淺析頁巖氣鉆探設備技術的應用創新

周厚權

摘要：在能源需求日益緊張的背景下，石油能源的開采成為現行國內經濟發展中需考慮的重要問題。以石油開采中的頁巖氣項目為例，實際操作中多采取多層次作業方式，要求引入的設備與技術需滿足作業開展需求。而如何做好鉆探技術、鉆探設備的創新又成為現行頁巖氣鉆探開展中面臨的難題。因此，本文對鉆探設備技術在頁巖氣鉆探中的應用與創新研究，具有十分重要的意義。

關鍵詞：頁巖氣;鉆探技術;鉆探設備;創新

1、頁巖氣的概況

1.1、頁巖氣的概念

頁巖氣是指以熱成熟作用或連續的生物作用為主以及兩者相互作用生成的、聚集在烴源巖中的天然氣，在主體上包括了游離態（存在于天然裂縫與粒間孔隙中）、吸附態（存在黏土礦物顆粒、干酪根顆粒表面）和溶解態（存在于干酪根和瀝青質中），基本上包括了天然氣存在的所有可能相態。

1.2、頁巖氣成藏機理

天然氣主要以游離相、吸附相和溶解相存在。在生物化學生氣階段，天然氣首先吸附在有機質和巖石顆粒表面，飽和后富余的天然氣以游離相或溶解相進行運移，當達到熱裂解生氣階段，由于壓力升高，若頁巖內部產生裂縫，則天然氣以游離相為主向其中運移聚集，受周圍致密頁巖烴源巖層遮擋、圈閉，易形成工業性頁巖氣藏。由于擴散作用對氣態烴的運移起到相當大的作用，天然氣繼續大量生成，將因生烴膨脹作用使富余的天然氣向外擴散運移，此時無論是頁巖地層本身還是薄互層分布的砂巖儲層，均表現為普遍的飽含氣性。

頁巖氣藏的形成是天然氣在烴源巖中大規模滯留的結果，主體上表現為吸附態與游離態天然氣之間的遞變過渡，體現為成藏過程中的無運移或極短距離的有限運移。為典型的自生自儲、大面積連續聚集型的天然氣藏，富有機質暗色頁巖，既是氣源巖，又是儲層和蓋層，是典型的原地成藏模式。

1.3、頁巖氣儲層特征

頁巖氣藏儲層具有低孔隙度、低滲透率的特點，頁巖儲集層孔隙度一般小于10%，而含氣的有效孔隙度一般只有1%-5%，滲透率則隨裂縫發育程度的不同而有較大變化，一般為0.0001-0.001md。由于滲透率極低，按照常規氣藏理論，該類氣藏很難具有經濟開發價值。但是，頁巖氣儲層儲氣模式以游離氣和吸附氣為主，游離氣主要決定氣井初期產量，吸附氣主要決定氣井穩產期。

因此，通過大規模壓裂，增大改造體積，頁巖氣就能具有較長的穩產期和較好的開發價值。儲層巖性及礦物組分復雜，儲層中的碳酸鹽巖礦物含量是判斷裂縫是否發育的一項重要指標。儲層常含有天然裂縫，原生和次生的天然裂縫，碳體系通常為頁巖氣藏生產的關鍵。

2、頁巖氣鉆探設備技術的應用要求

現階段的頁巖氣發展對設備與技術提出了較高的要求，在不斷的發展過程中，需要不斷完善和更新設備技術，使其推動頁巖氣開采的效率，為社會生產活動提供足量的能源支持。就鉆探設備技術來說，可以從提升鉆探速度，提高開采技術和加大對高新技術的應用力度入手，從根本上提升頁巖氣開采工作的效率和產量。同時，對頁巖氣開采的成本控制工作加強重視。就我國的部分頁巖氣開采項目來說，可以通過提高鉆探技術水平和提升管理水平來優化頁巖氣的生產模式，使其能夠充分發揮自身的社會職能，加大對社會生產工作的扶持力度。

就頁巖氣開采中所使用的工廠化鉆井方式來說，在實際作業的過程中，不僅提升了開采效率，還有效達到了生產作業中對批量鉆井的要求，對開采作業的效率具有積極作用。采用工廠化鉆井的方式，不僅能夠提升壓裂與測試井作業工序的開展效率，還能強化氣量值。需要特別注意的是，在實際頁巖氣開采工作中，無論選擇哪種作業方式，都需要做好前期的鉆探工作，對實際開采作業之前的準備工作做好詳細安排，準備好各個施工工序需要的設備儀器，對設備儀器進行運行質量測試，確保其處于最佳的運行狀態，為實際開采工作提供有效的機械支持和技術支持，保證頁巖氣開采工作的有效開展。

3、頁巖氣鉆探設備技術創新的具體路徑

3.1、自主研發與創新鉆探設備技術

對于當前國內頁巖氣開采中的技術，常見的主要以鉆井旋轉導向技術為主，該技術應用下可使鉆進整體速度得以提升，同時應用中也具備其他優勢，如通過其中設置的通訊系統，能夠實時接收來自井下的數據，做好井眼軌跡的改變，即使警鐘溫度超出150℃，技術應用效果仍不為受到影響，井眼軌跡較為準確且鉆井速度較快。而技術實際應用中主要需借助國外貝克休斯公司提供的成果，技術應用適應性難以保證，且成本問題也較為突出。此時便需考慮在吸收國外技術成果的前提下，進行自主創新研發，并獲取相應自主知識產權，盡可能保證鉆探技術設備運用下能夠滿足國內頁巖氣鉆探要求。

3.2、創新技術成果的應用

為了保證鉆探設備技術研發工作的有效開展，需要對當前的先進技術予以有效利用，在已有的先進技術基礎上對鉆探設備技術進行完善與創新，使其能夠更加適于現階段頁巖氣開采工作的生產要求。就工廠化鉆井生產技術來說，雖然它滿足了頁巖氣開采工作對批量生產的需求，但是由于投入成本較大，對我國的頁巖氣開采工作經濟性造成嚴重影響。針對此類問題，我們可以將缺點轉換為優勢，在設備安裝的過程中，保證設備安裝效率，充分發揮雙鉆機聯合作業的作業優勢，提升開采效率，進而保證頁巖氣開采的經濟性能。

除上述內容之外，還需要加大對綠色開采工作的重視，盡量引用清潔生產設備，降低頁巖氣開采工作對周邊環境的影響作用。尤其是設備中可以添加凈化水的功能，實現對水源的循環利用，降低生產作業對水量的需求，進而保證頁巖氣開發的環保性能。另外，針對油田開采過程中對周邊環境所帶來的影響問題也需要加強一定的重視，在進行設備創新和研發的過程中，充分考慮環境因素，在設備中設置清潔系統，能夠保證對各類開采垃圾的有效處理，從根本上提升頁巖氣開發工作的環保性能，適應我國對生產活動的環保要求，保證頁巖氣開采工作的健康穩定發展。

總之，實際應用鉆探設備技術中，應正確認識當前鉆探設備技術的應用現狀與技術應用要求，在此基礎上做好技術與設備創新工作，可通過鉆探設備技術的自主研發、技術成果的運用以及人員綜合素質的提高，使鉆井設備技術能夠與國內頁巖氣開發要求相適應，進而達到頁巖氣鉆探下，能夠實現經濟效益、社會效益與環境效益共同提高的目標。

參考文獻：

[1]邵鵬.頁巖氣鉆探設備技術的創新和應用[J].中國新技術新產品，2016（04）：168-169.