探討深層頁巖氣開發關鍵技術難點與攻關方向

張鵬翔 王君 楊曉博

摘要：文章以開發深層頁巖氣為落腳點，在對工作所面臨技術難點進行簡要說明的基礎上，圍繞未來攻關方向展開了討論，內容涉及構件復雜縫網、打造長水平井等方面，供相關人員參考。

關鍵詞：攻關方向;開發難點;深層頁巖氣

前言：在頁巖氣技術持續發展的背景下，相關水平井數量較過去有所增加，對深層頁巖氣進行開發是大勢所趨。要想使開發效益達到預期，關鍵是準確掌握現有技術難點，綜合考慮多方因素，對攻關方向及策略加以確定。

1深層頁巖氣開發技術難點

1.1壓裂工程

首先，深層頁巖儲層的應力較差，增加了復雜縫網形成的難度，水力裂縫的延伸方向往往與主應力方向重合，難以做到轉向及擴展，裂縫所展現出復雜程度，通常無法達到理想狀態。其次，受閉合應力高、破裂壓力高的影響，對裂縫進行起裂并延伸的難度較大，所形成裂縫多為狹長縫。最后，彈性模量高、閉合應力高的特點，在無形中提高了加注支撐劑的難度，對導流能力理想的裂縫進行打造的難度隨之增加。

1.2鉆井工程

深層頁巖儲層的開發對象較為復雜，現有工具及技術在適應性方面的表現往往不盡如人意，由此而帶來的問題，主要有鉆井速度慢、鉆遇率偏低等。具體難點如下：一方面，在常溫環境下，現有導向工具所能發揮作用有限，不僅無法有效控制鉆進軌跡，還會給鉆進效率造成不利影響。另一方面，在非均質性、構造復雜等因素的影響下，儲層鉆遇率始終難以得到提高，只有將鉆遇率提高至80%以上，才能使壓裂改造及后續工作得到安全且有序的開展[1]。

1.3氣藏工程

其一，深層頁巖空隙內部CH4，其力學參數極易被孔徑影響，不同形狀的孔隙，通常對應不同相態的CH4。在不確定開發規律的前提下，對生產制度進行制定，通常無法保證相關制度可發揮出應有作用。其二，深層頁巖儲存內部氣體的流動規律有待探索，氣體流動情況往往由孔隙大小所決定。其三，深層頁巖氣對應地質條件十分復雜，僅憑借現有經驗進行開發，其效果難以得到保證，要想解決該問題，關鍵是要從井距、開發方式出發，對開發技術加以完善。

2深層頁巖氣開發攻關方向

2.1構建復雜縫網

深層頁巖所在地質環境的特點，主要是破裂壓力高，地應力高，溫度高。這也是其具有非線性斷裂和脆性弱等特征的主要原因，通過人工的方式，對復雜縫網進行構建，其難度有目共睹。要想將彈性模量高、天然裂縫所造成影響降至最低，一方面要對加砂量進行提高，另一方面要使裂縫所具有導流能力達到預期。相關研究的重點如下：首先，以高應力和高溫為前提，對巖石結構、力學參數和巖性的關系進行研究，對可準確揭示斷裂機制的模型進行建立。其次，對力學表征進行深入分析，確保層理弱面所具有抗拉強度等特性均可得到精細描述，由此來達到對各類天然裂縫、礦物所構成層理弱面在力學性質方面所存在差異進行揭示的目的。最后，為保證處于高應力和高溫環境的裂縫，其導流能力可得到應有控制，關鍵是將測試導流能力的工作提上日程，結合測試結果對模型進行建立，確保可給導流能力帶來影響的因素以十分直觀的方式被展示出來，在此基礎上，對鋪砂濃度、工作所用支撐劑進行調整，通常可取得事半功倍的效果。

2.2打造長水平井

要想使深層頁巖氣得到充分開發，關鍵是要有長水平井提供支持，通過對鉆井品質進行提高的方式，使其滿足成本低廉、鉆遇率高以及水平段長的要求。攻關方向如下：其一，模擬井底溫度場并引入降溫系統，使工作人員對井底溫度的影響因素和變化規律有全面了解，在此基礎上，以地質條件為依據，利用現有導向工具完成分段設計工作，輔以必要的降溫及抗溫措施，在保證鉆進軌跡得到有效控制的基礎上，使鉆進速度達到預期水平。其二，以提高鉆遇率為目標，基于三維導向技術對地質模型進行構建，對頁巖氣井優勢加以利用，保證地質模型符合施工進度，通過實時調整鉆進軌跡的方式，使精準追蹤優質儲層的設想成為現實[2]。其三，對長水平井進行鉆井施工的關鍵是減摩降阻，在對鉆井液所具有潤滑性、穩定性進行強化的基礎上，通過優化井眼軌跡、引入凈化工藝的方式，確保井筒清潔度達到預期。

2.3更新滲流技術

對開發機理可使最終開采量得到準確估算，基于此對開發方案和技術進行制定，通常能夠取得理想效果。攻關方向如下：一是借助微觀實驗，對巖心孔隙和界面特征進行評價，對動力學模型進行建立，對不同壓力條件、儲層溫度下，甲烷所展現出賦存狀態進行模擬，綜合考慮氣體產出機理、流動能力等因素，確定可被用來預測產能的模型，利用歷史數據修正相關模型，保證產量預測結果最大程度接近實際情況。二是綜合考慮特殊流動相關數值，對關鍵參數進行優化，使井距更加合理，加大對加密井是否可行進行研究的力度，確定可使該方案價值得以實現的井距和加密時機。三是調整排采制度內容，針對氣體、液體流動機理開展實驗，在明確置換機理的基礎上，對置換時機、燜井時間加以確定。以流動規律為依據，對氣井實際攜液能力進行判斷，綜合考慮應力敏感特點等因素，確定符合氣井實際情況的生產與返排制度，使氣井配產得到優化，其EUR自然可以得到顯著提高[3]。

結論：我國擁有豐富的深層頁巖氣，由于相關資源所在地區的構造普遍十分復雜，對其進行開發的難度不言而喻。要想實現大規模開發的目標，相關人員應對壓裂、鉆井和排采引起重視，結合理論與技術發展情況，在將瓶頸問題攻克的基礎上，酌情引入立體開發和重復壓裂等技術，打造與國情相符的開發體系，為資源的大規模開發助力。

參考文獻：

[1]王建龍，馮冠雄，劉學松，等.長寧頁巖氣超長水平段水平井鉆井完井關鍵技術[J].石油鉆探技術，2020（5）：9-14.

[2]段華，李荷婷，代俊清，等.深層頁巖氣水平井"增凈壓、促縫網、保充填"壓裂改造模式——以四川盆地東南部丁山地區為例[J].天然氣工業，2019，039（002）：66-70.

[3]李國欣，羅凱，石德勤.頁巖油氣成功開發的關鍵技術，先進理念與重要啟示——以加拿大都沃內項目為例[J].石油勘探與開發，2020（4）：739-749.