頁(yè)巖氣鉆完井配套技術(shù)集成研究與應(yīng)用

樊好福

(中石化中原石油工程有限公司鉆井一公司，河南 濮陽(yáng) 457331)

作為新興非常規(guī)能源，頁(yè)巖氣在中國(guó)能源結(jié)構(gòu)中占有重要地位。近幾年，隨著涪陵、長(zhǎng)寧-威遠(yuǎn)等頁(yè)巖氣田的高效勘探開(kāi)發(fā)，國(guó)內(nèi)頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)已經(jīng)進(jìn)入快速發(fā)展階段[1-4]。頁(yè)巖氣井因地質(zhì)構(gòu)造條件、儲(chǔ)層物性、壓裂改造方式等原因，產(chǎn)能控制因素復(fù)雜，對(duì)鉆完井和開(kāi)發(fā)方式提出了極高的要求。

中原石油工程公司是國(guó)內(nèi)較早進(jìn)入頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)領(lǐng)域的工程服務(wù)公司之一，通過(guò)自主攻關(guān)、集成配套以及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，形成了較為成熟的頁(yè)巖氣安全高效鉆井、井筒工作液、水平井固井、大型壓裂及裝備配套等非常規(guī)頁(yè)巖氣工程配套技術(shù)，已完成頁(yè)巖氣施工140余口井，覆蓋了國(guó)內(nèi)主要頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)區(qū)域，為頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)提供了堅(jiān)強(qiáng)有力的技術(shù)支持。

1 頁(yè)巖氣水平井鉆井技術(shù)難點(diǎn)分析

1.1 地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層識(shí)別難度大，三維井軌跡控制要求高

為降低成本，涪陵、長(zhǎng)寧-威遠(yuǎn)、黃金壩等區(qū)塊布井多采用小型平臺(tái)式鉆井模式，為使水平井眼段沿最小水平主應(yīng)力方向鉆進(jìn)，平臺(tái)式鉆井具有側(cè)向位移大，井間距離小、靶前距大等特點(diǎn)[5]。井眼軌跡的要求更高，主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：

(1)井間距離小，防碰難度大。黃金壩工區(qū)平臺(tái)井間距在5 m左右，實(shí)鉆中為了追求進(jìn)尺，往往在鉆井參數(shù)或鉆具組合方面多追求快速鉆進(jìn)，導(dǎo)致上部直井段易井斜，鄰井易碰。

(2)裸眼段長(zhǎng)，方位變化大，井下摩阻扭矩大。多數(shù)井軌道設(shè)計(jì)呈裸眼段長(zhǎng)(1500～2000 m)、扭方位大(部分井方位變化>80°)等特點(diǎn)，同時(shí)，為了便于后期的開(kāi)發(fā)，多采用魚(yú)鉤型水平井(水平段井斜角>90°)，因鉆具組合滑動(dòng)鉆進(jìn)過(guò)程中的摩阻扭矩大，導(dǎo)致定向效率低。前期涪陵頁(yè)巖氣水平井施工中，二開(kāi)?311 mm井眼定向段雖只占全井的40%左右，但定向周期卻占全井的60%左右。

(3)水平段長(zhǎng)，實(shí)鉆效率低。為提高單井的產(chǎn)量和控制儲(chǔ)量，以及滿(mǎn)足中深層頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)需求，水平段的長(zhǎng)度和完鉆井深在逐步增加。川渝工區(qū)目的層垂深2700～4000 m，斜深4800～5600 m，部分完鉆井深甚至超過(guò)6000 m，水平段長(zhǎng)>1500 m，最長(zhǎng)達(dá)到3000 m，受制于地層物性非均性強(qiáng)、井下環(huán)境的復(fù)雜，也對(duì)高效儲(chǔ)層的有效識(shí)別和快速鉆進(jìn)提出了更高的要求。

