新建立井筒与储层及高孔隙 压力区之间良好的渗流通道，形成高导流能力，使得产 能很低的油气井恢复原始产率，甚至更高，以提高采收 率。基于对 重 复 压 裂方 式的不同理 解，目前国内外 实 施的重复压裂有3种方式：①层内压出新裂隙；②延伸 原有裂隙；③改向重复压裂[9]。
20世纪80年代早期，北美就开始采用以液态CO2 为基础的压裂液系统进行储层改造，1994年开始采用 以液态CO2/N2为基础的压裂液系统进行压裂。该方法 几经修改，是一种行之有效的方法，常常用于水敏性地 层的干燥压裂。它是一种在不添加水或其他辅助成分 的情况下用液态CO2作为支撑剂的传递液将砂子注入 的方法。CO2在压力为1.4兆帕、温度为-34.5℃的条件 下在地表呈液态状。采用专门的设备将支撑剂直接添 加到地表上具有这些条件的液体CO2中。液态CO2的黏 度大约为5厘泊，因此可以在传输性裂隙中增加黏度以 携带支撑剂。在温度和压力都趋于稳定后，部分CO2会 溶于水和液态烃沉积物中[10]。
地质研究
页岩气开采中的水力压裂与无水压裂技术
孙张涛 吴西顺
（中国地质图书馆，北京 1000813）
摘 要：随着“十二五”规划的发布，页岩气的大规模勘探开发在我国被提上议事日程。对于我 国目前的页岩气勘探开发而言，技术配套和攻关是首要任务，还需处理好相关的环境问题。然而， 页岩气开采中常用的水力压裂技术始终面临着两大难题：水资源的大量消耗和压裂导致的相关污染 等。因此，出于环保和节约水资源的考虑，国外许多公司都加大了对氮气泡沫压裂、CO2压裂和液化 油气压裂等无水压裂技术的研发投入。无水压裂技术不仅可以解决缺水难题，还能减少页岩气开发 对环境造成的污染，可谓一举两得。目前我国尚未完全掌握相关核心技术，水资源又相对缺乏，基 于这样的现实考虑，无水压裂技术或许能够解决我国页岩气开发中的水资源难题。
混 合压 裂 技 术 集常 规 凝 胶 压 裂 与清水 压 裂 处 理 技术的优点于一身，可以实现较长的有效裂隙长度与 较高的裂隙传导性。该技术的施工流程是先泵入滑溜 水，利用清水的强造隙能力产生长裂隙，再泵入交联凝 胶前置液，最后利用凝胶和一定粒径支撑剂的混合液 在先前形成的长裂隙中发生黏滞，减缓支撑剂沉降，确 保裂隙导流能力[6]，从而使产量大大提高。
52 2014 年第 5 期
地质研究
与清水压裂相比，混合压裂具有更好的携砂能力 和 较低的 滤失。储 层 伤害 方面，混 合压 裂 技 术介 于清 水压裂和凝胶压裂之间，伤害程度明显小于交联凝胶 压裂，并且可节约用水量。将该技术应用于俄克拉何马 州阿纳达科（Anadarko）盆地Atoka地层的施工，通过 与清水压裂的结果对比显示，采用混合压裂的经济效 益更好。 3.4 同步压裂
同步压裂指的是同时对2口或2口以上的配对井进 行压 裂，它 在 互相接 近 且深 度 大 致 相同的井间，通 过 高压驱使压裂液和支撑剂在井间运移以增加裂隙密度 和表面积，最大限度地连通天然裂隙，提高产量。同步 压裂最初是2口相互接近且深度大致相同的水平井间 的同时压裂，如今已发展成3口，甚至4口井同时压裂。 将同步压裂应用于页岩气井在短期内增产非常明显，具 有环境影响小、完井速度快、降低压裂成本等优点[7]。 2006年，同步压裂首先在美国巴内特（Barnett）页岩中 实施，效果良好，具有广阔的发展前景。 3.5 水力喷射压裂
