頁巖氣水平井鉆完井關(guān)鍵技術(shù)分析

王繼峰 趙棋 顧黎明（新疆貝肯能源工程股份有限公司 克拉瑪依市 834009）

在資源短缺以及環(huán)境保護(hù)的雙重重壓下，在全球范圍內(nèi)，非常規(guī)能源漸漸成為一個新熱點(diǎn)。頁巖氣的儲量相當(dāng)?shù)拇?，在全球中，已?jīng)探明的頁巖氣儲量大概是456×1012m3。我國在頁巖氣的開采中，目前處于起步階段，可以說還尚未對頁巖氣的開采進(jìn)行非常系統(tǒng)性的研究。所以，文章將重點(diǎn)介紹頁巖氣開采的一個核心技術(shù)，也就是水平鉆井技術(shù)。

一、在進(jìn)行頁巖氣開采中，水平井的優(yōu)勢

在儲層方面，頁巖的儲層特點(diǎn)跟常規(guī)天然氣的儲層有不同之處，頁巖氣儲層的儲層具有非常強(qiáng)的非均勻質(zhì)性，這種獨(dú)特的儲層特性，在一定程度上就決定了頁巖氣在開采上獨(dú)特的開采方式。目前，在對頁巖氣進(jìn)行開采的過程中，一項(xiàng)核心的技術(shù)就是水平井技術(shù)。

水平井能夠更多的儲層很好地穿過，對天然裂縫能夠更好的進(jìn)行利用。在泥頁巖中，發(fā)育較好的是垂直裂縫，并且對于很多的頁巖氣，其都是以游離狀態(tài)存在于儲層的天然裂縫之中。通過對水平井的運(yùn)用，就可以對儲層以及儲層中的天然裂縫進(jìn)行更多層的穿過。

有助于壓裂增產(chǎn)。頁巖氣的產(chǎn)量由儲層裂縫的數(shù)量直接決定。垂直井井眼方向平行于地層的最大主應(yīng)力方向，在進(jìn)行壓裂的過程中，裂縫在擴(kuò)展方向上主要沿著地層的最大主應(yīng)力方向，所以，直井對壓裂增產(chǎn)很不利。水平井在部署井眼方位時，最好是沿著地層的最小主應(yīng)力方向，在進(jìn)行壓裂的過程中，裂縫要與井筒交錯或者是垂直相交，這樣就會提高壓裂增產(chǎn)的效果。

在利用直井沒有很大收效的地區(qū)，通過水平井技術(shù)，其采收率就會得到明顯的提升。水平井的流入狀態(tài)是在同一壓力、同一儲層下進(jìn)行的，較之于直井，在產(chǎn)量上具有顯著的提高。

二、對水平井的優(yōu)化設(shè)計

1.選擇井眼方位

通過對水平井方位的選擇，將會對后期壓裂裂縫在擴(kuò)展方向上產(chǎn)生重大的影響。在開次頁巖氣的過程中，對水平井方位的選擇，通常選擇脆性礦物、應(yīng)力較低、裂縫發(fā)育程度好、干酪根比較富集以及孔隙度較高的頁巖層區(qū)域，進(jìn)而度后期進(jìn)行壓裂提供條件。

為了能夠使經(jīng)井眼穿過更多的裂縫，在理論上，井眼的前方向應(yīng)該同地層的最小主應(yīng)力的方向保持一致。對于一般的水平井，在鉆井選擇上，要選擇跟主裂縫網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)大體平行的方位，這樣就會產(chǎn)生更多的橫向誘導(dǎo)裂縫，讓誘導(dǎo)裂縫與天然裂縫網(wǎng)絡(luò)之間互相連通，使其與氣體之間進(jìn)行接觸的表面積擴(kuò)大，進(jìn)而就會提高采收率。