1.2 漏失問(wèn)題嚴(yán)重

四川盆地的地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，井漏是鉆井工程的一大技術(shù)難題，具有漏失頻繁、類(lèi)型多樣、損失嚴(yán)重的特點(diǎn)。淺表層多溶洞、暗河，裂縫發(fā)育且呈不規(guī)則分布，失返性漏失頻繁，部分井清水漏失量超過(guò)2000 m3。

二疊系的長(zhǎng)興組、龍?zhí)督M、茅口組等裂縫氣發(fā)育，且部分含氣層含有硫化氫，中深層裂縫性漏失，并且淺層氣發(fā)育，易導(dǎo)致噴漏同存。漏失類(lèi)型表現(xiàn)為裂縫性漏失，漏失點(diǎn)多，漏失速度中等。

目的層呈頁(yè)巖層理裂縫和誘導(dǎo)型漏失，漏失次數(shù)多、漏速低，多為滲透性漏失。油基鉆井液條件下，常規(guī)堵漏材料的堵漏效果差，漏失成本較高。同時(shí)，不同工區(qū)，儲(chǔ)層的壓力系數(shù)差異大，長(zhǎng)寧-威遠(yuǎn)工區(qū)的地層壓力系數(shù)1.85～2.20，斷層發(fā)育，井壁穩(wěn)定和漏失難以兼顧。

1.3 儲(chǔ)層差異性大，完井要求高

頁(yè)巖氣井多采用油基鉆井液，受油基鉆井液的長(zhǎng)時(shí)間浸泡一二界面嚴(yán)重影響了固井水泥漿的膠結(jié)強(qiáng)度，影響界面的固井質(zhì)量。頁(yè)巖氣屬于自生自?xún)?chǔ)儲(chǔ)層，呈低孔隙度、低滲透率特點(diǎn)，為獲較高的商業(yè)開(kāi)發(fā)價(jià)值多采用大型分段壓裂增產(chǎn)技術(shù)。常規(guī)水泥漿膠結(jié)形成的水泥石因其脆性高，耐沖擊能力差，無(wú)法滿(mǎn)足大型分段壓裂的需要。

1.4 川渝地區(qū)生態(tài)環(huán)境脆弱，環(huán)保要求更高

川渝工區(qū)多以山地為主，人口密集而又相對(duì)散居，水源地交錯(cuò)分布、水系發(fā)達(dá)使主要大江大河的上游、環(huán)境和生態(tài)脆弱，對(duì)鉆井施工提出了較高的環(huán)保要求。特別是鉆完井過(guò)程中廢渣、污水的無(wú)害化處理，井場(chǎng)噪聲的控制，耕地、林地的生態(tài)保護(hù)等都是環(huán)保工作的重中之重。

2 主要關(guān)鍵技術(shù)

2.1 三維大偏移距長(zhǎng)水平段水平井軌跡控制技術(shù)[6-9]

2.1.1 預(yù)彎曲動(dòng)力學(xué)防斜打快鉆井技術(shù)

預(yù)彎曲動(dòng)力學(xué)防斜打快鉆具組合由兩個(gè)穩(wěn)定器和一個(gè)預(yù)彎曲短節(jié)(使用單彎螺桿)組成，通過(guò)預(yù)彎曲設(shè)置使鉆頭偏向造成的側(cè)向合力盡可能消失或達(dá)到最小，當(dāng)鉆頭的降斜力超過(guò)地層增斜力時(shí)，將起到降斜目的[8]。該鉆具組合使用單彎螺桿，充分發(fā)揮螺桿的轉(zhuǎn)速高、扭矩大、過(guò)載能力強(qiáng)的特性，具有較好的防斜能力，并可以采用高于鐘擺鉆具的極限鉆壓(鐘擺鉆具不增斜時(shí)可以施加的最大鉆壓)50%以上的鉆壓值，從而有效地提高機(jī)械鉆速。預(yù)彎曲動(dòng)力學(xué)防斜打快鉆具組合在焦頁(yè)42-2HF等井實(shí)鉆平均機(jī)械鉆速高達(dá)14.21 m/h，較鐘擺防斜鉆具組合提高了2.19倍(見(jiàn)表1)，井斜基本控制在1°以?xún)?nèi)(見(jiàn)圖1)。