1947年，在美国堪萨斯州首次应用了水力压裂技 术，但该技术被迅速推广则得益于近年来页岩 气在 全球的兴起。20 08年，在世界范围内打了5万多口水 力压 裂井，据估计，如今一半以上的钻井都要进行压裂 作业[2]。
基金项目：本文受中国地质调查“国外地质文献资料集成服务与分析研究”项目资助（项目编号：1212011220914）。 收稿日期：2014-05-12 第一作者简介：孙张涛（1981-），女，助理研究员，主要从事地学文献情报研究。
与CO 2 或CO 2 / N2混合 气体压 裂相关的主 要问题是 它们处于液体状态下的运输问题和在增压容器中的储 存问题。尤其是应该避免CO2流失到大气中，因其可能 对全球变暖产生最终影响。 4.2 泡沫压裂技术
氮气泡沫压裂是20世纪70年代以来发展起来的一 项压裂工艺技术。此后，该技术以迅猛的势头在美国 和加拿大得到广泛运用。作为一种新型的压裂方式，泡 沫压 裂在低 压、低 渗透、水敏性 油气 藏 开发中具 有更 广阔的应用前景。与常规水力压裂相比，它具有如下优 点：①氮气泡沫压裂液与常规水基压裂液相比，只有固 体支撑剂和少量压裂液进入地层；②氮气泡沫压裂液 可在裂隙壁面形成阻挡层，从而大大降低压裂液向地 层内滤失的速 度，减 少滤失量，减 轻 压 裂液 对 地 层的 伤害；③返排效果好[4]。 4.3 超临界CO2开发技术
实例
用途
砂悬浮体
支撑砂粒保持微裂隙开启
盐酸
溶解矿物和形成岩石裂隙
聚丙烯酰胺和矿物油
减少流体与管壁之间的摩擦力
异丙醇
提高压裂液的黏度
氯化钾
创造一个卤载体流体
乙二醇
防止水垢附着在管道上
碳酸钠或碳酸钾
保持化学添加剂的有效性
柠பைடு நூலகம்酸
防止金属氧化物沉淀
N, N-二甲基甲酰胺
防止管道腐蚀
戊二醛
抑制细菌生长，减少产生的腐蚀性、有毒的副产物
多 级 压 裂 是 利用封 堵 球 或限流 技 术分 隔 储 层不 同层位后分段进行压裂。因此，多级压裂能根据储层 含气性特点对同一井眼不同位置进行针对性分段后单 独压裂，因此目标准确，增产效率高[5]。可主要分为水 平 井 多 级可钻 式 桥 塞 封 隔 分段 压 裂 技 术 和 滑套 封 隔 器分段压裂技术。前者在压裂结束后可在短时间内钻 掉所有桥塞，节省作业时间和成本，从而减小液体在地 层的 滞留时间和对 地 层的 损害。后 者具 有作业时间短 和成本低的优点，但工艺复杂、风险较大。水平井多级 压裂技术关键在于封隔器（压裂封隔器和可膨胀封隔 器）和滑动套管的可靠性和安全性能。 3.3 混合压裂
水力喷射压裂是一种利用水射流独特性质的储层 改造技术。该技术结合了水力射孔和水力压裂技术， 通过高速高压流体携带砂体进行射孔，打开地层与井 筒之间的通道后，提高流体排量，从而在地层中打开裂 隙。不使用密封装置而沿着水平井横向在多个位置独 立连续压裂改造，迅速准确地压开多条裂隙。其工艺 有水力喷 射 辅助压 裂、水力喷 射环 空 压 裂、水力喷 射 酸化压裂等多种[8]。
液 态 C O 2压 裂的最大优 点 是，能 够消除 那 些 通常 由压裂液造成的潜在地层损害，并且在增产作业结束 后能够快速返排和对油/气井进行评估。这项技术已经 经过了多次测试和改进。到20世纪90年代末，仅在加 拿大 就有12 0 0 多 次CO 2压 裂 作业取得成 功。这项技 术 也应用于美国肯塔基州东部、宾夕法尼亚州西部、得 克萨斯州和科罗拉多州的泥盆纪页岩中。结果表明，某 些井中天然气的平均产量比从传统水力压裂中获得的 产量高出5倍[10]。
