頁巖氣開采增產改造技術分析

張謙偉

(東北石油大學 黑龍江 大慶 163318)

頁巖氣開采增產改造技術分析

張謙偉

(東北石油大學 黑龍江 大慶 163318)

本文主要對頁巖氣開采的水平鉆井技術，水平壓裂技術和其他增產措施的技術分析，研究了各種技術的適用情況，優點缺點和相應的技術問題，以期為頁巖氣開發提供理論基礎。

頁巖氣;水平鉆井;水力壓裂

一、水平鉆井技術

頁巖氣開發有直井和水平井兩種方式，直井一般做探井，生產井多采用水平井。水平井可以獲得更大的儲層泄流面積，其單井產量大，生產周期長，特別是對于頁巖這樣的產層薄、孔隙度小、滲透率低的儲層開發，會表現出直井無法比擬的效果[1]。

水平井公認為是頁巖氣開發的最合理方式，目前已經廣泛應用在美國頁巖氣開發鉆井中。頁巖氣井水平鉆井的技術有欠平衡鉆井技術、控制壓力鉆井技術及旋轉導向鉆井技術。欠平衡鉆井技術能很好地克服鉆井作業過程中的卡鉆、井漏、井塌等問題，提高鉆井速度，減輕地層傷害，提高油氣井產能。空氣欠平衡鉆井是以空氣作為循環介質進行欠平衡鉆井，它能夠克服井壁坍塌和液體鉆井液對儲層的傷害，并提高機械鉆速，節省作業成本。控制壓力鉆井的最終目標是鉆井作業最優化，縮短非生產時間和減少鉆井事故，有效控制地層流體侵入井眼，減少井涌、井漏、卡鉆等鉆井復雜情況，特別是當鉆遇含氣量較大且裂縫發育的頁巖地層時，應用控制壓力鉆井技術能夠避免氣體溢出量劇增帶來的安全隱患。旋轉導向鉆井技術是基于旋轉導向系統的鉆井技術，它能夠從地面連續導向鉆井，根據作業要求實時調整井眼軌跡，具有摩阻與扭阻小、機械鉆速高、鉆井成本低、井眼軌跡平滑、壓差卡鉆風險低等優點，是目前頁巖氣井水平鉆井技術的前沿技術，也是水平鉆井技術的發展方向。

二、水力壓裂技術

世界上頁巖氣資源沒有得到廣泛的勘探與開發，其根本原因是頁巖基質滲透率很低，勘探開發困難[2]。頁巖氣井鉆井完成后，90%以上的井需要經過酸化、壓裂等儲層改造措施后才能獲得比較理想的產量。水力壓裂是目前用于頁巖儲層改造的主要技術包括多級壓裂、清水壓裂、同步壓裂、水力噴射壓裂及重復壓裂等技術。

多級壓裂技術是頁巖氣井水力壓裂應用最廣泛的技術，目前美國頁巖氣井有85%的井是采用水平井和多級壓裂技術結合的方式進行開采，它適用于水平井段較長，頁巖層段較多的井；清水壓裂現在使用的是混合清水壓裂液，即在傳統的清水壓裂液中加入了減阻劑、凝膠、支撐劑等添加劑，集成了清水壓裂和凝膠壓裂的優點，改變了以往依靠交聯凍膠延長裂縫的手段，既達到了增產的效果，又減小了對地層的傷害，但是由于壓裂液以清水為主，在粘土含量大的頁巖層段容易造成井壁坍塌，它適用于粘土含量適中、天然裂縫系統發育的儲層；同步壓裂技術作業的特點是兩口或兩口以上的井同時壓裂，它短期內增產效果明顯，作業時間短，節省成本，適用于頁巖氣開發中后期井眼密集時壓裂作業；水力噴射壓裂的應用不受完井方式的限制，可在裸眼及各種完井結構水平井實現壓裂，缺點是受到壓裂井深和加砂規模的限制且技術要求高。重復壓裂能夠有效地改善單井產量與生產動態特性，它不但用來恢復低產井的產能外，對于那些產量相對較高的井提高產量同樣適用。

三、其他技術

頁巖氣井的完井可采用裸眼完井或套管完井。裸眼完井能夠有效避免水泥對儲層的傷害、工藝相對簡單，成本相對較低，但是容易發生井壁坍塌，因此裸眼完井后期壓裂作業難度大，對水力壓裂技術要求較高。套管完井井筒穩定，在儲層改造時能夠選擇性的射孔，優化增產作業。套管完井后，可以采用連續油管壓裂對頁巖儲層進行改造。

頁巖氣井固井可以分為常規水泥固井、泡沫水泥古井和酸溶性水泥固井三種。常規水泥固井就是使用常規的水泥漿進行固井作業的方法，其成本低，技術成熟。泡沫水泥固井有良好的防竄效果，能解決低壓易漏長封固段復雜井的固井問題，而且水泥侵入距離短，可以減小儲層損害。酸溶性水泥與鹽酸接觸時，水泥就會依隨溶解度和接觸時間而溶解，水泥溶解度高達92%，便于清除，防止堵塞射孔孔洞和壓裂裂縫。當需要密度更低的水泥漿時，酸溶性水泥還可以泡沫化，形成泡沫酸溶性水泥，使其具有泡沫水泥和酸溶性水泥的雙重優點[3]。

頁巖氣井實施壓裂改造措施后，需要有效的方法來確定壓裂作業效果，獲取壓裂誘導裂縫導流能力、幾何形態、復雜性及其方位等諸多信息。綜合裂縫檢測技術是基于地面傾斜監測、井下傾斜監測和微地震監測三種技術的裂縫檢測診斷技術，該技術可直接地測量因裂縫間距超過裂縫長度而造成的變形來表征所產生的裂縫網絡，評價壓裂作業效果，實現頁巖氣藏管理的最佳化

頁巖氣井的隨鉆測井技術根據實時記錄測量的近鉆頭的地質參數，能夠識別容易造成卡鉆的高壓層，反映出井下裂縫的發育情況，以及識別破碎帶和地層巖性等，還可以確定鉆頭在地層中的空間位置，使鉆井工程師能夠實時引導鉆頭沿著設計的井眼軌跡或目的層鉆進，提高鉆井效率。目前，根據水平井隨鉆測井技術研發的FMI全井眼微電阻率掃描成像測井系統已經廣泛的應用于頁巖氣水平井鉆井中。

四、結論

(1)采用水平井和多級壓裂技術結合的方式進行開采，適用于水平井段較長，頁巖層段較多的井。

(2)套管完井井筒穩定，在儲層改造時能夠選擇性的射孔，優化增產作業。套管完井后，可以采用連續油管壓裂對頁巖儲層進行改造。

[1]王中華.國內頁巖氣開采技術進展[J].中外能源，2013，02：23-32.

[2]曾少軍，楊來，曾凱超.中國頁巖氣開發現狀、問題及對策[J].中國人口資源與環境，2013，03：33-38.

[3]王琳，毛小平，何娜.頁巖氣開采技術[J].石油與天然氣化工，2011，05：504-509+430-431.

張謙偉 (1993-),男,漢族,東北石油大學,黑龍江,大慶,碩士,油氣田開發工程。