表1 焦頁(yè)42平臺(tái)一開(kāi)不同鉆具組合使用效果統(tǒng)計(jì)

圖1 焦頁(yè)42平臺(tái)一開(kāi)井斜數(shù)據(jù)

2.1.2 大尺寸長(zhǎng)井段實(shí)鉆軌道優(yōu)化控制技術(shù)

涪陵工區(qū)原鉆井設(shè)計(jì)的“直-增-穩(wěn)-增-平”剖面有較長(zhǎng)的穩(wěn)斜段，因地層自然造斜率高，導(dǎo)致穩(wěn)斜的控制難度大。圖2為焦石壩區(qū)塊二開(kāi)?311 mm井眼實(shí)鉆地層自然造斜率統(tǒng)計(jì)。從圖中可以看出，地層復(fù)合造斜率相對(duì)較高，1.25°單彎螺桿鉆具組合復(fù)合增斜率在(5°～10°)/100 m，1°單彎螺桿復(fù)合造斜率在(2°～5°)/100 m。與常規(guī)地層相比，其復(fù)合鉆進(jìn)自然造斜率相對(duì)較高，因此焦石壩二開(kāi)長(zhǎng)穩(wěn)斜段穩(wěn)斜控制難度相對(duì)較大，實(shí)鉆過(guò)程中多通過(guò)大段的滑動(dòng)定向保持井斜。

圖2 焦石壩二開(kāi)井段地層復(fù)合造斜率統(tǒng)計(jì)

針對(duì)雙驅(qū)鉆進(jìn)自然增斜較快的情況，對(duì)焦石壩頁(yè)巖氣水平井的軌跡設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化(參見(jiàn)圖3)，將穩(wěn)斜段壓縮，設(shè)計(jì)為“直-增-微增-穩(wěn)斜-增斜-水平”剖面。該剖面具有以下特點(diǎn)：采用(8°～10°)/100 m左右造斜率定向，保證井眼具有一定的初始井斜；當(dāng)井斜增至15°～20°后，依靠復(fù)合鉆進(jìn)自然造斜率，一方面減少了定向滑動(dòng)進(jìn)尺，另外一方面避免了井斜的過(guò)快增長(zhǎng)；需設(shè)計(jì)一段復(fù)合鉆(不低于60 m)穿過(guò)濁積砂井段，以避開(kāi)濁積砂井段定向。鉆穿濁積砂標(biāo)志層后，實(shí)鉆垂深與實(shí)際儲(chǔ)層垂深相差不大，采用大的造斜率，準(zhǔn)確地探知目的層頂?shù)奈恢煤?，再根?jù)需要增至設(shè)計(jì)井斜，這樣能夠有效克服地層不確定度，提高進(jìn)層控制的成功率。

2.1.3 長(zhǎng)穩(wěn)斜(微增)段軌跡控制技術(shù)

針對(duì)焦石壩工區(qū)大尺寸長(zhǎng)穩(wěn)斜(微增)段復(fù)合鉆進(jìn)增斜的特點(diǎn)，根據(jù)地層平衡側(cè)向力和平衡曲率的原理，以復(fù)合鉆進(jìn)比例最大和井眼軌跡粗糙度最低為雙重優(yōu)化目標(biāo)，分析了單彎單穩(wěn)定器底部鉆具組合不同參數(shù)條件下的軌跡控制效果(見(jiàn)圖4)。優(yōu)選用1°螺桿和?305 mm近鉆頭穩(wěn)定器、鉆壓控制在100kN時(shí)，軌跡控制效果較好。焦頁(yè)42-2HF井在1593.2～2012.6 m穩(wěn)斜段采用這種軌跡控制思路，井斜角控制在34.7°～37.1°、方位角控制在8.5°～12.3°，井眼曲率平均值3.87°/100 m，復(fù)合鉆進(jìn)進(jìn)尺比例74.73%，平均機(jī)械鉆速達(dá)7.23 m/h。