2014 年第 5 期 53
地质研究
但由于液态CO2自身黏度很低、携砂能力差、摩擦 压降大，所以液体很容易滤失到地层中，因此液态CO2 的用量 大，整 个压 裂 施 工 成 本高。如 果 井口压 力迅 速 下降，处于这种条件下的CO2可能导致“采油树”和油 管式冰结构的形成，最终限制气体流。因此，通过在气 态CO2中添加氮气（N2），不仅能防止冰的形成，也能降 低井运营的成本。
2014 年第 5 期 51
地质研究
组成 水和砂子 酸 降阻剂 表面活性剂 盐 阻垢剂 pH调整剂 铁控制剂 腐蚀抑制剂 生物杀灭剂
成分（体积百分数） 99.50 0.123 0.088 0.085 0.06 0.043 0.011 0.004 0.002 0.001
表1 水力压裂液的典型组成和用途
2 水力压裂技术
2.1 水力压裂原理 水力压裂是通过高压将数百万加仑的压裂液泵入
油井或气井中，冲破页岩层生成岩层裂隙以实现油气 增产的一项技术，如果注入的压裂液能保证足够的压 力维持荷载，裂隙可以延伸数百米。压裂液中大约99% 为水，其他主要是化学添加剂和支撑剂（如砂粒或陶 粒），以防止压裂裂隙闭合。添加到压裂液中的化学品 包括摩擦减速剂、表面活性剂、胶凝剂、规模抑制剂、 酸性试剂、腐蚀抑制剂、抗菌剂、黏土稳定剂等。表1[1] 为水力压裂过程中可能使用的某种或多种压裂液的组 成和用途。
关键词：页岩气开采 水力压裂 无水压裂 压裂技术
1 引言
我国“十二五”规 划明确提 出了“ 推 进 页岩 气等 非常 规油 气 资源的开发 利用”，随 后《页岩 气 发 展 规 划（2011～2015）》（以下简称《规划》）也应运而生， 该《规 划》明确要求“ 加大页岩 气勘 探开发 技 术 科 技 攻关，掌握适用于我国页岩气开发的增产改造核心技 术”。虽然 水力压 裂 技 术是 现阶段 开 采页岩 气的主流 技术，但由于存在诸多尚未突破的“瓶颈”，已成为欧 美国家页岩气辩论中最具争议性的一个话题。随着人 们对水资源和环境问题的重视，许多国外公司纷纷探 索 水力压 裂 的 替 代 技 术。我国“十八大 ”报 告 强调 要 “全面促 进 资源节约”以及“ 加强 水源 地保 护和用水 总量管理”，《规划》中也提出要“减少用水量”以及要 “加强环保监测实现压裂液无污染排放”，在水资源 匮乏、生态环境脆弱的中国，若要大规模开采页岩气， 必须考虑并规避水力压裂可能带来的风险，因此，技术 突破和攻关在现阶段显得尤为重要。
3 常用的水力压裂技术
水力压裂技术是油气增产中最常用、最传统的处 理技术。在很多非常规能源储层的开发中，该技术已经 成为商业化规模生产的关键。目前常用的水力压裂技 术有清水压裂、多级压裂、混合压裂、同步压裂、水力 喷射压裂和重复压裂。 3.1 清水压裂
清水压裂是利用含有减阻剂、黏土稳定剂和必要 的表面活性剂的水力压裂液替代通常使用的凝胶压裂 液，并将压裂支撑剂运至裂隙网络，这种压裂液产生的 裂隙更长，对地层伤害小，在不减产的前提下还能节约
2.2 水力压裂产生的问题 在 压 裂 结 束 后，约有15%～8 0 %的压 裂液会 被 抽
