頁(yè)巖氣開(kāi)采增產(chǎn)改造技術(shù)分析

張謙偉

(東北石油大學(xué) 黑龍江 大慶 163318)

頁(yè)巖氣開(kāi)采增產(chǎn)改造技術(shù)分析

張謙偉

(東北石油大學(xué) 黑龍江 大慶 163318)

本文主要對(duì)頁(yè)巖氣開(kāi)采的水平鉆井技術(shù)，水平壓裂技術(shù)和其他增產(chǎn)措施的技術(shù)分析，研究了各種技術(shù)的適用情況，優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)和相應(yīng)的技術(shù)問(wèn)題，以期為頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)提供理論基礎(chǔ)。

頁(yè)巖氣;水平鉆井;水力壓裂

一、水平鉆井技術(shù)

頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)有直井和水平井兩種方式，直井一般做探井，生產(chǎn)井多采用水平井。水平井可以獲得更大的儲(chǔ)層泄流面積，其單井產(chǎn)量大，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，特別是對(duì)于頁(yè)巖這樣的產(chǎn)層薄、孔隙度小、滲透率低的儲(chǔ)層開(kāi)發(fā)，會(huì)表現(xiàn)出直井無(wú)法比擬的效果[1]。

水平井公認(rèn)為是頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)的最合理方式，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用在美國(guó)頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)鉆井中。頁(yè)巖氣井水平鉆井的技術(shù)有欠平衡鉆井技術(shù)、控制壓力鉆井技術(shù)及旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)。欠平衡鉆井技術(shù)能很好地克服鉆井作業(yè)過(guò)程中的卡鉆、井漏、井塌等問(wèn)題，提高鉆井速度，減輕地層傷害，提高油氣井產(chǎn)能?？諝馇菲胶忏@井是以空氣作為循環(huán)介質(zhì)進(jìn)行欠平衡鉆井，它能夠克服井壁坍塌和液體鉆井液對(duì)儲(chǔ)層的傷害，并提高機(jī)械鉆速，節(jié)省作業(yè)成本。控制壓力鉆井的最終目標(biāo)是鉆井作業(yè)最優(yōu)化，縮短非生產(chǎn)時(shí)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(fù)雜情況，特別是當(dāng)鉆遇含氣量較大且裂縫發(fā)育的頁(yè)巖地層時(shí)，應(yīng)用控制壓力鉆井技術(shù)能夠避免氣體溢出量劇增帶來(lái)的安全隱患。旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)是基于旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)的鉆井技術(shù)，它能夠從地面連續(xù)導(dǎo)向鉆井，根據(jù)作業(yè)要求實(shí)時(shí)調(diào)整井眼軌跡，具有摩阻與扭阻小、機(jī)械鉆速高、鉆井成本低、井眼軌跡平滑、壓差卡鉆風(fēng)險(xiǎn)低等優(yōu)點(diǎn)，是目前頁(yè)巖氣井水平鉆井技術(shù)的前沿技術(shù)，也是水平鉆井技術(shù)的發(fā)展方向。

二、水力壓裂技術(shù)

世界上頁(yè)巖氣資源沒(méi)有得到廣泛的勘探與開(kāi)發(fā)，其根本原因是頁(yè)巖基質(zhì)滲透率很低，勘探開(kāi)發(fā)困難[2]。頁(yè)巖氣井鉆井完成后，90%以上的井需要經(jīng)過(guò)酸化、壓裂等儲(chǔ)層改造措施后才能獲得比較理想的產(chǎn)量。水力壓裂是目前用于頁(yè)巖儲(chǔ)層改造的主要技術(shù)包括多級(jí)壓裂、清水壓裂、同步壓裂、水力噴射壓裂及重復(fù)壓裂等技術(shù)。

多級(jí)壓裂技術(shù)是頁(yè)巖氣井水力壓裂應(yīng)用最廣泛的技術(shù)，目前美國(guó)頁(yè)巖氣井有85%的井是采用水平井和多級(jí)壓裂技術(shù)結(jié)合的方式進(jìn)行開(kāi)采，它適用于水平井段較長(zhǎng)，頁(yè)巖層段較多的井；清水壓裂現(xiàn)在使用的是混合清水壓裂液，即在傳統(tǒng)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(yōu)點(diǎn)，改變了以往依靠交聯(lián)凍膠延長(zhǎng)裂縫的手段，既達(dá)到了增產(chǎn)的效果，又減小了對(duì)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(yè)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(tǒng)發(fā)育的儲(chǔ)層；同步壓裂技術(shù)作業(yè)的特點(diǎn)是兩口或兩口以上的井同時(shí)壓裂，它短期內(nèi)增產(chǎn)效果明顯，作業(yè)時(shí)間短，節(jié)省成本，適用于頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)中后期井眼密集時(shí)壓裂作業(yè)；水力噴射壓裂的應(yīng)用不受完井方式的限制，可在裸眼及各種完井結(jié)構(gòu)水平井實(shí)現(xiàn)壓裂，缺點(diǎn)是受到壓裂井深和加砂規(guī)模的限制且技術(shù)要求高。重復(fù)壓裂能夠有效地改善單井產(chǎn)量與生產(chǎn)動(dòng)態(tài)特性，它不但用來(lái)恢復(fù)低產(chǎn)井的產(chǎn)能外，對(duì)于那些產(chǎn)量相對(duì)較高的井提高產(chǎn)量同樣適用。