圖4 穩(wěn)斜角35°時(shí)，單彎螺桿、單穩(wěn)定器BHA軌跡控制效果對(duì)比

2.1.4 增斜扭方位井段軌跡控制技術(shù)

(1)鉆具組合設(shè)計(jì)。針對(duì)三維井方位變化大，大尺寸剛性鉆柱軌跡不易控制等問(wèn)題，優(yōu)化了底部鉆具組合，采用無(wú)磁承壓鉆桿代替部分鉆鋌，降低鉆柱的剛性，減少井下摩阻；針對(duì)下部地層壓實(shí)程度高，自然造斜率相對(duì)較高，采用小彎角螺桿(1°或者1.25°)。

(2)降摩減阻工具的研制與應(yīng)用。為了解決三維復(fù)雜井眼滑動(dòng)鉆進(jìn)時(shí)的托壓?jiǎn)栴}，研制和應(yīng)用了系列水力振蕩器，利用振動(dòng)破除鉆具和井壁之間的靜摩阻，降低滑動(dòng)鉆進(jìn)粘卡趨勢(shì)，減少定向托壓。在焦頁(yè)50-5HF井2793～2897.95 m(井斜由47°增至69°，方位由210°降至195°)井段同比鉆速提高64%(見(jiàn)圖5)，摩阻減小31%。

2.1.5 長(zhǎng)水平段穩(wěn)平控制技術(shù)

針對(duì)頁(yè)巖氣井水平段長(zhǎng)的特點(diǎn)，基于大變形、變截面/變剛度縱橫彎曲梁理論，以及彎外殼螺桿動(dòng)力鉆具組合導(dǎo)向能力的研究，設(shè)計(jì)了“小角度單彎螺桿+欠尺寸雙扶”穩(wěn)平鉆具組合，提高長(zhǎng)水平段的穩(wěn)平控制能力和復(fù)合鉆進(jìn)比例，滑動(dòng)鉆進(jìn)比例降低40%，有效提高了長(zhǎng)水平段軌跡的精細(xì)控制。采用常規(guī)定向方式先后在焦石壩和川南工區(qū)完成了1500 m以上水平段頁(yè)巖氣水平井12口，其中，焦頁(yè)56-6HF、焦頁(yè)37-4HF井水平段長(zhǎng)度超過(guò)2000 m。

圖5 焦頁(yè)50-5HF井鉆時(shí)曲線(xiàn)(水力振蕩器應(yīng)用井段：2790～2898 m)

為減少水平段起下鉆等時(shí)間，提高鉆進(jìn)效率，通過(guò)優(yōu)選匹配地層特性的PDC鉆頭、大扭矩螺桿鉆具、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向等匹配的模塊化動(dòng)力馬達(dá)，形成了“等壽命”鉆具組合設(shè)計(jì)方案，提高了行程進(jìn)尺與機(jī)械鉆速；通過(guò)鉆井參數(shù)與水力參數(shù)優(yōu)化，配套應(yīng)用巖屑床清除工具，有效降低了粘滑振動(dòng)時(shí)間，提高了清砂效果，保證了長(zhǎng)水平段井眼穩(wěn)定，形成了水平段“一趟鉆”技術(shù)，并在長(zhǎng)寧H19-4等井實(shí)現(xiàn)了水平段“一趟鉆”施工。

2.2 防漏堵漏技術(shù)

2.2.1 淺層縫洞性惡性漏失堵漏技術(shù)[9-10]

