當前，美國頁巖氣產量在快速持續增長。早在2008年，該國包括頁巖氣在內的非常規天然氣產量就已超過全部天然氣總產量的50%。頁巖氣等非常規天然氣的開采使美國的天然氣產量超過俄國而居世界第一。從美國開始的頁巖氣革命逐漸波及加拿大、歐洲和中國，各國都在進行頁巖氣的地質評價和勘探開發。對于日本來說，核電占其電力總量的20%，但核泄漏事件后能否復產尚在探討中，因此也希望利用頁巖氣改變其能源形勢。

　　對于常規天然氣，一旦鉆孔到地下礦藏處即可自然噴出。而以非常規天然氣為代表的頁巖氣則在地下100米~2000米的固體頁巖的微細裂紋中“休眠”，即使鉆孔至該處也難以自然噴出。微細裂紋的寬度為10－9米的納米級，其空隙的斷面積為10－18平方米，即相當于10個甲烷分子的大小。將如此狹窄空隙中封閉的頁巖氣取出需要擴大通道。

　　將間隙擴大到1萬倍的10－14平方米時，氣體自然會變為流動狀態而被取出。進一步研究得出，盡管氣壓很低，但在窄縫中存在分子反復跳動的“克努森擴散”現象。由于克努森擴散的理論解釋和開發技術的進步，頁巖氣的回采率達到25%以上。如今，美國的頁巖氣開采已經商業化。

　　頁巖氣開采三大技術

　　頁巖氣開采的主要技術有水平坑井、水壓致裂和微地震。

　　水平坑井是上世紀80年代后期開始在世界上為擴大油田產量而采用的技術，其目的是增加接觸面積。頁巖氣的開采井是向地下垂直鉆成的，到達頁巖層后則沿地層緩慢橫向挖掘，在垂直井中插入鋼管，在鋼管的下端則斜向連接工具，然后橫向掘進。在橫向掘進中，讓橫向洞孔像網眼一樣遍布在頁巖層中。由于接觸面積增加，開采量可增至之前的3倍~5倍。

　　水壓致裂用于制造階段性裂口。即使通過水平坑井到達地下頁巖層，也難以將封閉在微細裂縫中的頁巖氣取出，于是采取了使頁巖氣自然流出的擴大通道的水壓致裂技術。該技術是指用500個大氣壓~1000個大氣壓的高氣壓流體沖擊頁巖，以便生成斷面積為10－14平方米以上的大開裂，并將混入的砂粒子流體壓入裂紋內，保持一定時間，當壓力除去后開裂不會閉合。

　　頁巖氣開裂的間隔為50米~100米，過去在無間隔下制造開裂，現在又開發成功在一定間隔下制造開裂的多階段水壓致裂技術，從而提高了頁巖氣的回采率。

　　微地震可用來測示開裂的程度，它是一種模擬技術，能使頁巖氣的采掘量可計。過去是從地上壓力和流量推斷地下的狀態，因而精度難以把握。微地震技術的原理是：當生產井由水壓破碎形成開裂時，對產生的微地震波進行檢測和觀察，對到達觀察井的時間差進行解析以評價開裂廣度，從而使氣體回采所必要的開裂描繪成為可能。

　　解析頁巖氣開采用油井管

　　頁巖氣開采中使用各種鋼鐵產品，如鉆井用鉆井管、從地下頁巖層開采頁巖氣的油井管和開采軌道氣體的管線管等，其中具有代表性的是油井管。

　　油井管指從地下的頁巖層將頁巖氣運輸到地上的軌道用細管，但一口井使用的鋼管并非一層，而是由三層套管和一層內管重合的結構。油井管從外側起分別為靠近井壁的表面套管、中間套管、實施水壓致裂的套管和將氣體從井中運出的生產內管，分別為直徑245毫米~直徑273毫米的焊管、直徑178毫米~直徑194毫米的高強度無縫管或焊管、直徑140毫米的高強度無縫管和直徑60毫米的一般無縫管。

　　鉆井時，油井管通過附在鉆井管頭端的鉆井工具回轉而轉入地層，鉆成后將鉆井拔出而將外側套管連上接頭后送入。然后再用鉆井管在套管內部鉆井，并將中間套管插入，鉆到規定深度后再在鉆井管尖端裝上附有底部封隔器電機的鉆頭，以挖掘頁巖層的水平坑井，并將用于水壓致裂的套管插入。該套管插入較困難，因而采取邊回轉邊插入的方式。此時套管將產生回轉扭矩，因此要求該套管的接頭具有耐扭矩的性能。通過該套管的水壓致裂作用，從頁巖層產生的頁巖氣便可聚集在該套管內，最后通過生產內管運出井外。

　　頁巖氣井使用的鋼管為HC P110鋼管，110指該鋼管的屈服強度為110ksi（758MPa）級，HC表示耐壓潰強度高，實際使用的屈服強度多限定在125ksi~140ksi之間。

　　P110鋼管作為標準的油井管在世界上具有多年的使用歷史，但在頁巖氣開采中用于水壓致裂套管時，除附加耐壓潰強度的性能外，屈服強度也能達到要求，因而得到了標準化使用。因為該套管用于水壓致裂時，使用管內側壓力高達500個大氣壓~1000個大氣壓的流體對頁巖沖擊以使之開裂，其使用條件是油井管中最苛刻的。當頁巖氣開始生產后，頁巖氣從該套管的外側向內側流動，內外側都需要耐高壓，因此一般多用高強無縫管。中間套管的作用是補充該套管的強度，因此使用同樣的鋼管。因為當該套管破損后，頁巖氣即從該處外漏，中間套管也將承受巨大內壓，所以必須使用耐壓的高強度鋼管。內側的生產用鋼管因為內側受壓較小，所以可以采用一般無縫管。

　　頁巖氣的開發使非常規天然氣的資源大幅度增加，因而受到各方關注。未來，世界許多國家都將從事頁巖氣的開發和開采，但由于地形和環境等條件不同，特別是井深將由3000米擴大到4500米~10000米的形勢下，還將面臨不少技術難題，其中必然涉及到油井管的技術開發。

　　新型天然氣開采用油井管

　　高強度低合金耐硫蝕油井管。一般在H2S壓力高的環境下，鋼管表面的粗大夾雜物作為腐蝕的起點易產生硫化物反應而引發開裂。對此，國外開發出的125ksi級（屈服強度為862MPa級）高強度低合金油井管，通過異種夾雜物復合化而生成新的夾雜物，并由此使非金屬夾雜物微細分散化，對防止孔蝕、SSC（硫化物應力腐蝕）起到了良好的效果。該油井管已經在歐洲北海和挪威海的4000米~6000米級天然氣井中得到應用。

　　高強度高合金油井管。在含有高壓CO2和H2S的環境下，過去曾使用高合金鋼（雙相不銹鋼、析出強化型不銹鋼等）管，但在高溫下的應力腐蝕開裂和氫脆開裂仍然發生。對此，日本開發出140ksi級（屈服強度為1000MPa級）高強度高合金油井管。該鋼管的研發著力于Ni的固溶強化，在保證材料的常溫延性和耐蝕性的同時實現了高強度化。另外，為了防止加入Ni元素產生的高溫延性下降，該鋼管通過加入稀土元素而實現了耐應力腐蝕開裂性的增強，并獲得了日本2012年大河內紀念生產獎。

　　我國目前也正在積極致力于頁巖氣的開采研究，這對我國代替石油進口和減排二氧化碳意義重大，而油井管的研發與穩定使用是其中重要的一個課題。