三、其他技術(shù)

頁(yè)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(duì)儲(chǔ)層的傷害、工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，成本相對(duì)較低，但是容易發(fā)生井壁坍塌，因此裸眼完井后期壓裂作業(yè)難度大，對(duì)水力壓裂技術(shù)要求較高。套管完井井筒穩(wěn)定，在儲(chǔ)層改造時(shí)能夠選擇性的射孔，優(yōu)化增產(chǎn)作業(yè)。套管完井后，可以采用連續(xù)油管壓裂對(duì)頁(yè)巖儲(chǔ)層進(jìn)行改造。

頁(yè)巖氣井固井可以分為常規(guī)水泥固井、泡沫水泥古井和酸溶性水泥固井三種。常規(guī)水泥固井就是使用常規(guī)的水泥漿進(jìn)行固井作業(yè)的方法，其成本低，技術(shù)成熟。泡沫水泥固井有良好的防竄效果，能解決低壓易漏長(zhǎng)封固段復(fù)雜井的固井問(wèn)題，而且水泥侵入距離短，可以減小儲(chǔ)層損害。酸溶性水泥與鹽酸接觸時(shí)，水泥就會(huì)依隨溶解度和接觸時(shí)間而溶解，水泥溶解度高達(dá)92%，便于清除，防止堵塞射孔孔洞和壓裂裂縫。當(dāng)需要密度更低的水泥漿時(shí)，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(yōu)點(diǎn)[3]。

頁(yè)巖氣井實(shí)施壓裂改造措施后，需要有效的方法來(lái)確定壓裂作業(yè)效果，獲取壓裂誘導(dǎo)裂縫導(dǎo)流能力、幾何形態(tài)、復(fù)雜性及其方位等諸多信息。綜合裂縫檢測(cè)技術(shù)是基于地面傾斜監(jiān)測(cè)、井下傾斜監(jiān)測(cè)和微地震監(jiān)測(cè)三種技術(shù)的裂縫檢測(cè)診斷技術(shù)，該技術(shù)可直接地測(cè)量因裂縫間距超過(guò)裂縫長(zhǎng)度而造成的變形來(lái)表征所產(chǎn)生的裂縫網(wǎng)絡(luò)，評(píng)價(jià)壓裂作業(yè)效果，實(shí)現(xiàn)頁(yè)巖氣藏管理的最佳化

頁(yè)巖氣井的隨鉆測(cè)井技術(shù)根據(jù)實(shí)時(shí)記錄測(cè)量的近鉆頭的地質(zhì)參數(shù)，能夠識(shí)別容易造成卡鉆的高壓層，反映出井下裂縫的發(fā)育情況，以及識(shí)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?qū)崟r(shí)引導(dǎo)鉆頭沿著設(shè)計(jì)的井眼軌跡或目的層鉆進(jìn)，提高鉆井效率。目前，根據(jù)水平井隨鉆測(cè)井技術(shù)研發(fā)的FMI全井眼微電阻率掃描成像測(cè)井系統(tǒng)已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于頁(yè)巖氣水平井鉆井中。

四、結(jié)論

(1)采用水平井和多級(jí)壓裂技術(shù)結(jié)合的方式進(jìn)行開(kāi)采，適用于水平井段較長(zhǎng)，頁(yè)巖層段較多的井。

(2)套管完井井筒穩(wěn)定，在儲(chǔ)層改造時(shí)能夠選擇性的射孔，優(yōu)化增產(chǎn)作業(yè)。套管完井后，可以采用連續(xù)油管壓裂對(duì)頁(yè)巖儲(chǔ)層進(jìn)行改造。

[1]王中華.國(guó)內(nèi)頁(yè)巖氣開(kāi)采技術(shù)進(jìn)展[J].中外能源，2013，02：23-32.

[2]曾少軍，楊來(lái)，曾凱超.中國(guó)頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀、問(wèn)題及對(duì)策[J].中國(guó)人口資源與環(huán)境，2013，03：33-38.

[3]王琳，毛小平，何娜.頁(yè)巖氣開(kāi)采技術(shù)[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(xué),黑龍江,大慶,碩士,油氣田開(kāi)發(fā)工程。