頁巖氣水平井鉆完井關鍵技術分析

王繼峰 趙棋 顧黎明（新疆貝肯能源工程股份有限公司 克拉瑪依市 834009）

在資源短缺以及環境保護的雙重重壓下，在全球范圍內，非常規能源漸漸成為一個新熱點。頁巖氣的儲量相當的大，在全球中，已經探明的頁巖氣儲量大概是456×1012m3。我國在頁巖氣的開采中，目前處于起步階段，可以說還尚未對頁巖氣的開采進行非常系統性的研究。所以，文章將重點介紹頁巖氣開采的一個核心技術，也就是水平鉆井技術。

一、在進行頁巖氣開采中，水平井的優勢

在儲層方面，頁巖的儲層特點跟常規天然氣的儲層有不同之處，頁巖氣儲層的儲層具有非常強的非均勻質性，這種獨特的儲層特性，在一定程度上就決定了頁巖氣在開采上獨特的開采方式。目前，在對頁巖氣進行開采的過程中，一項核心的技術就是水平井技術。

水平井能夠更多的儲層很好地穿過，對天然裂縫能夠更好的進行利用。在泥頁巖中，發育較好的是垂直裂縫，并且對于很多的頁巖氣，其都是以游離狀態存在于儲層的天然裂縫之中。通過對水平井的運用，就可以對儲層以及儲層中的天然裂縫進行更多層的穿過。

有助于壓裂增產。頁巖氣的產量由儲層裂縫的數量直接決定。垂直井井眼方向平行于地層的最大主應力方向，在進行壓裂的過程中，裂縫在擴展方向上主要沿著地層的最大主應力方向，所以，直井對壓裂增產很不利。水平井在部署井眼方位時，最好是沿著地層的最小主應力方向，在進行壓裂的過程中，裂縫要與井筒交錯或者是垂直相交，這樣就會提高壓裂增產的效果。

在利用直井沒有很大收效的地區，通過水平井技術，其采收率就會得到明顯的提升。水平井的流入狀態是在同一壓力、同一儲層下進行的，較之于直井，在產量上具有顯著的提高。

二、對水平井的優化設計

1.選擇井眼方位

通過對水平井方位的選擇，將會對后期壓裂裂縫在擴展方向上產生重大的影響。在開次頁巖氣的過程中，對水平井方位的選擇，通常選擇脆性礦物、應力較低、裂縫發育程度好、干酪根比較富集以及孔隙度較高的頁巖層區域，進而度后期進行壓裂提供條件。

為了能夠使經井眼穿過更多的裂縫，在理論上，井眼的前方向應該同地層的最小主應力的方向保持一致。對于一般的水平井，在鉆井選擇上，要選擇跟主裂縫網絡系統大體平行的方位，這樣就會產生更多的橫向誘導裂縫，讓誘導裂縫與天然裂縫網絡之間互相連通，使其與氣體之間進行接觸的表面積擴大，進而就會提高采收率。

2.水平井精神結構設置

頁巖氣開采的一個非常關鍵的環節就是對井深結構的設計。因為頁巖吸附氣具有較慢的解析、擴散速度，所以頁巖氣的生產周期就會相對較長，頁巖氣一般有超過25年的壽命。在設計頁巖氣井身結構時，要滿足多次壓裂以及高達50年的生產周期的要求。因為后期要進行加砂壓裂，所以就會對套管以及套管頭在承壓能力方面有很高的要求，固井的質量要非常的好，水泥要返高到地面。在對井身的結構進行設計時，運用三維的地震解釋技術，保證水平軌跡能夠沿著與地層最大水平低壓應力相垂直的方向前進，盡量增加井筒與裂縫之間相交的可能性，最終打開更多的儲層。

3.水平井軌跡控制技術

隨著導向工具以及隨鉆測量技術的發展，能夠基本上對水平井軌跡進行有效的控制，同時對其進行優化。對于水平段較短、儲層均質性良好的水平井，在對其軌跡進行控制的過程中，可以使用普通的造斜工具組合。而對于結構復雜、水平段長的水平井，應該使用旋轉導向鉆井技術，能夠使井眼更為光滑。對于常規的定向鉆井技術，往往會受到以下影響:井筒在造斜過程中,因為旋轉或者是滑動所造成的扭矩以及來自阻力的影響。在井眼軌跡更復雜時，橫向位移可能會受到扭矩以及阻力的限制，對測井難度進一步加大。所以，在狗腿度較小的井鉆進中，旋轉導向系統是很值得采用的。通過對旋轉鉆井導向工具的使用，還能夠節省大量的時間，對井眼質量的提高具有一定的促進作用，對長水平段下套管的風險進行大大的降低，進而加快機械鉆速，對建井周期進行有效地縮短，最終就會降低整體成本。

4.水平井完井技術

頁巖氣儲層具有較差的物性，而且其滲透率非常的低，具有自然生產能力的氣井非常的少．對于一般的頁巖氣井，通常都要對其進行壓裂增產，所以，頁巖氣水平井在完井方式方面，一定要充分考慮到壓裂增產措施。頁巖氣水平井對完井技術具有較高的技術要求，是頁巖氣鉆完井整個施工過程中的一個重要環節，與頁巖氣采收率的多少有著直接的關系。頁巖氣井的完井方式主要包括套管固井后分段射孔完井、裸眼射孔完井、尾管固井后射孔完井、組合式橋塞完井以及機械式組合完井等。

結語

水平井作為頁巖氣開發的一項最為核心的技術，已經在頁巖氣的開采中得到了廣泛地應用。在對頁巖氣水平井的優化設計中，井身的結構設計以及水平井在方位上的選擇是非常關鍵的環節。井眼方位應該與最大主應力方向互相垂直。在進行具體的井身結構設計中，應該充分地考慮到壓裂增產以及生產周期的要求。

我國頁巖氣開發在目前還處于起步階段，所以必須要借鑒美國先進的開采技術，但是，我國的任何一個頁巖氣層都有其獨特之處，只有對頁巖地層特點進行深入地研究，努力研發出一套與我國地質特征相符合的頁巖氣水平井鉆完井技術，才能夠實現我國頁巖氣的商業化開發。

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