在淺層縫洞型惡性漏失地層成功應(yīng)用了新型可控膠凝堵漏劑。該堵漏劑是由膠凝材料、觸變劑、纖維增韌劑、膨脹劑及表面調(diào)節(jié)劑組成。適應(yīng)溫度30～80 ℃，凝結(jié)時(shí)間60～270 min可調(diào)。固化體的強(qiáng)度發(fā)展快，形成堵層后4 h具有10 MPa以上強(qiáng)度，低溫40 ℃以下施工結(jié)束后4 h就可以下鉆鉆進(jìn)；該堵劑阻水效果好、耐水侵能力強(qiáng)，與地層水1∶1混合后仍可快速固結(jié)；駐留封堵強(qiáng)度高，在5～20目沙床和10～30 mm石子漏層中封堵強(qiáng)度分別達(dá)14.2、17.7 MPa(見(jiàn)表2)。在焦石壩、蜀南地區(qū)鉆井過(guò)程中失返性漏失堵漏作業(yè)成功率高達(dá)90%，基本解決了裂縫、溶洞性地層惡性漏失問(wèn)題。

2.2.2 裂縫性地層封堵技術(shù)

針對(duì)裂縫性漏層采用橋塞堵漏和水泥漿堵漏一次成功率低，且易重復(fù)漏失的技術(shù)難題，研發(fā)了速封堵漏劑ZYSD和配套速封堵漏技術(shù)。該體系在漏失壓差下能夠形成韌性封堵層，在漏層中10～30 s，承壓能力>0.7 MPa；通過(guò)優(yōu)選堵漏材料，纖維成網(wǎng)、顆粒逐級(jí)架橋，實(shí)現(xiàn)對(duì)于縫寬<10 mm的快速封堵；膠結(jié)材料快速固化，堵漏強(qiáng)度>15 MPa。對(duì)裂縫性地層、破碎型誘導(dǎo)裂縫地層實(shí)現(xiàn)快速、高強(qiáng)度堵漏，避免重復(fù)漏失，一次堵漏成功率高達(dá)87.5%，重復(fù)漏失率<10.5%，中完固井漏失率<33.3%。

表2 封堵能力

2.2.3 油基鉆井液防漏堵漏技術(shù)

針對(duì)常規(guī)防漏封堵材料與油基鉆井液配伍性不強(qiáng)、防漏封堵效果不理想的問(wèn)題，研制球狀凝膠防漏材料，復(fù)合親油性剛性粒子和柔性材料，形成了油基鉆井液專(zhuān)用封堵劑配方；防漏漿封堵效果好，可以快速形成封堵層，承壓能力由2 MPa提高至17 MPa(見(jiàn)圖6)。由圖7可知，在漏層深處4.5 cm處可以見(jiàn)到球狀凝膠，表明其變形封堵能力強(qiáng)。

圖6 封堵漿在沙床中的擠注封堵實(shí)驗(yàn)

圖7 封堵層端面及封堵層內(nèi)部

2.3 頁(yè)巖氣井壁穩(wěn)定技術(shù) [11-14]

2.3.1 高性能油基乳化鉆井液體系

在全油基鉆井液研究基礎(chǔ)上，為進(jìn)一步降低綜合成本，研發(fā)了梳型弧狀乳化劑和流型調(diào)節(jié)劑，有效降低了油基鉆井液對(duì)溫度的敏感性，提高了高溫條件下的動(dòng)切力和動(dòng)塑比，保證了體系的攜巖能力；針對(duì)油基鉆井液日損耗量大的問(wèn)題，利用反相乳液聚合法合成了納、微米級(jí)凝膠微球，提高了油基鉆井液的裂縫封堵能力，承壓達(dá)到11 MPa；優(yōu)化老漿回收處理工藝，提高了老漿性能的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。采用乳化劑、凝膠微球、纖維封堵材料、不同粒徑的超細(xì)碳酸鈣等處理劑進(jìn)行配伍性試驗(yàn)，形成了油水比9.5∶0.5～7∶3，抗溫80～180 ℃，密度0.9～2.2 g/cm3油基鉆井液體系(見(jiàn)表3)。高性能油基乳化鉆井液體系在川渝工區(qū)應(yīng)用200余井次，滿(mǎn)足了頁(yè)巖氣鉆井對(duì)井壁穩(wěn)定、潤(rùn)滑防卡和井眼清潔的要求，鉆井液回收率80%左右，利用率100%，井眼損耗量<0.15 m3/m。

