四川盆地頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)鉆井技術(shù)難點(diǎn)與對(duì)策

張忠新

摘 要：在我國(guó)，頁(yè)巖氣是天然氣資源中開(kāi)發(fā)價(jià)值極高的一種非常規(guī)資源，頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)工作的加強(qiáng)能夠?qū)ΤＲ?guī)油氣資源起到一定的補(bǔ)充作用，很大程度上對(duì)確保國(guó)家能源安全起到了重要作用。目前來(lái)說(shuō)，我國(guó)頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)技術(shù)發(fā)展時(shí)間較短，處于不斷摸索的發(fā)展時(shí)期。本文通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外頁(yè)巖氣鉆井技術(shù)的概況進(jìn)行闡述對(duì)四川盆地頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)鉆井技術(shù)的難點(diǎn)及解決問(wèn)題的對(duì)策進(jìn)行分析。

1 國(guó)外頁(yè)巖氣鉆井技術(shù)概述

截至目前，世界具有頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)成功經(jīng)驗(yàn)的國(guó)家并不多，只有美國(guó)與加拿大在經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的鉆井技術(shù)水平發(fā)展，同時(shí)利用科學(xué)技術(shù)提高核心鉆井技術(shù)的技術(shù)水平才得以成功。

就鉆井結(jié)構(gòu)而言，2002年以前國(guó)外鉆井結(jié)構(gòu)以直井為主，2003年以后，國(guó)外采用水平井鉆井結(jié)構(gòu)，與清水壓裂技術(shù)相結(jié)合。

2 國(guó)內(nèi)頁(yè)巖氣鉆井技術(shù)概述

盆地是我國(guó)頁(yè)巖氣聚集的地方，其中四川盆地的頁(yè)巖氣含量相對(duì)較多且勘查資源潛力較大，具有十分廣闊的開(kāi)發(fā)前景。

與美國(guó)相比，我國(guó)頁(yè)巖氣聚集地與美國(guó)十分相似，但儲(chǔ)層特點(diǎn)卻大不相同，這使得我國(guó)頁(yè)巖氣鉆井開(kāi)發(fā)及鉆井技術(shù)的升級(jí)面臨極大的挑戰(zhàn)。我國(guó)頁(yè)巖氣集聚的盆地大多屬于山前構(gòu)造，不僅需要挖掘的深度很大，可鉆性也相對(duì)較差。由于我國(guó)下部地層脆弱，容易發(fā)生井漏、井涌等井下復(fù)雜，即使與美國(guó)鉆井結(jié)構(gòu)相似，也無(wú)法完全借鑒美國(guó)鉆井開(kāi)發(fā)模式，鉆井經(jīng)驗(yàn)相對(duì)短缺。

就開(kāi)發(fā)而言，我國(guó)頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)在直井、水平井的現(xiàn)場(chǎng)鉆探方面已經(jīng)積累了一定的經(jīng)驗(yàn)，初步掌握了直井結(jié)構(gòu)的壓裂技術(shù)并通過(guò)工業(yè)氣流的獲得證明了中國(guó)頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)的廣闊前景。我國(guó)經(jīng)典開(kāi)發(fā)區(qū)塊主要有三部分，主要分布在容易發(fā)生井漏、坍塌地段，威遠(yuǎn)-長(zhǎng)寧一帶、裂縫發(fā)育、固井難度大、同樣容易發(fā)生井漏、坍塌且地層堅(jiān)硬的昭通以及地質(zhì)設(shè)計(jì)與實(shí)際情況嚴(yán)重不符，使用多套壓力體系，情況復(fù)雜且硫化氫等化學(xué)氣體含量多的富順-金秋一帶。

3 四川盆地頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)鉆井技術(shù)難點(diǎn)

3.1泥頁(yè)巖地層井壁穩(wěn)定性有待提升

泥頁(yè)巖地層井壁穩(wěn)定性差是當(dāng)前我國(guó)頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)面臨的主要問(wèn)題。造成這一現(xiàn)象的主要原因是地層構(gòu)造、力學(xué)變化及工程技術(shù)開(kāi)發(fā)。就四川盆地而言，泥頁(yè)巖地層及部分非均勻頁(yè)巖層是頁(yè)巖氣的主要分布區(qū)域。受到當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)條件、地形結(jié)構(gòu)及其它客觀因素如自然條件等影響，地層容易出現(xiàn)許多裂縫，直接或間接地對(duì)頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)造成了影響。再加上四川盆地中泥頁(yè)巖地層是頁(yè)巖層的主要構(gòu)造，在實(shí)際鉆井開(kāi)發(fā)過(guò)程中多次出現(xiàn)縮徑、坍塌事件，對(duì)后期工作帶來(lái)較大難度和影響，同時(shí)也在一定程度上延長(zhǎng)了鉆井周期，造成開(kāi)發(fā)成本的提高。

