8．2．5．1 页岩气储层物性特点及压裂作业的必要性
8．2．5．1．1 矿物组成特征
页岩储层的矿物组成除常见的黏土矿物（伊利石、蒙皂石、高岭石）外，还混杂有石英、长石、云母、方解石、白云石、黄铁矿、磷灰石等矿物。以北美地区Barnett页岩储层为例，石英、长石和黄铁矿含量为20%～80%（其中石英含量40%～60%），碳酸盐矿物含量小于25%，黏土矿物含量通常小于50%。我国四川盆地下古生界两套页岩分析结果与Barnett页岩储层相似，石英、长石和黄铁矿平均含量为30%～64%，碳酸盐矿物含量小于20%，黏土矿物含量31%～51%。研究表明，石英等脆性矿物含量高则有利于后期压裂改造形成裂缝；碳酸盐矿物中方解石含量高，则有利于溶蚀产生溶孔。另一方面，页岩储层黏土含量与吸附气含量有一定的关系，其中主要是伊利石；蒙皂石类膨胀性黏土矿物不利于后期储层压裂改造。
8．2．5．1．2 储层物性特征
页岩气储层属于低孔、特低渗致密的物性特征。以美国页岩气储层为例，据页岩储层岩心分析，总孔隙度分布在2．0%～14．0%，平均为4．22%～6．51%；测井孔隙度分布在4．0%～12．0%，平均为5．2%；渗透率一般小于0．1mD，平均孔喉半径不到0．005μm2。储渗空间特征可分为基质孔隙和裂缝。基质孔隙有残余原生孔隙、有机质生烃形成的微孔隙，黏土矿物、伊利石化形成的微裂（孔）隙和不稳定矿物（如长石，方解石）溶蚀形成的溶蚀孔等。
由于其孔隙度、渗透率极低，若要投入工业化生产必须进行大规模的储层压裂改造，否则无法获得具有工业价值的气流。另一方面，由于其储层独特的矿物特征，在压裂过程中可能造成严重的储层伤害。
8．2．5．2 页岩气压裂过程中的储层伤害
如前所述，常规压裂作业中产生的油气层损害包括两个方面：压裂液与地层岩石和流体不配伍产生的对地层的损害；不良的压裂液添加剂、支撑剂对支撑裂缝导流能力的损害。页岩气压裂过程中，压裂过程中对储层伤害同样也包含以下几个方面：①压裂液在油气层中滞留产生液堵；②压裂液残渣对油气层造成的损害；③压裂过程引起油气层中黏土矿物的膨胀和颗粒运移；④支撑剂选择不当造成的损害；⑤施工作业及施工质量差带来的附加损害；⑥机械杂质引起的堵塞损害。
页岩气压裂又具有其自身特点，因此，相对常规油气层压裂，除上述几种伤害外，同时还包含以下几种：
（1）滑溜水高分子减阻剂滞留堵塞。目前几乎所有正在使用的减阻剂都是高分子量的聚丙烯酰胺乳液。由于大量的滑溜水压裂操作，即使使用非常低的浓度，大量的聚合物也会注入地层中（一般在0．5～2gpt），也可能导致储层伤害。人们对减阻剂可能引起的裂缝和储层伤害的关注度已经持续地增高。目前所有的减阻剂都是聚合物，这种聚合物是很难被破坏的C－骨架的聚合体。实验表明，这些聚合体即使是在氧化破胶剂存在的时候，都会导致储层伤害。
（2）压裂液段塞间的配伍性差导致的储层伤害。根据目前室内研究发现，高温条件下页岩气压裂液段塞间配伍性较差，因此在大排量压裂以及返排过程中，各段塞间难免发生相互接触混合，进而形成大量沉淀，导致严重的储层伤害。
（3）减阻剂及稠化剂在配置过程中因溶解性问题产生的“鱼眼”导致的储层伤害。
（4）配制滑溜水过程中，采用反相乳液型减阻剂而引入的油相对储层造成的伤害等。
8．2．5．3 页岩气压裂储层保护
如前所述，由于页岩储层的特殊性，在开发中极易受到不可逆的伤害。因此，在压裂过程中尤其要注重储层保护。为了减轻压裂过程的储层伤害，需要对压裂段塞进行优化选择。与常规压裂过程中所采取的压裂段塞不同，页岩气压裂液段塞主要包含酸液段塞、滑溜水段塞以及胶液段塞。
8．2．5．3．1 压裂液段塞
（1）酸液段塞。作为大型体积压裂，页岩气压裂过程中必须提供足够大的压裂动力。为了降低压裂过程中压裂泵的泵送压力，在压裂过程中前置段塞采用酸液，对页岩进行适度酸化溶蚀，以降低破裂压力。同时，由于页岩气储层黏土含量高，且含黄铁矿以及绿泥石等含铁矿物，因此，酸液组成主要包含盐酸、缓蚀剂、助排剂、黏土稳定剂以及铁离子稳定剂等。助排剂、黏土稳定剂以及铁离子稳定剂的加入对储层保护起到至关重要的作用。其作用机理与酸化作业过程中的储层保护机理类似。
（2）滑溜水段塞。页岩储层需要采用大排量、大液量体积压裂才能获得工业气流，体积压裂要求压裂液具有可连续混配、低摩阻和高返排率性能。体积压裂建立的复杂裂缝网络，增大了泄流裂缝的表面积，有利于维持产量。根据体积压裂工艺要求及页岩储层特点，滑溜水主要由降阻剂、助排剂和防膨剂构成。由于配制过程中聚合物产生的“鱼眼”现象、反相乳液减阻剂中油相引入以及聚合物在储层内的滞留是页岩气滑溜水段塞压裂过程中特有的伤害类型，因此，在研制该段塞过程中，不仅要考虑常规压裂过程中导致的伤害因素，如水敏、酸敏、颗粒运移等伤害，同时也要考虑采用溶解性较好的聚合物减阻剂（防止产生配制过程中产生“鱼眼”现象），尽量避免配制过程中油相引入（避免采用反相乳液减阻剂）以及采用易降解且降解后残渣低的聚合物减阻剂或增稠剂，以减少上述三种因素带来的储层伤害。
（3）胶液（携砂液）段塞。滑溜水段塞黏度低，携砂能力较弱。为了保持或提高压裂裂缝短期以及长期导流能力，提高页岩气井产能，必须将支撑剂有效携带至裂缝处，并均匀有效地沉铺其中。目前主要采用胶液作为携砂段塞，一般包含稠化剂、交联剂、消泡剂以及破胶剂等几个化学组成。
8．2．5．3．2 页岩气压裂液的性能要求
与常规压裂液性能相比，页岩气压裂液不仅要求具有常规压裂液基本性能，如滤失少、携砂强、摩阻低、稳定性好、配伍性好、易降解且残渣低以及易返排等性能，同时由于施工采用大排量、大液量，因此，对压裂液减阻性能提出了更高的要求。同时研究发现，目前所采用的压裂液在高温条件下各段塞之间配伍性极差。在压裂过程中排量大，即使在各段塞之间打入了隔离液段塞，但在压裂以及压裂反排过程中由于锥进现象，各段塞液体不可避免发生相互接触，因此，不仅要求页岩气压裂液体系具有较好的流变性、减阻性等，同时也要求各段塞之间具有良好的配伍性，最大程度提高储层保护效果。
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