表3 不同油水比油基鉆井液基本性能

2.3.2 高性能油基乳化鉆井液體系

無(wú)土相油基鉆井液作為一種新型油基鉆井液體系，具有剪切稀釋性好，粘滯性低等性能優(yōu)勢(shì)。通過(guò)自主研發(fā)剛性核柔性殼結(jié)構(gòu)劑、異構(gòu)長(zhǎng)鏈乳化劑、油膨脹聚合物降濾失劑等高性能處理劑，形成了無(wú)土相油基鉆井液體系。該體系具有較高的流變性能(摩阻系數(shù)<0.05，柴油中動(dòng)塑比>0.5)，較高的抗溫性能(抗溫達(dá)180 ℃)。

2.3.3 頁(yè)巖氣水基鉆井液體系

針對(duì)頁(yè)巖油氣地層特點(diǎn)、長(zhǎng)水平段鉆井要求，研發(fā)了以烷基糖苷衍生物為主的ZY-APD水基鉆井液體系。采用烷基糖苷衍生物嵌入及拉緊晶層、吸附成膜；采用納-微米小粒徑封堵劑封堵微裂縫的機(jī)理，提高了頁(yè)巖的抑制性和裂縫的封堵能力，頁(yè)巖相對(duì)回收率99.11%，相對(duì)抑制率100%。長(zhǎng)寧等工區(qū)3口井的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，滿(mǎn)足了水平井的井壁穩(wěn)定、長(zhǎng)水平段潤(rùn)滑防卡和攜巖帶砂需求，實(shí)現(xiàn)了頁(yè)巖氣水平井水基鉆井液體系的突破。

2.4 頁(yè)巖氣隨鉆解釋評(píng)價(jià)技術(shù)

研發(fā)形成了光譜、數(shù)字成像、三維定量熒光技術(shù)，解決了錄井細(xì)巖屑、油基鉆井液油氣可視化、自動(dòng)化評(píng)價(jià)技術(shù)難題。

運(yùn)用地質(zhì)、錄井、隨鉆測(cè)量、工程信息隨鉆分析及井眼軌跡三維調(diào)控技術(shù)，自主研發(fā)了FOCUS綜合地質(zhì)導(dǎo)向系統(tǒng)(見(jiàn)圖8)，建立鉆井工程、隨鉆測(cè)量、錄井作業(yè)三方信息有效融合的平臺(tái)，快速、智能地對(duì)井身軌跡預(yù)測(cè)和軌跡優(yōu)化方案做指導(dǎo)，提高了優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖儲(chǔ)層鉆遇率。長(zhǎng)寧、黃金壩等工區(qū)15口井的成功應(yīng)用中，12口井的優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖儲(chǔ)層的鉆遇率達(dá)100%，3口井的優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖儲(chǔ)層的鉆遇率大于95%，解決了隨鉆巖性、地層、油氣產(chǎn)狀要素及井身軌跡實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、調(diào)控等技術(shù)難題[15]。

圖8長(zhǎng)寧XX井完鉆地質(zhì)導(dǎo)向建模圖

Fig.8Geo-steering modeling map of Well Changning-XX completion

2.5 高效長(zhǎng)效密封固井技術(shù)

2.5.1 油基鉆井液高效沖洗技術(shù)

針對(duì)油基鉆井液環(huán)境下，一二界面油膜沖洗困難，固井質(zhì)量不高的難題，采用陰離子、非離子表面活性劑螯合反應(yīng)，再?gòu)?fù)合高效滲透劑、分散劑，形成了油基沖洗液，具有較強(qiáng)滲透、剝離作用，使油膜分散懸浮于沖洗隔離液中，利于清除；同時(shí)針對(duì)水平井的流體分布，形成了“導(dǎo)漿+親油基沖洗液+驅(qū)油隔離液+低密度水泥漿”四級(jí)沖洗隔離技術(shù)，沖洗率由過(guò)去最高的86%提高到98%以上，顯著提高了水泥石膠結(jié)質(zhì)量[16]。

