淺談頁巖氣水平井鉆完井和水力壓裂技術(shù)

王天浩

摘要：社會的發(fā)展提高了對能源的需求。頁巖氣藏是非常規(guī)性的資源種類，具有清潔與高效的特點，在世界的能源挖掘與使用中受到了極大的關(guān)注。水平井鉆完井技術(shù)與水力壓裂技術(shù)是開發(fā)頁巖氣的技術(shù)重要構(gòu)成。本文通過對技術(shù)在應(yīng)用中的類型介紹，分析其實際的特點與不足，為頁巖氣的開發(fā)提供更為精準(zhǔn)的實施依據(jù)，促進頁巖氣開發(fā)工作的更好實施。

關(guān)鍵詞：頁巖氣;水平井;鉆完井;水力壓裂;技術(shù)使用

頁巖氣作為天然氣的一種，是由頁巖層所開采獲取。暗色泥頁巖、高碳泥頁巖等位置是主體經(jīng)常存在的區(qū)域，其存在方式是吸附或游離狀態(tài)，屬于非常規(guī)性的天然氣種類。頁巖氣儲層中所體現(xiàn)的特征較為明顯，在物性特征方面：孔隙低且滲透率較低，氣流阻力與常規(guī)天然氣相比較大。頁巖氣采收率主要受開發(fā)技術(shù)與開采技藝所影響。

一、頁巖氣水平鉆井常用技術(shù)

（一）欠平衡鉆井

欠平衡鉆井方式在實施中，主要鉆井過程中鉆井液所產(chǎn)生的液柱壓力與地層孔隙壓力相比較低，以此保證地層中的流體可以流入井眼，通過循環(huán)實現(xiàn)地面的有效控制。欠平衡鉆井技術(shù)在使用中常見于以下情況：（1）縫洞型油層，在避免油層漏失對儲層產(chǎn)生傷害的預(yù)防置換工作中;（2）壓力與滲透層較低，提升單井油產(chǎn)量;（3）漏失型地層，降低井下事故的發(fā)生率。欠平衡鉆井技術(shù)在應(yīng)用中得到了極速的發(fā)展，其主要原因是能夠?qū)︺@井作業(yè)中所產(chǎn)生的一些復(fù)雜情況起到良好的應(yīng)對，在油氣田的開發(fā)工作中能夠?qū)崿F(xiàn)成本的有效降低。頁巖氣在開發(fā)中難度的增加與技術(shù)應(yīng)用方范圍的不斷增大，造成技術(shù)應(yīng)用中所面臨的挑戰(zhàn)逐漸增多：（1）鉆井成本消耗增大;（2）儲層會受到污染與傷害;（3）嚴格要求儲層與鉆井液的使用;（4）會有不安全隱患的存在，易發(fā)生安全事故。

（二）旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井

旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)最早是在上世紀(jì)80年代末開始使用，旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)在應(yīng)用中的主要原理為：借助轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)鉆柱對油井進行勘探，能夠根據(jù)鉆頭工作狀態(tài)確保導(dǎo)向功能的實施完成。在使用中其優(yōu)點主要為：摩阻與扭阻較小，鉆頭工作速率較高，鉆井時的效率同樣較高，能夠有效控制工作周期。在分支水平井、超深井、大位移井、超薄油層水平井等需要通過軌跡控制的作業(yè)中使用效果十分顯著。旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)是以旋轉(zhuǎn)自動的導(dǎo)向鉆井作為核心系統(tǒng)引導(dǎo)，主要分為三部分子系統(tǒng)：地面監(jiān)控、地上與井下相互傳輸通訊、井下作業(yè)中的旋轉(zhuǎn)自動導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)。

與傳統(tǒng)互動導(dǎo)向技術(shù)相比，旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)的使用優(yōu)點突出表現(xiàn)為：（1）鉆井速度得到了提升，滑動導(dǎo)向中所造成的多種缺點得到了良好的改善，鉆井作業(yè)實施安全性得到了保障，對大位移井中所存在的導(dǎo)向問題提出了有效處理措施;（2）具有一定自動性，可以不必手動調(diào)整起下鉆方向，導(dǎo)向性較強，鉆井效率提升，靈活的控制井眼軌跡;（3）井下閉環(huán)具備自動導(dǎo)向作用，與地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)結(jié)合使用效果明顯，強化了控制井眼軌跡精準(zhǔn)度的控制得到了良好的強化。