回地面，称为“返排液”[3]。这些返排液通常有4种处理 方式：循环利用，处理后排放到河流中，注入地下，以及 储存在露天的蓄水池中。因此，尽管水力压裂取得了很 大进展并在世界许多地区得到广泛应用，但它却存在着 许多亟待解决的问题，包括废液处理、投资成本、环境成 本、地表和地下水的污染风险，以及甲烷的释放和来自社 会的反对和误解。此前，水力压裂已在多个国家引起争 议，法国和保加利亚政府已颁布禁令，禁止在页岩气开 采中使用水力压裂法，这无异于在目前技术条件下否定 了页岩气开采。此外，利用水力压裂开发页岩气还可能 会诱发地震，美国的一项地质调查再次敲响了水力压裂 法开采油气藏的警钟，研究认为，近年来美国阿肯色州 和俄克拉何马州地震频发与油气开采有密切关系。
30%的成本。清水压裂技术提高岩石渗透率的依据是： ①天然的隙面不吻合和产生粗糙隙面，剪切应力使隙 面偏移，同时，在裂隙扩展时，水力裂隙将开启早已存 在的天然 裂 隙，提高岩层的 渗透率；② 若用其他 压 裂 液进行压裂处理，往往不能对进入气层中的压裂液进 行彻底清洗，而清水压裂采用的压裂液主要为清水，是 一种清洁压裂技术，这也是提高岩层渗透率的重要因 素之一[4]。 3.2 多级压裂
重复压裂是指在同一口井进行两次或两次以上的 压裂。随着生产的进行，初次压开的裂隙由于支撑剂破 碎、固体颗 粒 堵塞、裂 隙闭合 等 导 致 裂 隙导流能 力下 降，使得裂隙失去效果。而重复压裂能够使裂隙重新
4 无水压裂技术
随着人们对水资源和环境问题的重视，欧美各国 都加大了对水力压裂替代技术的投入。相对于传统的 水力压裂技术，几种新型的无水压裂技术基本不需要 水，极大地缓解了对水资源的压力。目前研究的无水压 裂技术包括液态二氧化碳（CO2）压裂技术、液态CO2/ N2泡沫干法压裂技术、超临界CO2开发技术以及液化石 油气（LPG）压裂技术等。 4.1 液态CO2压裂技术
取向或重新压开裂隙，裂隙重新取向能绕开钻井和压 裂造成的地层伤害区，重新建立井筒与储层及高孔隙 压力区之间良好的渗流通道，形成高导流能力，使得产 能很低的油气井恢复原始产率，甚至更高，以提高采收 率。基于对 重 复 压 裂方 式的不同理 解，目前国内外 实 施的重复压裂有3种方式：①层内压出新裂隙；②延伸 原有裂隙；③改向重复压裂[9]。
20世纪80年代早期，北美就开始采用以液态CO2 为基础的压裂液系统进行储层改造，1994年开始采用 以液态CO2/N2为基础的压裂液系统进行压裂。该方法 几经修改，是一种行之有效的方法，常常用于水敏性地 层的干燥压裂。它是一种在不添加水或其他辅助成分 的情况下用液态CO2作为支撑剂的传递液将砂子注入 的方法。CO2在压力为1.4兆帕、温度为-34.5℃的条件 下在地表呈液态状。采用专门的设备将支撑剂直接添 加到地表上具有这些条件的液体CO2中。液态CO2的黏 度大约为5厘泊，因此可以在传输性裂隙中增加黏度以 携带支撑剂。在温度和压力都趋于稳定后，部分CO2会 溶于水和液态烃沉积物中[10]。
地质研究
页岩气开采中的水力压裂与无水压裂技术
孙张涛 吴西顺
（中国地质图书馆，北京 1000813）
