頁巖油高效開發鉆井完井關鍵技術探析

黃善國

（大慶油田頁巖油勘探開發指揮部，黑龍江大慶163000）

頁巖油是一種滲透率極低的暗色泥頁巖與泥質粉砂巖夾層中的石油，隨著最近科技的不斷進步，鉆井完井技術的不斷創新，國際上頁巖油的產量不斷增加，對世界能源的格局有著很大的影響。頁巖油鉆井完井技術涉及的內容比較多，是促進頁巖油開發效率和經濟效益提升的重要措施，本文主要闡述了頁巖油的含義與基本特征，對頁巖油高效開發鉆井完井關鍵技術進行分析研究，明確了我國頁巖油鉆井完井技術的發展方向。

1 頁巖油的含義與基本特征

頁巖油主要儲存在裂縫、孔隙空間中，是一種從有機質頁巖地層中開采出來的原油，頁巖油有著特低滲透、連續型油藏、特低孔、無運移等特點，頁巖油的生產周期比較長，油質較輕、儲層致密、熱演化程度較高，我國的頁巖油與國外頁巖油存在一定的差異，陸相沉積比較明顯。

2 頁巖油高效開發鉆井完井關鍵技術

2.1 儲層甜點評價與識別技術

（1）儲層甜點評價指標。頁巖油經濟開發中的兩個重要因素就是工程甜點及地質甜點，地質甜點主要指的就是對經濟開發區域或者層段使用水力壓裂增產措施，對地質甜點產生影響因素較多，主要為孔隙度、地層厚度、有機質含量、礦物成分、含油飽和度等。工程甜點和水力壓裂的成功有著密切的關系，對工程甜點產生影響的因素也比較多，主要包括巖石強度、泊松比、地應力方向大小、巖石楊氏模量、天然裂縫密度等。

Score三元相圖泥頁巖分類方法是由Schlumberg?er公司建立的，在圖上清晰地顯示出頁巖區塊的工程甜點和地質甜點，經過我們對影像頁巖地質甜點和工程甜點的因素及礦物進行分析研究，對水平井眼軌跡做出適當的調整，對儲層壓裂層段進行優選。

（2）儲層甜點識別技術。最初我們對頁巖油進行開發勘探時，預測頁巖油甜點主要參考的是地震資料，同時結合元素測井、多極子陣列聲波測井、油基鉆井液側向測井及核磁共振測井技術等。Baker Hughes公司開發研究的油藏地質導向技術，可以對井眼周圍半徑60m以外的地下巖層和流體界面利用深部定向電阻率測量儀隨鉆識別出儲層特性，保障了油井導向與著陸的更加準確，避免鉆井時出現安全隱患。Schlumberger公司研究開發的隨鉆成像技術，能夠對地層層序及地層傾斜特征高分辨率的獲取及分析，評價孔隙結構，定量分析薄層，根據裂縫特征進行地質建模，裂縫分辨率達到了1cm，對復雜裂縫網絡條件的井眼軌跡優化更加方便，單井產量有所提升。Schlumberger公司研究和開發的核磁共振測井儀器在非常規儲層的開發中比較適用，低孔隙度地層中，弛豫時間T1和T2能夠精準地測量出來，分析出孔隙度分布與流體類型之間的聯系，計算出地層條件下的含油體積，對油質儲層有效識別。

2.2 長水平段水平井高效鉆井技術

（1）叢式“井工廠”立體開發技術。叢式水平井是降低井場占地面積、提高油田開發經濟效益的重要技術，一個井場多個儲層，有效地提升單個平臺的作業井數，井間距縮短，頁巖油實現了立體開發，相關鉆進設備、水處理系統、鉆井液罐的使用，節約了作業資金，作業工作效率在學習曲線的應用下有所提升。根據實際的情況找到油藏橫向、縱向上的最優井間距，井組內井數量增加，井間距縮短。

（2）超大規格電驅動鉆機。我們通過對井工廠長水平段水平鉆井作業中鉆機移動系統、高性能鉆井泵、鉆機排管系統、高功率頂驅系統等的完善和創新，實現了作業效率的提升、生產周期的縮短，長水平井段鉆井過程中，超大規模電驅動鉆機的使用，促進了套管及鉆桿速度的提升，環空流速通過高壓泵得到提高，長水平段井眼更加清潔，將額外的動力提供給旋轉導向工具，井底壓力、泵壓、定向工具、機械鉆速在自動化控制系統的控制下，準確度更高。

（3）長水平段水平井井眼軌跡控制技術。長水平段水平井鉆井過程中，經常出現鉆井工具失效，鉆井工具一旦失效就會造成生產周期的延誤，井眼軌跡的控制過程中將傳統的定向工具使用旋轉導向工具替代，機械鉆速提升，井筒與油藏的接觸面積增加。

目前美國頁巖油的開采中，大部分使用的都是旋轉導向系統，尤其是水平段長度超過3km的水平井，應用十分普遍。鉆井施工過程中，近鉆頭高頻測井動態數據實時地傳回到地面，工程師根據定向鉆井儲層隨鉆側錄井資料，控制旋轉導向工具，地質導向在雙向閉環控制下，精度更高，造斜段中靶的幾率更大，水平段在儲層甜點深度窗口內完整穿行。鉆柱的摩擦阻力在超長水平段水平井鉆井施工中有所增加，想要解決摩擦力的問題，就要對傳統的水基鉆井液使用油基鉆井液替代，油基鉆井液與水基鉆井液相比，潤滑性更好，井壁更加穩定。油基鉆井液的成本較高，但是井下故障率降低，綜合效益提升。

2.3 物探—地質—工程一體化技術

頁巖油單井產量一旦缺少一體化方法的指導，遞減的速度就會增加，嚴重的話單井沒有產量。物探—地質—工程一體化技術的主要目標就是采收率的最大化、儲量探明、勘探開發油藏的生命周期等，在油藏評價與工程設計中物探、測井、鉆井、生產數據都起到了十分重要的作用，主要的特點有以下幾個方面：（1）有機結合工程設計與油藏研究，想要提高單井產量、降低建井成本、縮短施工周期、提升勘探開發速度，一體化工程設計與勘探開發是必不可少的；

（2）有機結合前設計和后評估，對單井生產數據綜合評估，在新井的設計中不斷完善創新，制定持續優化油氣藏開發方案；

（3）有機結合區塊綜合研究和關鍵井剖析，點面結合，做到局部以及全局的優化工程設計及總體部署。

非常規優質儲層的選區、井位部署、生產優化、壓裂設計中都離不開工程一體化技術，實現了每個環節之間的無縫連接，主要的步驟分為儲層地質模型的建立、壓裂模擬、油藏網格模型模擬、微地震監測數據校正裂縫模型等，頁巖油區塊的整體經濟效益得到了顯著提升。

3 結束語

我國未來戰略接替資源中，頁巖油占據著重要的地位，我們需要不斷的提高單井產量、降低單井成本，才能實現油田經濟效益的不斷增長。美國頁巖油的開發取得了一定的成績，對世界能源的格局有著重要的影響，我國頁巖油的開發和勘探還處于起步階段，與世界發達國家相比較還存在一定的差距，需要我們學習國外的先進經驗、先進技術，引進先進的設備，不斷地提升頁巖油高效鉆井完井理論知識，降低鉆井完井成本投入，根據我國國情的實際情況，開發研究我國自主的頁巖油高效鉆井完井配套技術，促進我國頁巖油勘探開發的可持續發展。