中國頁巖氣鉆井工程標準體系評價及建議

李紫劍 蘇昱 羅越耀 沈欣宇

摘 要：隨著我國天然氣的對外依存度持續增加，頁巖氣的高效開發對中國的經濟發展、減少碳排放、能源結構調整和能源安全具有重要意義，其中鉆井工程是頁巖氣開發的重要組成部分。為了給頁巖氣安全高效開發提供技術支持，進一步完善頁巖氣鉆井工程標準體系，本文總結了目前的頁巖氣與頁巖氣鉆井工程標準體系建設的進程，綜合考慮頁巖氣開發的特點和現場工區的實際情況，針對目前已發布的鉆井工程相關的頁巖氣鉆井工程標準進行了適應性評價，分析了頁巖氣鉆井工程標準體系進一步的需求，并對已發布的頁巖氣鉆井標準體系給出了建議。目前頁巖氣鉆井工程的相關標準尚存在一些問題，先進技術不斷在現場應用與普及，建議根據工區實際情況和頁巖氣鉆井的技術要求進行適當修訂。

關鍵詞：頁巖氣，鉆井工程，標準化，標準體系

DOI編碼：10.3969/j.issn.1002-5944.2023.21.001

Evaluation and Suggestion of Chinas Standards System on Shale Gas Drilling Engineering

LI Zi-jian SU Yu LUO Yue-yao SHEN Xin-yu*

（Engineering Technology Research Institute of Petro China Southwest Oil & Gasfi eld Company）

Abstract： As Chinas dependence on imported natural gas continues to increase， the efficient development of shale gas is of great significance to Chinas economic development， carbon emission reduction， energy structure adjustment and energy security， of which drilling engineering is an important part of shale gas development. In order to provide technical support for the safe and effi cient development of shale gas， and further improve the shale gas drilling engineering standards system， this paper summarizes the current construction process of engineering standards system for shale gas and shale gas drilling， considers the characteristics of shale gas development and the actual situation of the working area， and evaluates the adaptability of the currently published standards for shale gas drilling engineering. It also analyzes the further needs of the shale gas drilling engineering， and provides suggestions for the published standards system of shale gas drilling engineering. At present， there are still some problems in the standards on shale gas drilling engineering， while the technologies are being applied and promoted in the fi eld. The paper suggests making appropriate revisions according to the actual situation in the fi eld and the technical requirements of shale gas drilling.

Keywords： shale gas， drilling engineering， standardization， standards system

0 引 言

頁巖氣是一種自生自儲的非常規油氣資源，對中國能源結構調整具有重要意義[1-2]。我國擁有豐富的頁巖氣資源量，2021年中國頁巖氣新增探明地質儲量為7454億立方米，是傳統天然氣能源的有力補充。近年來我國頁巖氣勘探開發連續取得重大突破。中國首個商業開發大型頁巖氣田，即江漢油田涪陵頁巖氣田生產頁巖氣累計超過400億立方米[3]。2023年，我國頁巖氣勘探開發首次在四川盆地寒武系地層勘探取得重大突破，開辟了四川盆地頁巖氣規模增儲上產新的陣地。目前中國已成為北美之外全球最大的頁巖氣生產國。

隨著我國頁巖氣產業快速發展，3500米深度以內的頁巖氣已邁入規模化開采的階段[1-2]。通常，垂深超過3500米的頁巖氣，被定義為深層頁巖氣。我國垂深大于3500米的深層/超深層頁巖氣資源十分豐富，資源量為308千億立方米，深層頁巖氣資源量占總資源量的65%以上[4]，四川盆地南部筇竹寺組和五峰組-龍馬溪組深層頁巖氣資源開采有利區面積分別占總區塊面積的94%和82%，深層頁巖氣將是今后頁巖氣勘探開發的重點[5]。

目前已有美國、加拿大、中國和阿根廷4個國家擁有商業頁巖氣生產，預計隨著頁巖氣開發技術的發展與普及，其他國家（主要是墨西哥和阿爾及利亞）的頁巖氣資源開發程度也會逐漸上升。預計到2040年，這6個國家將占全球頁巖氣產量的70%[6]。

1 頁巖氣標準國內外研究現狀

1.1 頁巖氣國際標準現狀

由中國石油西南油氣田分公司天然氣研究院牽頭制定的國際標準ISO 7055：2023《天然氣 上游領域 滑溜水降阻性能測試方法》已獲得ISO國際標準化組織批準，于2023年8月正式發布。這是頁巖氣領域的首項國際標準，也是我國在頁巖氣國際標準領域取得的重要突破，有力支撐了我國頁巖氣技術在國際市場的競爭。此外，能源行業頁巖氣標準化技術委員會（以下簡稱頁巖氣標委會）還協同中石油、中石化等石油天然氣企業，提出了《滑溜水性能測試和要求》《頁巖氣儲層孔隙結構和礦物含量測定 掃描電鏡法》等6項ISO工作項目提案[7]。