摘 要：随着“十二五”规划的发布，页岩气的大规模勘探开发在我国被提上议事日程。对于我 国目前的页岩气勘探开发而言，技术配套和攻关是首要任务，还需处理好相关的环境问题。然而， 页岩气开采中常用的水力压裂技术始终面临着两大难题：水资源的大量消耗和压裂导致的相关污染 等。因此，出于环保和节约水资源的考虑，国外许多公司都加大了对氮气泡沫压裂、CO2压裂和液化 油气压裂等无水压裂技术的研发投入。无水压裂技术不仅可以解决缺水难题，还能减少页岩气开发 对环境造成的污染，可谓一举两得。目前我国尚未完全掌握相关核心技术，水资源又相对缺乏，基 于这样的现实考虑，无水压裂技术或许能够解决我国页岩气开发中的水资源难题。
混 合压 裂 技 术 集常 规 凝 胶 压 裂 与清水 压 裂 处 理 技术的优点于一身，可以实现较长的有效裂隙长度与 较高的裂隙传导性。该技术的施工流程是先泵入滑溜 水，利用清水的强造隙能力产生长裂隙，再泵入交联凝 胶前置液，最后利用凝胶和一定粒径支撑剂的混合液 在先前形成的长裂隙中发生黏滞，减缓支撑剂沉降，确 保裂隙导流能力[6]，从而使产量大大提高。
52 2014 年第 5 期
地质研究
与清水压裂相比，混合压裂具有更好的携砂能力 和 较低的 滤失。储 层 伤害 方面，混 合压 裂 技 术介 于清 水压裂和凝胶压裂之间，伤害程度明显小于交联凝胶 压裂，并且可节约用水量。将该技术应用于俄克拉何马 州阿纳达科（Anadarko）盆地Atoka地层的施工，通过 与清水压裂的结果对比显示，采用混合压裂的经济效 益更好。 3.4 同步压裂
同步压裂指的是同时对2口或2口以上的配对井进 行压 裂，它 在 互相接 近 且深 度 大 致 相同的井间，通 过 高压驱使压裂液和支撑剂在井间运移以增加裂隙密度 和表面积，最大限度地连通天然裂隙，提高产量。同步 压裂最初是2口相互接近且深度大致相同的水平井间 的同时压裂，如今已发展成3口，甚至4口井同时压裂。 将同步压裂应用于页岩气井在短期内增产非常明显，具 有环境影响小、完井速度快、降低压裂成本等优点[7]。 2006年，同步压裂首先在美国巴内特（Barnett）页岩中 实施，效果良好，具有广阔的发展前景。 3.5 水力喷射压裂
1947年，在美国堪萨斯州首次应用了水力压裂技 术，但该技术被迅速推广则得益于近年来页岩 气在 全球的兴起。20 08年，在世界范围内打了5万多口水 力压 裂井，据估计，如今一半以上的钻井都要进行压裂 作业[2]。
基金项目：本文受中国地质调查“国外地质文献资料集成服务与分析研究”项目资助（项目编号：1212011220914）。 收稿日期：2014-05-12 第一作者简介：孙张涛（1981-），女，助理研究员，主要从事地学文献情报研究。
与CO 2 或CO 2 / N2混合 气体压 裂相关的主 要问题是 它们处于液体状态下的运输问题和在增压容器中的储 存问题。尤其是应该避免CO2流失到大气中，因其可能 对全球变暖产生最终影响。 4.2 泡沫压裂技术
氮气泡沫压裂是20世纪70年代以来发展起来的一 项压裂工艺技术。此后，该技术以迅猛的势头在美国 和加拿大得到广泛运用。作为一种新型的压裂方式，泡 沫压 裂在低 压、低 渗透、水敏性 油气 藏 开发中具 有更 广阔的应用前景。与常规水力压裂相比，它具有如下优 点：①氮气泡沫压裂液与常规水基压裂液相比，只有固 体支撑剂和少量压裂液进入地层；②氮气泡沫压裂液 可在裂隙壁面形成阻挡层，从而大大降低压裂液向地 层内滤失的速 度，减 少滤失量，减 轻 压 裂液 对 地 层的 伤害；③返排效果好[4]。 4.3 超临界CO2开发技术
