我國頁巖氣開采技術(shù)新進展

佟吉 蔣志勇 程浩

摘 要：頁巖氣儲量豐富，具有極高的開采價值，但該能源的開采需要較高的開采技術(shù)和配套設備，這就對我國的頁巖氣開采技術(shù)提出了嚴峻的挑戰(zhàn)。本文將就頁巖氣開采技術(shù)的最新發(fā)展現(xiàn)狀展開討論，希望能為相關工作者提供一定的幫助。

關鍵詞：頁巖氣;開采;壓裂技術(shù);鉆完井技術(shù);進展

1 概述

頁巖氣是以多種相態(tài)富集在泥頁巖地層中的天然氣聚集體，該能源具有礦藏豐富、開采壽命長、生產(chǎn)周期長的特點。在石油、煤礦等能源緊張的情況下，頁巖氣的開采無疑能極大的緩解世界各國能源緊缺的問題。我國頁巖氣資源儲量極為豐富，占全球頁巖氣資源總量的5.7%，總量達到26×1012m3。隨著頁巖氣開采工作的逐漸推進，我國于2011年將頁巖氣批準為我國第172個獨立礦種，并進一步強調(diào)了頁巖氣資源的開發(fā)和利用。頁巖氣屬于非常規(guī)能源，因此只有使用先進的開采技術(shù)，才能實現(xiàn)經(jīng)濟效益的提升。

2 我國頁巖氣開采技術(shù)新進展

自2012年以來，我國頁巖氣開采規(guī)模和開采速度逐步推進，已經(jīng)完成了一批頁巖氣井的鉆井、固井和壓裂施工作業(yè)，為我國頁巖氣開采技術(shù)的提升積累了寶貴經(jīng)驗。以壓裂技術(shù)和鉆完井技術(shù)為例進行介紹。

2.1 壓裂技術(shù) ①技術(shù)成果。我國頁巖氣井壓裂工藝初見成效，四川盆地W201井是我國第一口頁巖氣經(jīng)，該井開采使用了頁巖氣藏加砂壓裂技術(shù)，雖然該工藝取得了進展，但在產(chǎn)量方面仍需要進一步改進。隨后，鄂爾多斯盆地又首次使用了清水壓裂改造工藝，該工藝對壓裂液、支撐劑進行優(yōu)選，然后對施工參數(shù)和工藝配套技術(shù)進一步進行優(yōu)化，進而發(fā)展成為一套適合于延長組陸相頁巖氣藏開采工藝。大液量分段壓裂工藝適用在江漢油田頁HF-1井建設項目中，取得了較為顯著的壓裂效果。②理論成果。頁巖氣產(chǎn)出量主要取決于壓裂裂縫和壓裂過程誘導產(chǎn)生的網(wǎng)絡裂縫面積，這是頁巖氣井生產(chǎn)指數(shù)具有直接聯(lián)系的參數(shù)，如何提高網(wǎng)絡裂縫的有效性成為壓力設計的關鍵所在。為此，我們做了大量的實驗驗證，并得出以下結(jié)論：a裂縫內(nèi)支撐劑濃度較低時，只依靠增大支撐劑顆粒大小，無法完全客服嵌入影響。因此在硬度低、黏土含量高、嵌入嚴重的頁巖中，應在裂縫內(nèi)沖入足夠濃度的支撐劑，而且形成的裂縫復雜程度較低時，壓裂效果更加明顯。b頁巖黏土成分過高，這就導致陶粒支撐劑填充層的泥化程度多大，嚴重降低了支撐效果;而變形的樹脂覆膜砂能有效降低黏土的嵌入，改善填充層的泥化程度，這是由于陶粒支撐劑的作用。c有效閉合壓力超過30MPa時，填充層的嵌入程度大，破碎嚴重，此時需要高濃度、高粒度、高強度的支撐劑，以確保裂縫的縫寬;而當有效閉合壓力低于30MPa時，裂縫網(wǎng)絡中支撐劑的濃度低于單層時，也可滿足施工工藝的要求。

