四川盆地頁巖氣開發鉆井技術難點與對策

張忠新

摘 要：在我國，頁巖氣是天然氣資源中開發價值極高的一種非常規資源，頁巖氣勘探開發工作的加強能夠對常規油氣資源起到一定的補充作用，很大程度上對確保國家能源安全起到了重要作用。目前來說，我國頁巖氣勘探開發技術發展時間較短，處于不斷摸索的發展時期。本文通過對國內外頁巖氣鉆井技術的概況進行闡述對四川盆地頁巖氣開發鉆井技術的難點及解決問題的對策進行分析。

1 國外頁巖氣鉆井技術概述

截至目前，世界具有頁巖氣開發成功經驗的國家并不多，只有美國與加拿大在經歷了漫長的鉆井技術水平發展，同時利用科學技術提高核心鉆井技術的技術水平才得以成功。

就鉆井結構而言，2002年以前國外鉆井結構以直井為主，2003年以后，國外采用水平井鉆井結構，與清水壓裂技術相結合。

2 國內頁巖氣鉆井技術概述

盆地是我國頁巖氣聚集的地方，其中四川盆地的頁巖氣含量相對較多且勘查資源潛力較大，具有十分廣闊的開發前景。

與美國相比，我國頁巖氣聚集地與美國十分相似，但儲層特點卻大不相同，這使得我國頁巖氣鉆井開發及鉆井技術的升級面臨極大的挑戰。我國頁巖氣集聚的盆地大多屬于山前構造，不僅需要挖掘的深度很大，可鉆性也相對較差。由于我國下部地層脆弱，容易發生井漏、井涌等井下復雜，即使與美國鉆井結構相似，也無法完全借鑒美國鉆井開發模式，鉆井經驗相對短缺。

就開發而言，我國頁巖氣勘探開發在直井、水平井的現場鉆探方面已經積累了一定的經驗，初步掌握了直井結構的壓裂技術并通過工業氣流的獲得證明了中國頁巖氣開發的廣闊前景。我國經典開發區塊主要有三部分，主要分布在容易發生井漏、坍塌地段，威遠-長寧一帶、裂縫發育、固井難度大、同樣容易發生井漏、坍塌且地層堅硬的昭通以及地質設計與實際情況嚴重不符，使用多套壓力體系，情況復雜且硫化氫等化學氣體含量多的富順-金秋一帶。

3 四川盆地頁巖氣開發鉆井技術難點

3.1泥頁巖地層井壁穩定性有待提升

泥頁巖地層井壁穩定性差是當前我國頁巖氣開發面臨的主要問題。造成這一現象的主要原因是地層構造、力學變化及工程技術開發。就四川盆地而言，泥頁巖地層及部分非均勻頁巖層是頁巖氣的主要分布區域。受到當地地質條件、地形結構及其它客觀因素如自然條件等影響，地層容易出現許多裂縫，直接或間接地對頁巖氣開發造成了影響。再加上四川盆地中泥頁巖地層是頁巖層的主要構造，在實際鉆井開發過程中多次出現縮徑、坍塌事件，對后期工作帶來較大難度和影響，同時也在一定程度上延長了鉆井周期，造成開發成本的提高。

3.2水平井井眼軌跡復雜程度高

為了維持開采現場工作的有序性同時提高油氣開采工作的有效性需要對井場數量進行控制。在此過程中，單井占地面積的控制也是十分重要的，它能夠對企業經濟收益產生直接影響。一般來說，叢式水平井是鉆井開采的主要工作方式，井眼軌跡的出現提高了這一工作的復雜程度。

4 四川盆地頁巖氣開發鉆井技術對策

4.1深入研究鉆井地質特征

深化研究鉆井地質特征需要考慮上部地層出水及出氣規律的影響。現階段，我國對于上部地層出水及出氣規律的情況掌握大多是通過累積的資料結合實際采井的工作經驗分析出來的。通過數據分析等掌握相對客觀的發展規律，為研究人員的鉆井位置及鉆井方式的選擇提供理論依據確保四川盆地頁巖氣開發速度的穩步提升。