实例
用途
砂悬浮体
支撑砂粒保持微裂隙开启
盐酸
溶解矿物和形成岩石裂隙
聚丙烯酰胺和矿物油
减少流体与管壁之间的摩擦力
异丙醇
提高压裂液的黏度
氯化钾
创造一个卤载体流体
乙二醇
防止水垢附着在管道上
碳酸钠或碳酸钾
保持化学添加剂的有效性
柠பைடு நூலகம்酸
防止金属氧化物沉淀
N, N-二甲基甲酰胺
防止管道腐蚀
戊二醛
抑制细菌生长，减少产生的腐蚀性、有毒的副产物
多 级 压 裂 是 利用封 堵 球 或限流 技 术分 隔 储 层不 同层位后分段进行压裂。因此，多级压裂能根据储层 含气性特点对同一井眼不同位置进行针对性分段后单 独压裂，因此目标准确，增产效率高[5]。可主要分为水 平 井 多 级可钻 式 桥 塞 封 隔 分段 压 裂 技 术 和 滑套 封 隔 器分段压裂技术。前者在压裂结束后可在短时间内钻 掉所有桥塞，节省作业时间和成本，从而减小液体在地 层的 滞留时间和对 地 层的 损害。后 者具 有作业时间短 和成本低的优点，但工艺复杂、风险较大。水平井多级 压裂技术关键在于封隔器（压裂封隔器和可膨胀封隔 器）和滑动套管的可靠性和安全性能。 3.3 混合压裂
水力喷射压裂是一种利用水射流独特性质的储层 改造技术。该技术结合了水力射孔和水力压裂技术， 通过高速高压流体携带砂体进行射孔，打开地层与井 筒之间的通道后，提高流体排量，从而在地层中打开裂 隙。不使用密封装置而沿着水平井横向在多个位置独 立连续压裂改造，迅速准确地压开多条裂隙。其工艺 有水力喷 射 辅助压 裂、水力喷 射环 空 压 裂、水力喷 射 酸化压裂等多种[8]。
液 态 C O 2压 裂的最大优 点 是，能 够消除 那 些 通常 由压裂液造成的潜在地层损害，并且在增产作业结束 后能够快速返排和对油/气井进行评估。这项技术已经 经过了多次测试和改进。到20世纪90年代末，仅在加 拿大 就有12 0 0 多 次CO 2压 裂 作业取得成 功。这项技 术 也应用于美国肯塔基州东部、宾夕法尼亚州西部、得 克萨斯州和科罗拉多州的泥盆纪页岩中。结果表明，某 些井中天然气的平均产量比从传统水力压裂中获得的 产量高出5倍[10]。
2014 年第 5 期 53
地质研究
但由于液态CO2自身黏度很低、携砂能力差、摩擦 压降大，所以液体很容易滤失到地层中，因此液态CO2 的用量 大，整 个压 裂 施 工 成 本高。如 果 井口压 力迅 速 下降，处于这种条件下的CO2可能导致“采油树”和油 管式冰结构的形成，最终限制气体流。因此，通过在气 态CO2中添加氮气（N2），不仅能防止冰的形成，也能降 低井运营的成本。
2014 年第 5 期 51
地质研究
组成 水和砂子 酸 降阻剂 表面活性剂 盐 阻垢剂 pH调整剂 铁控制剂 腐蚀抑制剂 生物杀灭剂
成分（体积百分数） 99.50 0.123 0.088 0.085 0.06 0.043 0.011 0.004 0.002 0.001
表1 水力压裂液的典型组成和用途
2 水力压裂技术
2.1 水力压裂原理 水力压裂是通过高压将数百万加仑的压裂液泵入
