頁巖氣水平井鉆完井關(guān)鍵技術(shù)研究

摘 要：針對頁巖氣水平井鉆完井作業(yè)過程中的關(guān)鍵技術(shù)問題，本次研究結(jié)合我國頁巖氣水平井鉆完井技術(shù)現(xiàn)狀，首先對頁巖氣水平井鉆完井技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢進(jìn)行簡單分析，在此基礎(chǔ)上，對頁巖氣水平井鉆完井關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行深入研究，為推動我國頁巖氣水平井鉆完井技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展奠定基礎(chǔ)。研究表明：頁巖氣儲層與常規(guī)天然氣存在較大的差別，因此，頁巖氣需要采用獨特的開發(fā)方式;在對頁巖氣進(jìn)行開發(fā)的過程中，井眼方位的選擇、井身結(jié)構(gòu)設(shè)計、軌跡控制技術(shù)以及完井技術(shù)等屬于頁巖氣水平井鉆完井作業(yè)過程中的關(guān)鍵技術(shù)。

關(guān)鍵詞：頁巖氣;水平井;鉆完井;應(yīng)用優(yōu)勢;關(guān)鍵技術(shù)

0 引言

隨著社會對能源需求量的不斷提升，常規(guī)天然氣的產(chǎn)量已經(jīng)無法滿足社會進(jìn)步的需要，因此，對非常規(guī)天然氣進(jìn)行探勘和開發(fā)十分關(guān)鍵。頁巖氣屬于非常規(guī)天然氣的一種類型，頁巖氣的儲量相對較為樂觀，對頁巖氣進(jìn)行有效的開發(fā)十分重要，有利于滿足我國社會進(jìn)步對能源的需求[1]。近些年來，我國已經(jīng)加快了對頁巖氣的勘探和開發(fā)，頁巖氣與常規(guī)的天然氣相比具有非常明顯的差別，因此，頁巖氣開發(fā)的過程中所采用的技術(shù)與常規(guī)天然氣開發(fā)也存在較大的差別。本次研究主要是對頁巖氣水平井鉆完井關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行多方面的研究，全面推動頁巖氣開發(fā)的進(jìn)一步發(fā)展。

1 頁巖氣水平井鉆完井技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢

從儲層角度分析，頁巖氣所處的地層與常規(guī)天然氣相比存在較大的差別，其中，頁巖氣儲層內(nèi)非均質(zhì)性非常的明顯，受到儲層因素的影響，使得頁巖氣的開發(fā)技術(shù)與常規(guī)天然氣相比存在較大的差距，目前在對頁巖氣進(jìn)行開發(fā)的過程中，最常見的技術(shù)為水平井技術(shù)。在使用水平井技術(shù)的過程中，氣井可以穿過較多的地層，可以對天然氣地層中的裂縫進(jìn)行全面的利用[2]。如果頁巖氣處于泥頁巖的地層之中，則其垂直裂縫的發(fā)育狀況相對較好，頁巖氣主要是以游離狀態(tài)處于這些天然的地縫之中，通過使用水平井技術(shù)，可以穿過更多的裂縫，這對于頁巖氣的開采而言十分有利。在另一方面，采用水平井技術(shù)還可以提升壓裂增產(chǎn)的質(zhì)量，一般情況下，頁巖氣的儲量主要是受到地層中裂縫數(shù)量的影響，如果使用垂直井對頁巖氣進(jìn)行開發(fā)，則氣井將會與地層中的最大應(yīng)力方向相互平行，在進(jìn)行壓裂作業(yè)的過程中，裂縫將會沿著地層中最大應(yīng)力的方向逐漸伸展，因此，垂直井對于頁巖氣的壓裂增產(chǎn)十分不利。在使用水平井技術(shù)對頁巖氣進(jìn)行開發(fā)的過程中，最好可以根據(jù)地層中最小的應(yīng)力方向?qū)圻M(jìn)行布置，在進(jìn)行壓裂作業(yè)的過程中，產(chǎn)生的裂縫需要與水平井相互垂直，這可以有效的提升壓裂作業(yè)質(zhì)量。如果在對頁巖氣進(jìn)行開發(fā)的過程中，直井無法起到很好的開發(fā)效果，則使用水平井技術(shù)以后，頁巖氣的開采量將會得到明顯的提升。綜合而言，水平井技術(shù)是一種對頁巖氣進(jìn)行開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)，水平井技術(shù)的使用可以使得頁巖氣的開發(fā)效率和開發(fā)效果得到明顯的提升，這對于我國能源領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展十分有利[3]。