其次，頁巖地層水化反應的發生也是開采過程中的主要問題之一。目前來說，我國地質研究人員解決這一問題的方法就是深入了解并分析頁巖層理化與鉆井液之間的相互作用，從而對頁巖層可能發生的水化反應進行推理。這樣，研究人員就能夠實時掌握鉆井工作狀態，對可能發生的地層坍塌進行預估。由于四川盆地本身就具備低滲透屬性，水基泥漿的應用很容易對產能造成影響，但水化反應問題的解決還可以利用油基泥漿代替水基泥漿，油基泥漿能使毛管壓力受到有效阻止，油基泥漿還對頁巖氣儲層能起到很好的保護作用。基于此，油基泥漿越來越多的應用到了四川盆地的頁巖氣開發鉆井中。

再次，頁巖地層壓力體系的維持也是解決頁巖層井壁穩定性差的關鍵因素，研究人員同樣是通過對相關數據進行深入分析研究的，在一定程度上提高了地層壓力的測算精度，為開采過程中工作人員科學指導提供依據。

4.2優化三維長水平段水平井井眼軌道設計

頁巖層井眼軌道設計的主要依據是地層自然造斜規律，通過這一規律相關研究人員能夠設計出合理性強的三維井眼軌道。在此過程中需要重點對地質特點進行深入分析，然后對鉆頭與地層之間的作用力進行深入思考。要想提高三維井眼軌道設計的精確程度就需要綜合考慮井下的具體情況及鉆具作業的合理性。一般來說，鉆井工作的進行多采用復合型鉆井技術，特別是對于四川盆地這種研磨性較強、地形比較復雜的地區來說，針對性強的復合型鉆井技術無疑是最好的選擇。

4.3防漏防堵技術的應用

四川盆地由于地質結構比較復雜，且表層裂縫發育較為豐富，頁巖氣鉆井過程中常常出現漏失的問題，盆地部分地區水源不足，鉆井工作進行難度較大。例如四川的威遠-長寧一帶就是裂縫發育豐富的典型代表，井漏、井涌等現象屢見不鮮。因此，在鉆井開采過程中有必要使用防漏防堵技術解決此類問題。首先，針對盆地表層及上部發生地層漏失的地區可采用無固相與空氣鉆井技術相結合的方式;對于地層漏失、坍塌井涌等情況比較嚴重且復雜的地區，優質防塌鉆井液蓋帽等強鉆技術的使用是十分有效的。若山上高部位淺層地表或油氣層上部深層地表發生漏失、井涌等現象，清水強鉆技術的使用也可以有效解決這一問題。鉆井過程中出現的小范圍的地表漏失的現象可采用隨鉆堵漏的方法，中漏失復雜情況的解決最好采用復合型堵漏的方式。

4.4頁巖氣固井技術的應用

前文提到，我國頁巖氣固井技術發展并不成熟，在加上頁巖儲層低空滲透特點十分突出，導致多數頁巖氣鉆井開采必須借助壓裂等增產手段，這就對固井質量提出了更高的要求。現階段，我國所使用的固井配套技術主要有以表面活性沖洗液為主要工具，促進井壁和套管壁潤濕程度改變同時改變親油性質，使第一、第二膠結面膠結強度大幅度提高的方法，利用流變性的性質，以頂替液的動切力、塑性粘度等為入手點使其與頂替液的參數存在一定差距，形成流變性極差從而實現固井技術的有效驅替。頂替液之間密度差的縮小也能夠對頂替效果產生一定程度的影響。韌性水泥漿體系的應用也是固井的主要配套技術之一。該體系在鉆井開采中的應用能夠有效提高鉆井技術的防竄性能，使水泥石材料的動態力學性能得到優化，有助于水泥石抗沖擊破壞能力的提升且在交變應力的影響下固井質量也能夠有所提升。

綜上所述，四川盆地頁巖氣鉆井技術的難點主要集中于泥頁巖地層井壁與水平井井眼軌道兩方面。雖說經過一段時間的發展積累了一定的實戰經驗，但對四川盆地典型開發區地層特征等依然缺少系統認識。近年來我國經濟、政治等的發展取得了巨大的成功，但與此同時，資源短缺問題也越來越明顯，新能源的挖掘是實現人類可持續發展的必然結果。頁巖氣作為全球環保性較強的寶貴資源之一，在解決能源短缺方面能夠起到極大作用。在頁巖氣技術優化與升級方面我國還受到多種因素的限制，在提高鉆井技術方面還任重而道遠。因此，需要國家及各地區政府給予科研人員及相關工作人員一定的支持，促進頁巖氣行業在我國的迅速發展，從而為我國石油天然氣能源帶來巨大的經濟效益。

（中石化勝利石油工程有限公司西南分公司，四川 德陽 618000）