油井或气井中，冲破页岩层生成岩层裂隙以实现油气 增产的一项技术，如果注入的压裂液能保证足够的压 力维持荷载，裂隙可以延伸数百米。压裂液中大约99% 为水，其他主要是化学添加剂和支撑剂（如砂粒或陶 粒），以防止压裂裂隙闭合。添加到压裂液中的化学品 包括摩擦减速剂、表面活性剂、胶凝剂、规模抑制剂、 酸性试剂、腐蚀抑制剂、抗菌剂、黏土稳定剂等。表1[1] 为水力压裂过程中可能使用的某种或多种压裂液的组 成和用途。
关键词：页岩气开采 水力压裂 无水压裂 压裂技术
1 引言
我国“十二五”规 划明确提 出了“ 推 进 页岩 气等 非常 规油 气 资源的开发 利用”，随 后《页岩 气 发 展 规 划（2011～2015）》（以下简称《规划》）也应运而生， 该《规 划》明确要求“ 加大页岩 气勘 探开发 技 术 科 技 攻关，掌握适用于我国页岩气开发的增产改造核心技 术”。虽然 水力压 裂 技 术是 现阶段 开 采页岩 气的主流 技术，但由于存在诸多尚未突破的“瓶颈”，已成为欧 美国家页岩气辩论中最具争议性的一个话题。随着人 们对水资源和环境问题的重视，许多国外公司纷纷探 索 水力压 裂 的 替 代 技 术。我国“十八大 ”报 告 强调 要 “全面促 进 资源节约”以及“ 加强 水源 地保 护和用水 总量管理”，《规划》中也提出要“减少用水量”以及要 “加强环保监测实现压裂液无污染排放”，在水资源 匮乏、生态环境脆弱的中国，若要大规模开采页岩气， 必须考虑并规避水力压裂可能带来的风险，因此，技术 突破和攻关在现阶段显得尤为重要。
3 常用的水力压裂技术
水力压裂技术是油气增产中最常用、最传统的处 理技术。在很多非常规能源储层的开发中，该技术已经 成为商业化规模生产的关键。目前常用的水力压裂技 术有清水压裂、多级压裂、混合压裂、同步压裂、水力 喷射压裂和重复压裂。 3.1 清水压裂
清水压裂是利用含有减阻剂、黏土稳定剂和必要 的表面活性剂的水力压裂液替代通常使用的凝胶压裂 液，并将压裂支撑剂运至裂隙网络，这种压裂液产生的 裂隙更长，对地层伤害小，在不减产的前提下还能节约
2.2 水力压裂产生的问题 在 压 裂 结 束 后，约有15%～8 0 %的压 裂液会 被 抽
回地面，称为“返排液”[3]。这些返排液通常有4种处理 方式：循环利用，处理后排放到河流中，注入地下，以及 储存在露天的蓄水池中。因此，尽管水力压裂取得了很 大进展并在世界许多地区得到广泛应用，但它却存在着 许多亟待解决的问题，包括废液处理、投资成本、环境成 本、地表和地下水的污染风险，以及甲烷的释放和来自社 会的反对和误解。此前，水力压裂已在多个国家引起争 议，法国和保加利亚政府已颁布禁令，禁止在页岩气开 采中使用水力压裂法，这无异于在目前技术条件下否定 了页岩气开采。此外，利用水力压裂开发页岩气还可能 会诱发地震，美国的一项地质调查再次敲响了水力压裂 法开采油气藏的警钟，研究认为，近年来美国阿肯色州 和俄克拉何马州地震频发与油气开采有密切关系。
30%的成本。清水压裂技术提高岩石渗透率的依据是： ①天然的隙面不吻合和产生粗糙隙面，剪切应力使隙 面偏移，同时，在裂隙扩展时，水力裂隙将开启早已存 在的天然 裂 隙，提高岩层的 渗透率；② 若用其他 压 裂 液进行压裂处理，往往不能对进入气层中的压裂液进 行彻底清洗，而清水压裂采用的压裂液主要为清水，是 一种清洁压裂技术，这也是提高岩层渗透率的重要因 素之一[4]。 3.2 多级压裂