2 頁巖氣水平井鉆完井關(guān)鍵技術(shù)分析

2.1 井眼方位的選擇

在使用水平井技術(shù)對頁巖氣進(jìn)行開發(fā)的過程中，首先需要對井眼的方位進(jìn)行選擇，如果井眼的方位選擇不合理，則會對后期的壓裂作業(yè)產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。在進(jìn)行井眼選擇的過程中，首先應(yīng)該選擇裂縫發(fā)育相對較好、脆性物質(zhì)含量相對較高以及應(yīng)力相對較低的位置，這些區(qū)域的孔隙度發(fā)育相對較好，可以為后期的壓裂作業(yè)奠定基礎(chǔ)。在另一方面，為了使得水平井可以穿越更多的地層以及縫隙，水平井的井眼需要與最小主應(yīng)力的方向保持相同。同時，在進(jìn)行水平井鉆井作業(yè)的過程中，鉆井的方向需要與裂縫網(wǎng)絡(luò)平行的方向基本保持一致，這樣可以使得橫向裂縫的數(shù)量增加，誘導(dǎo)裂縫將會與地層中的天然裂縫連通，天然氣與裂縫之間的接觸面積也會增加，進(jìn)而使得頁巖層的開采效率得到有效的提升。

2.2 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計

在對頁巖氣進(jìn)行開發(fā)作業(yè)的過程中，井身的結(jié)構(gòu)設(shè)計也十分重要，與常規(guī)天然氣相比，頁巖氣的解析速度相對較慢，但是其擴(kuò)散速度相對較快，因此，頁巖氣的開發(fā)時間相對較長，一般情況下，頁巖氣水平井的壽命可以超過25年，因此，在對頁巖氣水平井的井身進(jìn)行設(shè)計的過程中，需要考慮多次壓裂作業(yè)的基本需求，同時需要保證水平井的壽命可以達(dá)到50年以上。在另一方面，在進(jìn)行頁巖氣生產(chǎn)作業(yè)的后期階段，需要對其進(jìn)行加砂壓裂作業(yè)，該種類型的作業(yè)對套管以及套管頭的要求相對較高，需要保證具有很強(qiáng)的承壓能力，固井的質(zhì)量要求也相對較高。同時，在對頁巖氣水平井的井身進(jìn)行設(shè)計的過程中，需要充分利用三維技術(shù)，對地層的狀況進(jìn)行全面的分析，及時了解地層中應(yīng)力以及鉆井軌跡的變化情況，盡可能保證井身與地層中的最大應(yīng)力方向相互垂直，使得井筒與裂縫的接觸面積增加，這是打開較多儲層的良好方法，在較多的儲層都被打開以后，頁巖氣的產(chǎn)量必然會大幅提升，同時，頁巖氣的開發(fā)效率將會提高，開發(fā)成本將會降低。

2.3 軌跡控制技術(shù)