1.2 美國頁巖氣標準現狀

國際上建立的頁巖氣相關標準，以美國標準為主。美國標準通常分為四種：國家標準、政府各部門標準、專業標準（或行業標準）、公司標準。美國沒有成立專門從事頁巖氣技術和標準化的協會或機構。與頁巖氣開發相關的標準是由涉及頁巖氣產業鏈各個專業和領域特點的相關的協會制定的，而這些針對頁巖氣新制定的標準主要集中在水力壓裂和頁巖氣儲量評價方面，如美國石油學會API（American petroleum Institute）制定了頁巖氣水力壓裂的標準，美國石油工程師協會SPE（Society of Petroleum Engineers）與國際經濟地質學家協會SEG（Society of Economic Geologists）共同制定了頁巖氣資源和可采儲量評價的標準。頁巖氣開發的其他環節主要使用現有的常規油氣標準。頁巖氣鉆井工程的相關標準主要由美國石油學會API制定。在標準之外，美國很多涉及安全環保健康和節能的要求（如油氣井選址和間距，水資源管理和場外固體處置）是通過國家和各州的法規與許可來進行規定的。而我國更多地采用了強制性國家標準和行業標準、地方標準的形式來予以規定[8]。

1.3 中國頁巖氣標準現狀

為促進中國頁巖氣標準化的發展，規范頁巖氣勘探開發利用，提高頁巖氣開發的環保和安全，加強對頁巖氣產業的監管與規范，2013年7月，國家能源局批復成立了頁巖氣標委會（NEA/TC 26），負責能源行業頁巖氣技術標準的歸口管理工作，研究建立頁巖氣全產業鏈技術標準體系，開展頁巖氣通用及基礎標準研制，協調與天然氣標準化技術委員會等相關標委會的關系，共同開展頁巖氣某一專業技術領域標準的制修定等標準化工作[7]。目前，頁巖氣標委會牽頭建立的頁巖氣技術標準體系覆蓋了頁巖氣全產業鏈各個技術環節，涉及頁巖氣地質分析、地震與測井、鉆井工藝、儲層改造、氣藏開發、安全清潔生產等頁巖氣勘探開發過程，以及經濟核算與HSE管理等支撐環節，整體技術達到國際先進水平，有力支撐了我國頁巖氣產量由2015年的45億立方米提高到2022年的240億立方米，較2015年增加433%，較2018年增加122%，占天然氣（含非常規天然氣）產量的11%[9]。我國頁巖氣標準從2015年開始發布，圖1展示了我國頁巖氣標準總數逐年的增長（僅統計天然氣標委會和頁巖氣標委會發布的標準）。

2 頁巖氣鉆井工程標準分類總結

頁巖氣鉆井技術標準所覆蓋的專業方向可以分為鉆前工程、鉆井設計、鉆井過程、井控、鉆井液、錄井、固井、HSE管理、經濟核算。現有頁巖氣鉆井技術標準共27項，其中5項國標，22項行標，如表1所示。每一項標準涉及的頁巖氣鉆井工程專業方向在表1中列出。可以看出目前我國已經形成了比較完善的頁巖氣鉆井技術國標/行標體系，比較全面地覆蓋了頁巖氣鉆井工程涉及的各個專業方向。

3 頁巖氣鉆井工程標準評價建議

3.1 現有標準體系應結合工程技術進步及時修訂

隨著技術進步，現有標準的部分條款與頁巖氣鉆井工程的現場實際情況存在不一致。在現場情況和行業通行做法合理的情況下，現有標準需要進行更新與修訂，使標準能夠落地，以便更好地指導頁巖氣鉆井工程的現場工作。例如，在NB/T 10252-2019《頁巖氣水平井鉆井作業技術規范》[10]中，要求“完鉆電測連續測斜距離讀值不超過25 m，特殊情況加密測斜”，目前頁巖氣井普遍采用隨鉆測量，測量間距短，數據齊全。所以標準要求的電測連續測斜數據比隨鉆測量測斜數據誤差更大。建議水平井完鉆后以隨鉆測量數據為準，不電測井斜方位數據。在NB/T 10252-2019《頁巖氣水平井鉆井作業技術規范》[10]中對頁巖氣鉆井中彎殼體動力鉆具復合鉆進轉盤轉速給出了推薦值，但是隨著技術的進步，目前頁巖氣鉆井現場頂驅逐漸普及，施工方也在越來越多地使用強化鉆井參數。建議在標準中增加適用于頂驅復合鉆進，并能體現強化鉆井參數的推薦值。

有些標準在文中引用了其他現有標準，但是其他標準可能已經被更新的標準取代，或規定范圍與更晚發布的標準有重疊。例如在NB/T 14012.2-2016《頁巖氣工廠化作業推薦作法第2部分：鉆井》[11]中規定井控的相關要求應參考SY/T 6426-2005《鉆井井控技術規程》，而目前SY/T 6426-2005《鉆井井控技術規程》[12]發布時間較久，雖然尚未廢止，但內容與GB/T 31033-2014《石油天然氣鉆井井控技術規范》[13]基本重疊，且后者發布較晚，屬于國標。所以建議NB/T 14012.2-2016《頁巖氣工廠化作業推薦作法第2部分：鉆井》[11]應引用更新的國標GB/T 31033-2014《石油天然氣鉆井井控技術規范》[13]。