2.2 鉆完井技術(shù) ①水平井鉆井技術(shù)。頁巖氣開發(fā)的主要方式為水平井，因此水平井鉆井技術(shù)是推動頁巖氣開采的關鍵技術(shù)。在水平井鉆井技術(shù)的發(fā)展過程中，重點圍繞提高井壁穩(wěn)定性、優(yōu)化井眼軌跡的設計和控制技術(shù)、井眼清洗技術(shù)、下套管和固井技術(shù)以及減小摩阻技術(shù)等。威201-H1井在四川地區(qū)，該井首次使用PDC鉆頭，較為順利的穿過了龍?zhí)兜撞亢兔┛诙蔚貙樱摰貐^(qū)地層主要成為黃鐵礦和燧石;而由LWD儀器取得的伽馬參數(shù)和錄井提供的氣測信息，能對儲層鉆井實現(xiàn)跟蹤服務，滿足頁巖氣水平井鉆井工藝的需求。另外，還在鉆井防漏堵漏技術(shù)、提高井壁穩(wěn)定性和機械鉆井速度、降低摩阻和扭矩方面取得了可喜的成果。②水平井鉆井液技術(shù)。頁巖地層裂縫發(fā)育較好，具有極高的水敏性，尤其是在長的水平段鉆井過程中，可能會發(fā)生頁巖氣井漏、垮塌、縮頸事故，同時長水平段施工時還有摩擦阻力、攜帶巖石、地層污染的問題，從而增加了井下作業(yè)的復雜性。為解決以上問題，我們提出了頁巖氣水平井鉆井液的選用原則，事實證明，頁巖氣水平井施工時選用油基鉆井液的效果較為理想。如威遠地區(qū)頁巖氣儲層特點為含有較高的石英含量，巖石脆，水敏性較弱，而層理結(jié)構(gòu)較強，容易發(fā)生層間剝落;巖心容易發(fā)生剪切滑移，影響定向段和水平段井壁的穩(wěn)定性。針對以上情況，在施工時采用了油基鉆井液，消除了威遠地區(qū)泥頁巖層垮塌的問題。③其他技術(shù)。低密度膨脹型堵漏技術(shù)在湘頁1井施工過程中首次試用，該技術(shù)對井內(nèi)裂縫型和溶洞型漏失的堵漏效果較高，堵漏液流動性好，耐壓性高，容易配置，為提高施工安全提供了可靠地保證?？諝忏@井和泡沫鉆井技術(shù)應用在黃頁1井中，提高了機械鉆速，并有效解決了井漏問題，為后期同類型頁井的開采提供了寶貴的經(jīng)驗。黃頁1井在貴州黃平區(qū)，該地區(qū)地質(zhì)特點為上部地層為白云巖，中下部為泥巖，地層磨性強，影響了機械鉆速;另外該地區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)復雜，地層裂縫和裂洞發(fā)育較為完全，在鉆井過程中容易發(fā)生井漏。采用空氣鉆井和泡沫鉆井技術(shù)有效解決了鉆速和井漏問題。水力脈沖射流輔助鉆井技術(shù)適合用于地層巖性致密的地區(qū)，該技術(shù)能提高鉆井速度，縮短鉆井周期。經(jīng)在宣頁1井試驗，該技術(shù)比同井相鄰段機械鉆井速度提升了105.3%。④水平井固井技術(shù)。提高水平段固井質(zhì)量是固井技術(shù)的關鍵。實踐證明，以下措施可有效提升固井質(zhì)量：a使用彈性水泥漿，提高水泥石抗沖擊能力，水泥漿防竄性能高，對改變水泥石材料的力學性能具有顯著作用;b改善環(huán)空界面膠結(jié)狀態(tài)的措施為使用洗油沖洗劑，對附著在界面處的油漿、濾餅、油膜進行徹底清洗;另外，還可對前置液及其用量進行優(yōu)化，提高循環(huán)鉆井液的利用率，確保固井膠結(jié)質(zhì)量;c對套管扶正器的類型和位置設定進行優(yōu)選和優(yōu)化，保障套裝居中度超過70%;為提高水平段套管下入得順利性，可對通井程序進行優(yōu)化，結(jié)合漂浮接箍和套管抬頭技術(shù)進行施工。

3 總結(jié)

我國頁巖氣儲量豐富，具有極高的開采價值，但頁巖氣屬于非常規(guī)能源，因此開采技術(shù)要求較高。我國在借鑒國外先進技術(shù)和先進工藝的基礎上，已經(jīng)開始頁巖氣的開采，并取得顯著成果，尤其是壓裂技術(shù)和鉆完井技術(shù)方面的進步，更是極大的推動了我國頁巖氣資源開采工作的進展，對于緩解我國能源緊缺的問題具有十分重要的意義。

參考文獻：

[1]李元靈，楊甘生，朱朝發(fā)，楊海雨.頁巖氣開采壓裂液技術(shù)進展[J]. 探礦工程（巖土鉆掘工程），2014，10：13-16.

[2]王中華.國內(nèi)頁巖氣開采技術(shù)進展[J].中外能源，2013，02：23-32.

[3]李晉，于同川，白如霜.國內(nèi)外煤層氣和頁巖氣開發(fā)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].中國造船，2012，S2：188-193.

[4]何振奎.泌頁HF1井油基鉆井液技術(shù)[J].石油鉆探技術(shù)，2012，40（4）：32-37.