頁巖儲層孔隙度小，滲透率低，水平井加多級壓裂是頁巖氣開發(fā)應(yīng)用最廣泛的方式。目前常用的技術(shù)有多級壓裂、清水壓裂、水力噴射壓裂、重復(fù)壓裂和同步壓裂等。頁巖氣壓裂技術(shù)有可膨脹封隔器+滑套多級壓裂、壓裂封隔器+滑套多級壓裂、泵送橋塞多級壓裂、水力噴射壓裂等。在美國的頁巖氣開發(fā)技術(shù)中，封隔器+滑套多級壓裂、泵送橋塞多級壓裂技術(shù)比較成熟，使用比較廣泛，可適用于較長的水平段;水力噴射壓裂可實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位噴射，無需機(jī)械封隔，節(jié)省作業(yè)時(shí)間，非常適合用于裸眼井、篩管井以及套管井中。

　　封隔器+滑套多級壓裂 封隔器+滑套多級壓裂技術(shù)分為管內(nèi)封多級壓裂和管外封多級壓裂兩種。管內(nèi)封多級壓裂適用于套管完井壓裂，一般采用壓裂封隔器分段封隔;管外封多級壓裂適用于裸眼井，一般采用可膨脹封隔器分段封隔。無論是管內(nèi)封還是管外封壓裂，施工原理基本一致，都是根據(jù)頁巖氣儲層開發(fā)的需要，使用封隔器將水平井段分隔成若干段，水力壓裂施工時(shí)通過投球打開滑套，從水平段趾端開始逐級投球，進(jìn)行有針對性的壓裂施工，水平井多級壓裂目前已經(jīng)是北美頁巖氣壓裂開采主要技術(shù)手段。

　　水平井多級壓裂技術(shù)關(guān)鍵在于封隔器(壓裂封隔器和可膨脹封隔器)和滑套可靠性和安全性能，尤其是管外封壓裂管柱的可膨脹封隔器和開啟滑套的高強(qiáng)度低密度球材料決定技術(shù)的成功與否。

　　目前國外油田服務(wù)公司都有自己成熟的工具，圖1為貝克休斯Frac-Point分段壓裂系統(tǒng)工具，據(jù)報(bào)道，貝克休斯利用其Frac-Point EX 多段壓裂系統(tǒng)在威廉森頁巖盆地成功進(jìn)行了一次24段完井作業(yè)。滑套用封堵球材料為優(yōu)質(zhì)復(fù)合材料，耐壓58MPa，耐溫120°，球尺寸極差為 0.25in(6.35mm)。目前正在研發(fā)的產(chǎn)品耐壓可達(dá)70MPa，尺寸級差可達(dá)0.125in(3.2mm)。圖2為哈里伯頓Delta-Stim 多級壓裂工具，滑套為Delta-Stim增產(chǎn)滑套，封隔器選用可膨脹的Swellpacker封隔系統(tǒng)，膨脹膠筒可膨脹至200%，可密封不規(guī)則裸眼井和套管井。

　　泵送橋塞多級壓裂 頁巖氣橋塞多級壓裂技術(shù)屬于機(jī)械封堵分層壓裂技術(shù)，適用于套管井。國外油田服務(wù)公司都有相當(dāng)成熟的技術(shù)和產(chǎn)品，圖3為貝克休斯QUIK Drill可鉆式復(fù)合材料橋塞，該橋塞可耐溫450℉(232℃)，耐壓12500PSI(86MPa)，材料為易鉆磨復(fù)合材料。橋塞需要電纜坐封工具坐封(E-4服務(wù)工具)，可實(shí)現(xiàn)坐封射孔聯(lián)作。其壓裂作業(yè)過程為：井筒準(zhǔn)備，用合適尺寸通井規(guī)通井，第一段射孔，取出射孔槍，進(jìn)行第一段壓裂，電纜作業(yè)下入橋塞及射孔槍，水平段開泵泵送橋塞至預(yù)定位置，點(diǎn)火坐封橋塞，上提射孔槍至預(yù)定位置，射孔，起出射孔槍和工具，投球至球座，封隔已壓層，壓裂作業(yè)，用同樣方式，根據(jù)水平頁巖層段設(shè)計(jì)段數(shù)，依次下橋塞，射孔，壓裂。

　　圖4為哈里伯頓Fas Drill壓裂橋塞，左側(cè)橋塞的球形止回閥一球座單向閥。球可在下井時(shí)提前預(yù)裝，跟橋塞一同下井，右側(cè)帶球籠的壓裂橋塞，球形止回閥為一球籠單向閥，這個(gè)工具是專為斜井設(shè)計(jì)的，防止在斜井段由于球的自由活動(dòng)無法形成密封。Fas Drill橋塞耐壓值可達(dá)到70MPa。耐溫值最高達(dá)到350℉(177℃)。

　　水力噴射多級壓裂 水力噴射分段壓裂技術(shù)原理是根據(jù)伯努利方程：把壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)能(即噴射速度)，是一種將水力噴砂射孔與水力壓裂結(jié)合起來的工藝技術(shù)，由高速射流實(shí)現(xiàn)水力封隔，無需封隔器。水力噴射可以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位射孔，根據(jù)需要精確的布置不同尺寸的多條裂縫。利用這種技術(shù)可以精確的控制水平井水力壓裂裂縫的位置，尤其對于裸眼完井和篩管完井的低滲透頁巖氣水平井來說，是一種最有效的壓裂增產(chǎn)措施。

　　噴射流體在底層中形成裂縫，通過油套環(huán)空泵入液體使壓裂層壓力小于裂縫延伸壓力，射流出口周圍流體速度最高，其壓力最低，射流流體卷吸環(huán)空周圍液體，一起進(jìn)入頁巖目的層，驅(qū)使裂縫向前延伸，因目的層壓力低于裂縫延伸壓力，所以在噴射壓裂下一層時(shí)，以前壓開層段裂縫不再延伸。水力噴射壓裂技術(shù)可以在裸眼、篩管完井的水平井中進(jìn)行加砂壓裂，也可以在套管井中進(jìn)行，施工安全性高，可以用一趟管柱在水平井中快速、準(zhǔn)確地壓開多條裂縫，水力噴射工具可以與常規(guī)油管或連續(xù)油管相連接入井。圖5為水力噴射原理圖。

　　水力噴射工具關(guān)鍵部件是噴嘴，噴嘴的耐用性和可靠性是制約頁巖氣水平井水力噴射改造的瓶頸。現(xiàn)階段制造噴嘴的材料主要有硬質(zhì)合金、陶瓷、人造寶石、金剛石等。但是由于金剛石和人造寶石成本高，目前水力噴射壓裂用噴嘴主要由硬質(zhì)合金和陶瓷加工制造。隨著頁巖地層深度不斷加深，地層壓力增高，噴射壓力也高噴射速度越快，要求噴嘴材料的硬度和耐磨性也越高。