2.5.2 非滲透彈韌性水泥漿體系

為滿(mǎn)足頁(yè)巖氣大型水力壓裂增產(chǎn)措施及儲(chǔ)氣庫(kù)反復(fù)注采的要求，研發(fā)了非滲透彈韌性水泥漿體系[17]，自主研發(fā)的新型彈韌性材料由顆粒和纖維共同組成，改變了纖維單一材料塑性擴(kuò)展區(qū)大的缺陷，提高了水泥石的彈韌性，水泥石在大型壓裂作用下不發(fā)生破裂，保持了水泥環(huán)的完整性，減少氣竄發(fā)生(見(jiàn)圖9)。

圖9 水泥石性能對(duì)比(左：彈韌性水泥石；右：常規(guī)水泥石)

2.6 大型環(huán)保壓裂技術(shù)

2.6.1 井工廠(chǎng)“拉鏈?zhǔn)健眽毫鸭夹g(shù)

針對(duì)頁(yè)巖氣大規(guī)模壓裂的特點(diǎn)，優(yōu)化設(shè)計(jì)了壓裂液連續(xù)混配技術(shù)、大規(guī)模連續(xù)供砂技術(shù)，實(shí)時(shí)多點(diǎn)取樣檢測(cè)，保證配液質(zhì)量和速度。針對(duì)頁(yè)巖氣微裂縫發(fā)育、儲(chǔ)層對(duì)砂比變化敏感、加砂困難的特性，研究形成了“板凳加砂”段塞加砂方式、“膠液+滑溜水”頂替，降低頂替附加液量，確保井筒替砂干凈，順利泵送和坐封橋塞。研制了高壓分流注入管匯，采用壓裂機(jī)組和泵送橋塞機(jī)組分別連接高壓注入管線(xiàn)至壓裂井口，實(shí)現(xiàn)壓裂施工的同時(shí)，對(duì)其他井進(jìn)行泵送橋塞施工；低壓管匯采用壓裂雙混配連續(xù)在線(xiàn)配液供液系統(tǒng)，配套多級(jí)供液體系，滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)供液需求[18]。

集成配套形成了“井工廠(chǎng)拉鏈?zhǔn)健眽毫咽┕すに?見(jiàn)圖10)，采用一套壓裂設(shè)備不動(dòng)位置對(duì)多口井多個(gè)層段進(jìn)行連續(xù)的壓裂施工，即一口井壓裂作業(yè)的同時(shí)，另一口配對(duì)井進(jìn)行射孔、下橋塞等作業(yè)，二口井交互施工、逐段壓裂?？赏瑫r(shí)交替進(jìn)行4口井拉鏈?zhǔn)┕ぃ蛔罡呤┕毫_(dá)95.9 MPa； 最大施工排量16.1 m3/min。

圖10 “井工廠(chǎng)拉鏈?zhǔn)健眽毫咽┕さ孛媪鞒虉D

2.6.2 壓裂液重復(fù)利用技術(shù)

開(kāi)發(fā)了耐鹽滑溜水體系，聚合物分子在鹽溶液中具有較好的溶解性及柔韌性。該體系使得返排水能夠代替清水配制壓裂液，減少了對(duì)淡水資源的需求，分散時(shí)間小于國(guó)外降阻劑，更適宜現(xiàn)場(chǎng)混配工藝，耐鹽性能更好，表面活性更高。

針對(duì)壓裂返排液采用臭氧氧化、絮凝處理和過(guò)濾吸附廢水中的有害組分，處理后的返排液可實(shí)現(xiàn)配制滑溜水和線(xiàn)性膠的目的；且工藝簡(jiǎn)單，連續(xù)操作、快速高效，實(shí)現(xiàn)了壓裂返排液的重復(fù)利用，提高了水資源的利用率。