（三）控制壓力鉆井

控制壓力鉆井在使用中作為適用度較高的程序，對井眼環(huán)空壓力剖面的精準(zhǔn)控制十分有效，能夠?qū)讐毫Ψ秶鷮崿F(xiàn)精準(zhǔn)確定，保證對環(huán)空壓力剖面的控制效果。就工藝而言對壓力鉆井實施控制技術(shù)，在應(yīng)用中的常見形式分為：井底恒壓技術(shù)、無隔水管技術(shù)、井下泵送技術(shù)等。與其他鉆井技術(shù)相比而言，控制壓力鉆井技術(shù)在使用中的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在：（1）對井眼整體的壓力剖面控制性較高，有效改善地層流體侵入的情況;（2）封閉控制系統(tǒng)以MPD技術(shù)為核心，通過與自動節(jié)流控制系統(tǒng)的結(jié)合使用，可以對鉆井作業(yè)中所發(fā)生的溢流現(xiàn)象起到良好的改善作用，具有較高的安全保障;（3在窄安全密度窗口作業(yè)實施中所發(fā)生的井漏、井塌等井下問題得到了有效的處理。

二、頁巖氣開發(fā)水力壓裂技術(shù)

（一）重復(fù)壓裂

重復(fù)壓裂是頁巖氣井在初期的壓裂作業(yè)之后失效，且現(xiàn)有職稱受時間影響效果之間降低，質(zhì)量無法得到保障，造成氣體的產(chǎn)量不斷降低，通過壓裂工藝的使用對氣井采取重新的壓裂增產(chǎn)方式。頁巖氣的單井產(chǎn)量呈現(xiàn)大幅降低的時候，通過重復(fù)壓裂可以對儲層至井眼部位線性流起到重建作用，對裂縫進行支撐，以此實現(xiàn)產(chǎn)能的恢復(fù)與提升。重復(fù)壓裂方式在使用中的原理主要是通過裂縫酸洗技術(shù)的應(yīng)用，將原有裂縫進行延伸、將縫內(nèi)轉(zhuǎn)向壓裂以及縫口轉(zhuǎn)向壓裂的形式。重復(fù)壓裂的使用中主要在較低的滲透且天然裂縫、以及非均質(zhì)地層等方面十分適用。

（二）多級壓裂

多級壓裂作業(yè)實施的原理是借助封堵球、限流技術(shù)等對儲層中的不同層位采取分割，之后實施分段壓裂技術(shù)。在該技術(shù)使用中所表現(xiàn)出的特點為多段壓裂與分段壓裂，以儲層中含氣性的特征特點對同一井眼所產(chǎn)存在的不同產(chǎn)層采取單獨分段壓裂方式。作業(yè)形式是以連續(xù)油管壓裂與滑套完井相結(jié)合為主。多級壓裂技術(shù)在較多的產(chǎn)層較多、較長的水平井段油井中較為常用。多級壓裂技術(shù)應(yīng)用在常規(guī)油氣開發(fā)工作中已經(jīng)逐漸成熟，成功的工作經(jīng)驗積累較多。

（三）水力噴射壓裂

水力噴射壓裂技術(shù)在使用中是通過攜砂液在噴射工具的使用下產(chǎn)生高速作業(yè)的攜砂液流體對巖石進行沖擊，在壓力作用下形成射孔通道，演示破碎會受射流孔道的前端作用壓力發(fā)生，以及巖石可能產(chǎn)生些微小裂縫，對地層巖石起裂所產(chǎn)生的壓力采取適當(dāng)控制，促進流體排量的提升，以此保證在地層中通過裂縫的打開所使用的水力壓裂技術(shù)。國內(nèi)油田在勘探與開發(fā)作業(yè)過程中所使用的水力噴射壓裂技術(shù)主要是與國外一些技術(shù)較為成熟的公司合作以此提升產(chǎn)量增加。水力噴射壓裂在使用中能夠適當(dāng)減小對近井地帶的污染，同時對壓裂液因濃度過高所造成的提前砂堵等問題起到良好的解決作用。

（四）清水壓裂

清水壓裂的實施是以滲透較低的油氣藏改造為依據(jù)，通過將清水注入地層之后與降阻劑與活性劑的使用生成有效的工作液，在裂縫中使用具有導(dǎo)流作用，以此獲取天然氣，是當(dāng)前十分常見的壓裂措施。在近年來的使用中，為促進導(dǎo)流效果的提升，作業(yè)中會適當(dāng)使用一些支撐劑，提高頁巖氣的開采率。

結(jié)束語

綜合而言，在當(dāng)前我國頁巖氣的開采工作實施中，清水壓裂技術(shù)在開發(fā)儲層與改造工作中更加適用，受技術(shù)限制，為保證開發(fā)工作的更好實施，需要積極主動的學(xué)習(xí)與研究國外成熟技術(shù)，以經(jīng)驗的借鑒為基礎(chǔ)，不斷提高技術(shù)的優(yōu)化與改善，提高頁巖氣的開采率。

參考文獻

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（作者單位：中石油長城鉆探壓裂公司）