页岩气作为重要的非常规天然气资源,逐渐成为我国天然气产量的主要增长点,其规模开采对缓减天然气供需矛盾、调整和优化能源结构、保障国民经济和社会及生态环境持续健康高速发展起着重要作用。2010年,国家启动了首批页岩气示范区长宁—威远页岩气开发示范区的开采。由于四川的页岩气井场多位于人口稠密的丘陵、山区,开发占地多,水资源紧缺,致使在无国内外经验可借鉴的条件下,实现规模效益开发的困难巨大。为此本论文以四川长宁-威远页岩气开发用压裂液研究及应用为重点,紧密围绕四川页岩气开发特点开展了相关研究。针对页岩体积压裂施工排量高、规模大,常规压裂液无法满足施工的缺点,采用高分子化学“自由基聚合理论”、“溶液聚合理论”合成的聚丙烯酰胺类降阻剂,其黏均分子量为1.5×106～1.7×106。利用该降阻剂的降阻技术以及微乳增能表面活性剂技术、防膨技术、杀菌技术,最终形成了可回收滑溜水体系,并形成了配套的瓜胶压裂液体系和常规酸体系。研发的滑溜水实现了连续混配和“工厂化”作业,可采用四川现场不同地表水和地下水进行连续混配,降阻率达73%～78%;针对实验室评价摩阻数据与现场差异较大,无法指导现场施工,在国际上首次创立了有效管径改进模型,即当实验室与现场的reff和v之比的斜率在0.02704至0.05093之间,有效管径改进模型可以预测降阻率,预测降阻率的通用公式是DR=0.94mvn。针对大规模体积压裂返排液量大、处理困难、压裂水源供应紧张等技术瓶颈,形成了低成本、易操作的返排液重复利用工艺。当矿化度≥3×104mg/L,采用现场已有的蓄水池和污水池,通过长时间静置将返排液中杂质沉降,取上层清液补充清水、添加剂使返排液的性能满足滑溜水性能要求。当返排液矿化度<3×104mg/L时,通过长时间静置将返排液中杂质沉降,取上层清液补充添加剂后重复利用。针对四川页岩气资源地处山区,水资源紧张,国外无水压裂液已广泛应用于现场,有必要开展无水压裂液方面的研究。国内首次研发了耐高温液化石油气压裂液配方和液化石油气压裂液性能评价方法。研发的液化石油气压裂液耐温134.1℃,90℃、170s-1剪切1.5小时压裂液黏度200mPa s,具有较好的耐温、剪切性能。使用醋酸钠为破胶剂,在90℃下液化石油气压裂液可完全破胶成液体。液化石油气对页岩岩心伤害小,渗透率恢复率为96.97%。形成了液化石油气压裂液流变性能、伤害性能及破胶性能等评价方法。本论文研究成果发展和完善了页岩气压裂液理论,研发的滑溜水体系、交联冻胶及常规酸体系,在四川长宁-威远国家级页岩示范区共施工11井次,累积增加井口测试产量123.23×104m3/d,取得了良好的增产效果,对该类储层的压裂具有一定的指导意义。