美国针对致密砂岩气储层物性差、储量丰度高、单井井控储量小等地质与开发特征，形成了气藏描述、井网加密、分层压裂等主体开发技术。

图3-1  美国形成的一套致密气藏开发技术

3.1 气藏描述技术

美国发展了以提高储层预测和气水识别精度为目标的二、三维地震技术系列，如构造描述技术、波阻抗反演储层预测技术、地震属性分析技术、频谱成像技术、三维可视化技术、地震叠前反演技术，等等。

三维地震技术的应用有效地提高了钻井成功率。1990年以前，以二维地震为主体技术，开发井钻井成功率小于70%；1990年以后，气藏描述及三维地震技术的应用使钻井成功率提高到75%-85%。

裂缝预测技术的广泛应用对井位优化起到了关键作用。主要有岩心裂缝描述、测井解释、有限元数值模拟、地震相干属性分析，地震衰减属性分析，分形气层检测技术等。

3.2井网加密技术

对于多层叠置的透镜状气藏，由于单井泄气面积小，井间加密是提高气藏采收率的技术关键。

图3-4 美国部分致密气藏开发井网密度

井网加密技术流程：在综合地质研究基础上，应用试井、生产动态分析和数值模拟等动态描述手段，确定井控储量与供气区形态，优化加密井网。

只要动态资料确认满足加密条件，就可以实施井网加密。

图3-5 美国井网加密技术流程图

3.3增产工艺技术

致密气藏渗透率低，自然产能低，必须要经过储层改造才可能达到工业气流的标准。

3.3.1射孔加砂联作技术

射孔加砂联作技术分为负压射孔加砂联作技术与超正压射孔加砂联作技术，其中负压射孔加砂联作技术有助于清洁射孔孔眼，在负压差的作用下，地层中的流体挤向射孔孔眼、冲刷掉了包在破碎岩石表面的射孔弹的金属碎屑以及被射流带到孔眼里面的砂子和泥岩碎屑，从而打开一个地层流体向井筒内流动的贯通良好的自然通道。然而当油藏压力、渗透率和岩石强度减少时，负压射孔的适用性就减少了。通过研究发现：如果油藏压力小或都已经衰竭，那么负压差可能就不足以清洁射孔孔眼。同样地，渗透率如果小，地层流体也许流动得不够快以至不能清洁射孔孔眼。而且，如果岩石强度小，能有效清洁射孔孔眼的负压差也许就不会超过岩石的破裂极限从而使地层垮塌。

而超正压射孔作业和加砂压裂配套使用能解决负压射孔不能取得预期效果的问题。该技术具有如下特点和优点。

（1）一次性管柱进行超正压射孔与加砂压裂连续作业

超正压射孔与加砂压裂在不停泵的情况下，实施连续作业，对目的井段一次性完成射孔与加砂压裂作业，有效利用射孔裂缝，改善压裂效果。并且由于采用连续作业，减少了工序、压井次数及压井时间，缩短了试油周期，减少了试油成本，同时也减小了对地层的伤害。

（2）减小地层破裂压力，降低施工难度

对于常规加砂压裂，射孔形成的裂缝不能得到充分利用，在进行加砂压裂时射孔裂缝有的已经闭合，从而增加了施工难度。而超正压射孔与加砂压裂联作技术的应用，使射孔裂缝得以保持，前置液充分利用了射孔裂缝进入地层，进而压开地层，减小了地层的破裂压力，降低施工泵压，特别对于致密地层可降低施工难度。对于储层在1000米内的浅井，可降低破裂压力3MPa～5MPa，对于中、深井降破能力更为显著。

（3）降低近井地带弯曲摩阻

近井地带的弯曲摩阻是造成部分压裂井失败的主要原因。由于射孔时在近井地带产生的微细不规则裂缝形成的弯曲摩阻，致使常规加砂压裂时高速流动的前置液在流经近井地带时，造成额外的流动阻力，容易发生支撑剂从压裂液中析出，造成近井脱砂，发生砂堵。而采用联作技术就可以引导前置液沿射孔主裂缝延伸，从而降低裂缝弯曲摩阻的影响，降低了缝内流动阻力。

3.3.2分层改造技术

多层段在进行笼统压裂时可能出现层与层之间差异大，并没有泥岩遮挡层，在压裂时可能只压开物性好的层段，物性差的层段并没有得到有效改造。对于纵向上不集中，比较分散，横向上连续性差，各小层间物性差异较大的储层，需根据每一小层的物性特征，用分段压裂做出针对性改造，实施一层一工艺，有效动用单井控制储量，获得最佳得经济效益。