2.水平井精神結(jié)構(gòu)設(shè)置

頁巖氣開采的一個非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)就是對井深結(jié)構(gòu)的設(shè)計。因?yàn)轫搸r吸附氣具有較慢的解析、擴(kuò)散速度，所以頁巖氣的生產(chǎn)周期就會相對較長，頁巖氣一般有超過25年的壽命。在設(shè)計頁巖氣井身結(jié)構(gòu)時，要滿足多次壓裂以及高達(dá)50年的生產(chǎn)周期的要求。因?yàn)楹笃谝M(jìn)行加砂壓裂，所以就會對套管以及套管頭在承壓能力方面有很高的要求，固井的質(zhì)量要非常的好，水泥要返高到地面。在對井身的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計時，運(yùn)用三維的地震解釋技術(shù)，保證水平軌跡能夠沿著與地層最大水平低壓應(yīng)力相垂直的方向前進(jìn)，盡量增加井筒與裂縫之間相交的可能性，最終打開更多的儲層。

3.水平井軌跡控制技術(shù)

隨著導(dǎo)向工具以及隨鉆測量技術(shù)的發(fā)展，能夠基本上對水平井軌跡進(jìn)行有效的控制，同時對其進(jìn)行優(yōu)化。對于水平段較短、儲層均質(zhì)性良好的水平井，在對其軌跡進(jìn)行控制的過程中，可以使用普通的造斜工具組合。而對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、水平段長的水平井，應(yīng)該使用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)，能夠使井眼更為光滑。對于常規(guī)的定向鉆井技術(shù)，往往會受到以下影響:井筒在造斜過程中,因?yàn)樾D(zhuǎn)或者是滑動所造成的扭矩以及來自阻力的影響。在井眼軌跡更復(fù)雜時，橫向位移可能會受到扭矩以及阻力的限制，對測井難度進(jìn)一步加大。所以，在狗腿度較小的井鉆進(jìn)中，旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)是很值得采用的。通過對旋轉(zhuǎn)鉆井導(dǎo)向工具的使用，還能夠節(jié)省大量的時間，對井眼質(zhì)量的提高具有一定的促進(jìn)作用，對長水平段下套管的風(fēng)險進(jìn)行大大的降低，進(jìn)而加快機(jī)械鉆速，對建井周期進(jìn)行有效地縮短，最終就會降低整體成本。

4.水平井完井技術(shù)

頁巖氣儲層具有較差的物性，而且其滲透率非常的低，具有自然生產(chǎn)能力的氣井非常的少．對于一般的頁巖氣井，通常都要對其進(jìn)行壓裂增產(chǎn)，所以，頁巖氣水平井在完井方式方面，一定要充分考慮到壓裂增產(chǎn)措施。頁巖氣水平井對完井技術(shù)具有較高的技術(shù)要求，是頁巖氣鉆完井整個施工過程中的一個重要環(huán)節(jié)，與頁巖氣采收率的多少有著直接的關(guān)系。頁巖氣井的完井方式主要包括套管固井后分段射孔完井、裸眼射孔完井、尾管固井后射孔完井、組合式橋塞完井以及機(jī)械式組合完井等。

結(jié)語

水平井作為頁巖氣開發(fā)的一項(xiàng)最為核心的技術(shù)，已經(jīng)在頁巖氣的開采中得到了廣泛地應(yīng)用。在對頁巖氣水平井的優(yōu)化設(shè)計中，井身的結(jié)構(gòu)設(shè)計以及水平井在方位上的選擇是非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。井眼方位應(yīng)該與最大主應(yīng)力方向互相垂直。在進(jìn)行具體的井身結(jié)構(gòu)設(shè)計中，應(yīng)該充分地考慮到壓裂增產(chǎn)以及生產(chǎn)周期的要求。

我國頁巖氣開發(fā)在目前還處于起步階段，所以必須要借鑒美國先進(jìn)的開采技術(shù)，但是，我國的任何一個頁巖氣層都有其獨(dú)特之處，只有對頁巖地層特點(diǎn)進(jìn)行深入地研究，努力研發(fā)出一套與我國地質(zhì)特征相符合的頁巖氣水平井鉆完井技術(shù)，才能夠?qū)崿F(xiàn)我國頁巖氣的商業(yè)化開發(fā)。

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