我國頁巖氣開采技術新進展

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和配套設備，這就對我國的頁巖氣開采技術提出了嚴峻的挑戰。本文將就頁巖氣開采技術的最新發展現狀展開討論，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;鉆完井技術;進展

1 概述

頁巖氣是以多種相態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，并進一步強調了頁巖氣資源的開發和利用。頁巖氣屬于非常規能源，因此只有使用先進的開采技術，才能實現經濟效益的提升。

2 我國頁巖氣開采技術新進展

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

2.1 壓裂技術 ①技術成果。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，該井開采使用了頁巖氣藏加砂壓裂技術，雖然該工藝取得了進展，但在產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、支撐劑進行優選，然后對施工參數和工藝配套技術進一步進行優化，進而發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。頁巖氣產出量主要取決于壓裂裂縫和壓裂過程誘導產生的網絡裂縫面積，這是頁巖氣井生產指數具有直接聯系的參數，如何提高網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，并得出以下結論：a裂縫內支撐劑濃度較低時，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 ①水平井鉆井技術。頁巖氣開發的主要方式為水平井，因此水平井鉆井技術是推動頁巖氣開采的關鍵技術。在水平井鉆井技術的發展過程中，重點圍繞提高井壁穩定性、優化井眼軌跡的設計和控制技術、井眼清洗技術、下套管和固井技術以及減小摩阻技術等。威201-H1井在四川地區，該井首次使用PDC鉆頭，較為順利的穿過了龍潭底部和茅口段地層，該地區地層主要成為黃鐵礦和燧石;而由LWD儀器取得的伽馬參數和錄井提供的氣測信息，能對儲層鉆井實現跟蹤服務，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、提高井壁穩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。頁巖地層裂縫發育較好，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，而層理結構較強，容易發生層間剝落;巖心容易發生剪切滑移，影響定向段和水平段井壁的穩定性。針對以上情況，在施工時采用了油基鉆井液，消除了威遠地區泥頁巖層垮塌的問題。③其他技術。低密度膨脹型堵漏技術在湘頁1井施工過程中首次試用，該技術對井內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驗。黃頁1井在貴州黃平區，該地區地質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;另外該地區地質結構復雜，地層裂縫和裂洞發育較為完全，在鉆井過程中容易發生井漏。采用空氣鉆井和泡沫鉆井技術有效解決了鉆速和井漏問題。水力脈沖射流輔助鉆井技術適合用于地層巖性致密的地區，該技術能提高鉆井速度，縮短鉆井周期。經在宣頁1井試驗，該技術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。提高水平段固井質量是固井技術的關鍵。實踐證明，以下措施可有效提升固井質量：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改善環空界面膠結狀態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化，提高循環鉆井液的利用率，確保固井膠結質量;c對套管扶正器的類型和位置設定進行優選和優化，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化，結合漂浮接箍和套管抬頭技術進行施工。

3 總結

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能源，因此開采技術要求較高。我國在借鑒國外先進技術和先進工藝的基礎上，已經開始頁巖氣的開采，并取得顯著成果，尤其是壓裂技術和鉆完井技術方面的進步，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。

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