在進(jìn)行頁巖氣水平井鉆完井作業(yè)的過程中，對鉆井的軌跡進(jìn)行準(zhǔn)確的把控十分重要，目前，受到導(dǎo)向工具快速發(fā)展的影響，工作人員已經(jīng)可以對水平井的軌跡進(jìn)行準(zhǔn)確的把控，同時，工作人員還可以對鉆井的軌跡進(jìn)行合理的優(yōu)化。如果水平井中水平段的距離相對較短，地層中的均質(zhì)性相對較好，則在進(jìn)行軌跡控制的過程中，工作人員可以使用最為普通的工具進(jìn)行造斜作業(yè)。如果水平井中水平段的距離相對較長，同時地層中的狀況相對較為復(fù)雜，則工作人員可以使用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向的工具進(jìn)行鉆井作業(yè)，此時形成的井眼將會更加的光滑。如果使用常規(guī)的技術(shù)進(jìn)行定向鉆井作業(yè)，則其作業(yè)的質(zhì)量將會受到多方面因素的影響，例如在進(jìn)行造斜作業(yè)的過程中，造斜的質(zhì)量會受到工具旋轉(zhuǎn)或者工具滑動的嚴(yán)重影響，如果井眼的軌跡相對較為復(fù)雜，則其橫向位移將會受到地層中阻力的嚴(yán)重影響，進(jìn)行測井作業(yè)的難度將會嚴(yán)重增加。因此，如果水平井中的狗腿度相對較小，則鉆井作業(yè)可以使用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向的工具，使用該種類型的鉆井工具以后，鉆井作業(yè)的效率將會大大提升，井眼的質(zhì)量也會得到明顯的提高，在進(jìn)行下套管作業(yè)的過程中，出現(xiàn)風(fēng)險問題的概率將會大大降低，設(shè)備的鉆進(jìn)速度將會大大增加，水平井的建設(shè)周期將會得到明顯的縮短，整個項目的成本也將會大大降低。綜合而言，在進(jìn)行鉆井作業(yè)的過程中，工作人員需要根據(jù)現(xiàn)場的實際情況，對鉆井工具以及軌跡控制技術(shù)進(jìn)行合理的選擇。

2.4 完井技術(shù)

對于頁巖氣所處的儲層而言，由于其物性相對較差，所以儲層中的滲透率相對較低，一般情況下，頁巖氣氣井基本都沒有自生產(chǎn)的能力，因此，在對頁巖氣進(jìn)行開發(fā)的過程中，需要進(jìn)行壓裂增產(chǎn)作業(yè)，因此，在對頁巖氣水平井進(jìn)行完井作業(yè)的過程中，需要對壓裂增產(chǎn)的措施進(jìn)行全面的考慮，水平井對于完井技術(shù)的要求相對較高，完井作業(yè)也是鉆完井施工過程中的重要步驟，完井作業(yè)的質(zhì)量會對頁巖氣的采收率產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，目前常見的完井作業(yè)方法主要有分段射孔完井、機(jī)械形式的完井以及組合式的完井，工作人員需要根據(jù)現(xiàn)場的實際情況，對完井作業(yè)的方法進(jìn)行合理的選擇。

3 結(jié)論

通過本次研究可以發(fā)現(xiàn)，受到頁巖氣儲層內(nèi)非均質(zhì)性非常的明顯等多方面因素的影響，水平井技術(shù)成為了頁巖氣開發(fā)過程中的重要技術(shù)，使用水平井技術(shù)對其進(jìn)行開發(fā)，能有效的提高頁巖氣的產(chǎn)量以及開發(fā)效率，同時，井眼方位的選擇、井身結(jié)構(gòu)設(shè)置、軌跡控制技術(shù)以及完井技術(shù)等屬于頁巖氣水平井鉆完井作業(yè)過程中的關(guān)鍵技術(shù)，在進(jìn)行頁巖氣開發(fā)的過程中，需要對這些關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行精確的把控和合理的選擇。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳安明，張輝，宋占偉.頁巖氣水平井鉆完井關(guān)鍵技術(shù)分析[J].石油天然氣學(xué)報，2012，34（11）：98-103.

[2]楊松.頁巖氣水平井鉆完井和水力壓裂技術(shù)[J].油氣地球物理，2013（02）：9-11.

[3]薛彥生.解析頁巖氣水平井鉆完井和水力壓裂技術(shù)[J].中國科技縱橫，2013（23）：154.

作者簡介：

劉巖（1981- ），男，遼寧昌圖人，助理工程師，從事鉆井工程技術(shù)服務(wù)工作。