3.3.2.1封隔器分层改造技术

封隔器分层压裂关键在封隔器，选择的封隔器要能够替出井内压井液，能建立多个独立的油套环形空间，将作业层段分开，施工过程中互不影响。

图3- 6 封隔器分层改造技术工艺流程简图

该工艺优点是工艺流程较简单（图3- 6）、每个层位压裂间隔时间短、压裂后恢复井口即可排液并投产，缺点是若发生砂堵处理较麻烦、封隔器出现窜漏现象将无法有效分层。

3.3.2.2连续油管多层压裂技术

使用连续油管带喷枪进行水力喷砂射孔，射孔完成后用，通过套管注液进行加砂压裂。当第一层压裂完成后填砂，通过砂桥实现分层封隔，再进行喷射射孔、套管压裂第二层，当所有层压裂完成后，进行冲砂作业，最后进行正常的排液、求产。

图3- 7 连续油管带底封喷砂射孔压裂技术工艺流程简图

3.3.2.3小井眼填砂分层工艺技术

小井眼填砂分层工艺技术主要利用砂塞封隔已施工段，对待施工段射孔后进行压裂、填砂封隔，从而实现分层。该工艺理论上分层数量不受到限制，但由于砂塞必需达到一定厚度才能实现分层，故层间距较小情况下无法实现分层，目前小井眼填砂分层工艺在低效区块实现分层的最小层间距为30m。

图3- 8  小井眼填砂工艺流程简图

小井眼填砂分层工艺技术面临难点：

①层间距短，填砂量小，砂面位置不易控制；

②由于储层改造需要，需改造井大多数为斜井，井斜大砂不易沉降；

③若砂面位置不合适，需冲砂，冲砂高度不好控制、井控风险大、冲砂易导致已填砂面松动等情况；

④加砂压裂存在压不开地层的风险；

⑤面临填砂高度不易控制，反复冲、填砂的风险；

⑥冲砂过程中若液体粘度较低、排量较小则无法将砂子冲出，若液体粘度较高、排量较大则易将射孔弹屑等井底杂质冲出，导致连续油管被卡住或者地面流程被堵。

小井眼填砂分层工艺技术优化措施：

①采用人工倒灌支撑剂更易于准确计量；

②采用清水与基液的混液填砂，保证一定粘度，不至于过快沉降，又可加快支撑剂沉降到井底的速度；

③填砂前测井公司电测人工井底，为计算填砂量的准确性提供保障；

④优化储层射孔位置，尽量扩大层间距离，从而利于填砂操作；

⑤冲砂位置不一定需要到人工井底，能保证在最下面一个施工井段以下即可，避免出现复杂情况，减小施工风险；

⑥冲砂液体需保证一定粘度，便于携带井底砂到地面，但需在冲砂排量与液体粘度之间做好平衡，避免井底杂质被冲起卡连续油管。

3.3.3水平井分段压裂技术

目前水平井已经成为低渗透气藏开发的有力手段，而水平井分段压裂是水平井开发不可缺少的工艺技术。近几年来水平井分段压裂技术发展很快，目前水平井分段压裂最主流的方法是是采用裸眼封隔器加滑套的方法。该工艺的典型优点是可以按照设计将水平段分为多段进行压裂，且施工过程比较简单。

该工艺典型的管串结构如图3- 9图3- 9图3- 9。

图3- 9  典型的裸眼封隔器分段压裂管串示意图

为了保证井下工具在裸眼段顺利下入，还得考虑对井筒进行处理的工艺，总体上，裸眼封隔器分段压裂工艺步骤过程如下：

套管刮管→第一次裸眼通井（双划眼器）→第二次裸眼通井（四划眼器、两组、间隔）→模拟通井（钻杆+裸眼封隔器+双划眼器管柱）→钻杆送裸眼封隔器管柱→替液→座封悬挂封和裸眼封隔器→验封→丢手、起送入工具→换装井口→下插管、验封→安装采气井口装置→分段压裂（酸化）施工。

3.3.4大型压裂技术

当裂缝延伸净压力大于两个水平主应力的差值与岩石的抗张强度之和时，容易产生分叉缝，多个分叉缝就会形成多裂缝系统（体积缝）。采用“大液量、低砂比，大排量，段塞及连续加砂相结合”的体积压裂模式，不仅能应对储层复杂的微细裂缝，还能尽可能形成较长的水力裂缝，力求与储层天然裂缝连通，提高裂缝对储层流动区域的控制范围，从而获得增产。