3.2 部分技術指標應體現頁巖氣特殊性

現有標準在設定指標時，有些指標設置值過于嚴格，或仍然沿用常規油氣鉆井標準，不符合頁巖氣鉆井工程的特點，以至于無法有效指導頁巖氣鉆井工程。所以建議指標應該根據頁巖氣鉆井工程實際需要，對現有標準中的指標進行相應的修改，以便更好地指導頁巖氣鉆井工程的設計與施工。例如在NB/T 14009-2016《頁巖氣 鉆井液使用推薦作法油基鉆井液》[14]中，推薦油基鉆井液性能為：高溫高壓（120℃）濾失量≤5。在實際頁巖氣鉆井中，此指標較為寬泛，會導致油基鉆井液濾失量大，不能滿足油基鉆井液的入井性能要求。

3.3 標準之間應避免重復和沖突

在現有標準中，針對某些指標，不同的標準都同時作出了規定，有時不同標準的規定還有沖突。有些技術要求雖然已經在現有標準中作出了規定，但是技術要求的歸類錯誤，可能會造成認識不清和技術實施主體混淆，不利于現場作業與管理。建議把同一個技術方面的內容在單獨一項標準中作出規定，其他標準引用此標準而不另外作出規定；對同一技術內容的要求有沖突的標準，應該在考慮工區實際情況和技術科學性的前提下將標準規定統一化。例如在標準NB/T 14010-2016《頁巖氣叢式井組水平井安全鉆井及井眼質量控制推薦做法》[15]與NB/T 10252-2019《頁巖氣水平井鉆井作業技術規范》[10]都涉及分段軌跡控制，內容有重復的地方。在NB/T 14012.2-2016《頁巖氣工廠化作業推薦作法第2部分：鉆井》[11]中規定防噴器遠程控制臺距離為25 m，與NB/T 14010-2016《頁巖氣叢式井組水平井安全鉆井及井眼質量控制推薦做法》[15]規定防噴器遠程控制臺距離為15 m有沖突。

有一些標準的內容組織結構可能與同類標準的慣例不一致。在NB/T 14010-2016《頁巖氣叢式井組水平井安全鉆井及井眼質量控制推薦做法》[15]中，4.3條款（二級章節）名為“安全管理”，內容涵蓋健康、安全、環境管理（HSE）。參考其他同類型標準，此內容一般會單獨放在一級章節“健康、安全、環境管理（HSE）”中。可以考慮重新組織內容結構。

3.4 建立針對性頁巖氣井控管理相關標準

頁巖氣由于地質特殊性，自然產能低，通常需要采用體積壓裂才能獲得產能，相比常規天然氣井，鉆井井控風險相對較小，但目前并沒有制定一個涵蓋頁巖氣鉆井各個環節井控要求的標準，僅在其他相關技術標準中部分涉及，井控技術及管理要求主要參照常規天然氣鉆井井控管理規范及各作業公司規范文件執行，綜合考慮鉆井安全及經濟性，有必要建立頁巖氣專項井控管理規范，加強行業統一規范。

4 結 語

（1）在頁巖氣標委會、全國天然氣標準化技術委員會等標準委員會與中石油等石油天然氣企業的協同努力下，我國已經建立了頁巖氣技術標準體系，覆蓋頁巖氣全產業鏈業務發展，涉及頁巖氣地質分析、地震與測井、鉆井工藝、儲層改造、氣藏開發、安全清潔生產等頁巖氣勘探開發過程，整體技術已達到國際先進水平。

（2）在頁巖氣鉆井工程方面，相關技術標準已經比較全面地覆蓋了頁巖氣鉆井工程各個專業方向（鉆前工程，鉆井設計，固井等），為頁巖氣鉆井工程起到了重要的指導和規范作用。

（3）目前頁巖氣鉆井工程的相關標準尚存在一些問題（和現場情況和工程技術進步不一致，設定指標未體現頁巖氣鉆井工程特殊性，現有標準之間重復沖突，以及尚未形成針對頁巖氣鉆井工程井控管理的相關標準），建議根據工區實際情況和頁巖氣鉆井的技術要求進行適當修訂。

（4）建議未來頁巖氣鉆井工程標準相應地要及時更新修訂，并將適用于頁巖氣鉆井工程的科研成果有形化為標準，以適應技術進步在現場的普及應用和未來深層頁巖氣鉆井的需求。未來可形成標準的科研成果，包括旋轉導向、地質導向，深層頁巖氣鉆井提速技術，高性能水基鉆井液等。

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[15]頁巖氣叢式井組水平井安全鉆井及井眼質量控制推薦做法：NB/T 14010-2016[S].

作者簡介

李紫劍，博士，博士后，主要從事鉆井工程與巖石力學研究。

蘇昱，博士，博士后，主要從事鉆井工程與井控研究。

羅越耀，本科，工程師，主要從事鉆井工程與鉆井工藝研究。

沈欣宇，通信作者，碩士，高級工程師，主要從事鉆井工程研究與科研管理。

（責任編輯：袁文靜）