2.7 35 kV高壓網(wǎng)電配套工程技術(shù)

為積極響應(yīng)國(guó)家節(jié)能減排，降低鉆井成本，充分利用當(dāng)?shù)仉娏Y源較為充足的有利條件，利用工業(yè)網(wǎng)電作為鉆井動(dòng)力，通過(guò)對(duì)常規(guī)鉆機(jī)設(shè)備的改造，配套變頻無(wú)級(jí)變速，利用電控系統(tǒng)配諧波治理和無(wú)功補(bǔ)償裝置；并結(jié)合涪陵、長(zhǎng)寧等山地特點(diǎn)，基于能量的高效利用和預(yù)算總投資及效益產(chǎn)出，合理調(diào)節(jié)變電站增容、優(yōu)化線(xiàn)路走向、線(xiàn)徑、負(fù)荷分配等，形成了較為完善的35 kV高壓網(wǎng)電配套工程技術(shù)。

通過(guò)綜合應(yīng)用，使用高壓網(wǎng)電進(jìn)行鉆井，鉆井成本節(jié)約率平均達(dá)到38.6%，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了大氣污染物的零排放，提高了清潔生產(chǎn)水平；鉆機(jī)噪聲由110 dB降低至70 dB，改善了工作環(huán)境，減少了對(duì)井場(chǎng)附近居民生活的影響，有利于節(jié)約、安全、清潔高效生產(chǎn)，并使“綠色鉆井”變?yōu)榱爽F(xiàn)實(shí)。

3 應(yīng)用效果

相關(guān)技術(shù)成果在中石化、中石油、中海油、江西贛投、湖南神華、貴州頁(yè)巖氣等單位的焦石壩、丁山、彭水、川西、蜀南等工區(qū)142口井上的應(yīng)用，覆蓋了國(guó)內(nèi)主要頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)區(qū)域，先后完成焦頁(yè)1HF等14口“1”字號(hào)探井，創(chuàng)高指標(biāo)、新紀(jì)錄35項(xiàng)，其中焦頁(yè)1井的高質(zhì)量鉆成，揭開(kāi)了焦石壩地區(qū)頁(yè)巖氣大開(kāi)發(fā)的序幕；施工的丁頁(yè)2HF井，創(chuàng)新了高溫超高壓壓裂技術(shù)，并獲得高產(chǎn)氣流。配套技術(shù)的應(yīng)用基本解決了涪陵二期南部、平橋、永川等中深層頁(yè)巖氣井施工鉆井深度增加(垂深約3500 m、井深5500 m)、水平段更長(zhǎng)(2000 m)等施工難題，施工質(zhì)量、技術(shù)水平不斷提升，有效提高了頁(yè)巖氣水平井鉆完井效率和后期的開(kāi)發(fā)效果。

4 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

(1)通過(guò)關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)和產(chǎn)能建設(shè)示范應(yīng)用，形成了一套適用于我國(guó)頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)的鉆井工程技術(shù)體系，形成了一批重要技術(shù)成果，培育了一支具有國(guó)際影響力的技術(shù)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)和施工隊(duì)伍，極大地推動(dòng)了頁(yè)巖氣鉆井工程技術(shù)的進(jìn)步。

(2)我國(guó)深層、常壓等類(lèi)型頁(yè)巖氣的地質(zhì)條件更為復(fù)雜，配套的工具、儀器和鉆井液體系等尚不完善，今后應(yīng)集中攻關(guān)近鉆頭測(cè)量、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向、高效PDC鉆頭等“瓶頸”技術(shù)，加快水力振蕩器、短彎螺桿、高溫高密度油基鉆井液以及泡沫固井等自主技術(shù)的應(yīng)用和推廣，持續(xù)優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)和鉆井提速工藝，開(kāi)展一體化技術(shù)示范，以盡快形成適用于不同類(lèi)型頁(yè)巖氣特征的較為完善的的鉆完井工藝技術(shù)，為我國(guó)頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)發(fā)展提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。