淺談頁(yè)巖氣水平井鉆完井和水力壓裂技術(shù)

王天浩

摘要：社會(huì)的發(fā)展提高了對(duì)能源的需求。頁(yè)巖氣藏是非常規(guī)性的資源種類，具有清潔與高效的特點(diǎn)，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(kāi)發(fā)頁(yè)巖氣的技術(shù)重要構(gòu)成。本文通過(guò)對(duì)技術(shù)在應(yīng)用中的類型介紹，分析其實(shí)際的特點(diǎn)與不足，為頁(yè)巖氣的開(kāi)發(fā)提供更為精準(zhǔn)的實(shí)施依據(jù)，促進(jìn)頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)工作的更好實(shí)施。

關(guān)鍵詞：頁(yè)巖氣；水平井；鉆完井；水力壓裂；技術(shù)使用

頁(yè)巖氣作為天然氣的一種，是由頁(yè)巖層所開(kāi)采獲取。暗色泥頁(yè)巖、高碳泥頁(yè)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(yè)巖氣儲(chǔ)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(yè)巖氣采收率主要受開(kāi)發(fā)技術(shù)與開(kāi)采技藝所影響。

一、頁(yè)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(shí)施中，主要鉆井過(guò)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(guò)循環(huán)實(shí)現(xiàn)地面的有效控制。欠平衡鉆井技術(shù)在使用中常見(jiàn)于以下情況：（1）縫洞型油層，在避免油層漏失對(duì)儲(chǔ)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(duì)，在油氣田的開(kāi)發(fā)工作中能夠?qū)崿F(xiàn)成本的有效降低。頁(yè)巖氣在開(kāi)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(chǔ)層會(huì)受到污染與傷害；（3）嚴(yán)格要求儲(chǔ)層與鉆井液的使用；（4）會(huì)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(kāi)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(duì)油井進(jìn)行勘探，能夠根據(jù)鉆頭工作狀態(tài)確保導(dǎo)向功能的實(shí)施完成。在使用中其優(yōu)點(diǎn)主要為：摩阻與扭阻較小，鉆頭工作速率較高，鉆井時(shí)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(guò)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(dòng)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(dòng)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)。

與傳統(tǒng)互動(dòng)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(diǎn)突出表現(xiàn)為：（1）鉆井速度得到了提升，滑動(dòng)導(dǎo)向中所造成的多種缺點(diǎn)得到了良好的改善，鉆井作業(yè)實(shí)施安全性得到了保障，對(duì)大位移井中所存在的導(dǎo)向問(wèn)題提出了有效處理措施；（2）具有一定自動(dòng)性，可以不必手動(dòng)調(diào)整起下鉆方向，導(dǎo)向性較強(qiáng)，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(dòng)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(qiáng)化了控制井眼軌跡精準(zhǔn)度的控制得到了良好的強(qiáng)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(duì)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?shí)現(xiàn)精準(zhǔn)確定，保證對(duì)環(huán)空壓力剖面的控制效果。就工藝而言對(duì)壓力鉆井實(shí)施控制技術(shù)，在應(yīng)用中的常見(jiàn)形式分為：井底恒壓技術(shù)、無(wú)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(shì)主要體現(xiàn)在：（1）對(duì)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(guò)與自動(dòng)節(jié)流控制系統(tǒng)的結(jié)合使用，可以對(duì)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(shí)施中所發(fā)生的井漏、井塌等井下問(wèn)題得到了有效的處理。

二、頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)水力壓裂技術(shù)

（一）重復(fù)壓裂

重復(fù)壓裂是頁(yè)巖氣井在初期的壓裂作業(yè)之后失效，且現(xiàn)有職稱受時(shí)間影響效果之間降低，質(zhì)量無(wú)法得到保障，造成氣體的產(chǎn)量不斷降低，通過(guò)壓裂工藝的使用對(duì)氣井采取重新的壓裂增產(chǎn)方式。頁(yè)巖氣的單井產(chǎn)量呈現(xiàn)大幅降低的時(shí)候，通過(guò)重復(fù)壓裂可以對(duì)儲(chǔ)層至井眼部位線性流起到重建作用，對(duì)裂縫進(jìn)行支撐，以此實(shí)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(guò)裂縫酸洗技術(shù)的應(yīng)用，將原有裂縫進(jìn)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(jí)壓裂

多級(jí)壓裂作業(yè)實(shí)施的原理是借助封堵球、限流技術(shù)等對(duì)儲(chǔ)層中的不同層位采取分割，之后實(shí)施分段壓裂技術(shù)。在該技術(shù)使用中所表現(xiàn)出的特點(diǎn)為多段壓裂與分段壓裂，以儲(chǔ)層中含氣性的特征特點(diǎn)對(duì)同一井眼所產(chǎn)存在的不同產(chǎn)層采取單獨(dú)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(jí)壓裂技術(shù)在較多的產(chǎn)層較多、較長(zhǎng)的水平井段油井中較為常用。多級(jí)壓裂技術(shù)應(yīng)用在常規(guī)油氣開(kāi)發(fā)工作中已經(jīng)逐漸成熟，成功的工作經(jīng)驗(yàn)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(guò)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(duì)巖石進(jìn)行沖擊，在壓力作用下形成射孔通道，演示破碎會(huì)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(duì)地層巖石起裂所產(chǎn)生的壓力采取適當(dāng)控制，促進(jìn)流體排量的提升，以此保證在地層中通過(guò)裂縫的打開(kāi)所使用的水力壓裂技術(shù)。國(guó)內(nèi)油田在勘探與開(kāi)發(fā)作業(yè)過(guò)程中所使用的水力噴射壓裂技術(shù)主要是與國(guó)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(duì)近井地帶的污染，同時(shí)對(duì)壓裂液因濃度過(guò)高所造成的提前砂堵等問(wèn)題起到良好的解決作用。

（四）清水壓裂

清水壓裂的實(shí)施是以滲透較低的油氣藏改造為依據(jù)，通過(guò)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(jiàn)的壓裂措施。在近年來(lái)的使用中，為促進(jìn)導(dǎo)流效果的提升，作業(yè)中會(huì)適當(dāng)使用一些支撐劑，提高頁(yè)巖氣的開(kāi)采率。

結(jié)束語(yǔ)

綜合而言，在當(dāng)前我國(guó)頁(yè)巖氣的開(kāi)采工作實(shí)施中，清水壓裂技術(shù)在開(kāi)發(fā)儲(chǔ)層與改造工作中更加適用，受技術(shù)限制，為保證開(kāi)發(fā)工作的更好實(shí)施，需要積極主動(dòng)的學(xué)習(xí)與研究國(guó)外成熟技術(shù)，以經(jīng)驗(yàn)的借鑒為基礎(chǔ)，不斷提高技術(shù)的優(yōu)化與改善，提高頁(yè)巖氣的開(kāi)采率。

參考文獻(xiàn)

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（作者單位：中石油長(zhǎng)城鉆探壓裂公司）