3.2水平井井眼軌跡復(fù)雜程度高

為了維持開(kāi)采現(xiàn)場(chǎng)工作的有序性同時(shí)提高油氣開(kāi)采工作的有效性需要對(duì)井場(chǎng)數(shù)量進(jìn)行控制。在此過(guò)程中，單井占地面積的控制也是十分重要的，它能夠?qū)ζ髽I(yè)經(jīng)濟(jì)收益產(chǎn)生直接影響。一般來(lái)說(shuō)，叢式水平井是鉆井開(kāi)采的主要工作方式，井眼軌跡的出現(xiàn)提高了這一工作的復(fù)雜程度。

4 四川盆地頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)鉆井技術(shù)對(duì)策

4.1深入研究鉆井地質(zhì)特征

深化研究鉆井地質(zhì)特征需要考慮上部地層出水及出氣規(guī)律的影響?，F(xiàn)階段，我國(guó)對(duì)于上部地層出水及出氣規(guī)律的情況掌握大多是通過(guò)累積的資料結(jié)合實(shí)際采井的工作經(jīng)驗(yàn)分析出來(lái)的。通過(guò)數(shù)據(jù)分析等掌握相對(duì)客觀的發(fā)展規(guī)律，為研究人員的鉆井位置及鉆井方式的選擇提供理論依據(jù)確保四川盆地頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)速度的穩(wěn)步提升。

其次，頁(yè)巖地層水化反應(yīng)的發(fā)生也是開(kāi)采過(guò)程中的主要問(wèn)題之一。目前來(lái)說(shuō)，我國(guó)地質(zhì)研究人員解決這一問(wèn)題的方法就是深入了解并分析頁(yè)巖層理化與鉆井液之間的相互作用，從而對(duì)頁(yè)巖層可能發(fā)生的水化反應(yīng)進(jìn)行推理。這樣，研究人員就能夠?qū)崟r(shí)掌握鉆井工作狀態(tài)，對(duì)可能發(fā)生的地層坍塌進(jìn)行預(yù)估。由于四川盆地本身就具備低滲透屬性，水基泥漿的應(yīng)用很容易對(duì)產(chǎn)能造成影響，但水化反應(yīng)問(wèn)題的解決還可以利用油基泥漿代替水基泥漿，油基泥漿能使毛管壓力受到有效阻止，油基泥漿還對(duì)頁(yè)巖氣儲(chǔ)層能起到很好的保護(hù)作用?；诖?，油基泥漿越來(lái)越多的應(yīng)用到了四川盆地的頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)鉆井中。

再次，頁(yè)巖地層壓力體系的維持也是解決頁(yè)巖層井壁穩(wěn)定性差的關(guān)鍵因素，研究人員同樣是通過(guò)對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析研究的，在一定程度上提高了地層壓力的測(cè)算精度，為開(kāi)采過(guò)程中工作人員科學(xué)指導(dǎo)提供依據(jù)。

4.2優(yōu)化三維長(zhǎng)水平段水平井井眼軌道設(shè)計(jì)

頁(yè)巖層井眼軌道設(shè)計(jì)的主要依據(jù)是地層自然造斜規(guī)律，通過(guò)這一規(guī)律相關(guān)研究人員能夠設(shè)計(jì)出合理性強(qiáng)的三維井眼軌道。在此過(guò)程中需要重點(diǎn)對(duì)地質(zhì)特點(diǎn)進(jìn)行深入分析，然后對(duì)鉆頭與地層之間的作用力進(jìn)行深入思考。要想提高三維井眼軌道設(shè)計(jì)的精確程度就需要綜合考慮井下的具體情況及鉆具作業(yè)的合理性。一般來(lái)說(shuō)，鉆井工作的進(jìn)行多采用復(fù)合型鉆井技術(shù)，特別是對(duì)于四川盆地這種研磨性較強(qiáng)、地形比較復(fù)雜的地區(qū)來(lái)說(shuō)，針對(duì)性強(qiáng)的復(fù)合型鉆井技術(shù)無(wú)疑是最好的選擇。

4.3防漏防堵技術(shù)的應(yīng)用

四川盆地由于地質(zhì)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，且表層裂縫發(fā)育較為豐富，頁(yè)巖氣鉆井過(guò)程中常常出現(xiàn)漏失的問(wèn)題，盆地部分地區(qū)水源不足，鉆井工作進(jìn)行難度較大。例如四川的威遠(yuǎn)-長(zhǎng)寧一帶就是裂縫發(fā)育豐富的典型代表，井漏、井涌等現(xiàn)象屢見(jiàn)不鮮。因此，在鉆井開(kāi)采過(guò)程中有必要使用防漏防堵技術(shù)解決此類問(wèn)題。首先，針對(duì)盆地表層及上部發(fā)生地層漏失的地區(qū)可采用無(wú)固相與空氣鉆井技術(shù)相結(jié)合的方式;對(duì)于地層漏失、坍塌井涌等情況比較嚴(yán)重且復(fù)雜的地區(qū)，優(yōu)質(zhì)防塌鉆井液蓋帽等強(qiáng)鉆技術(shù)的使用是十分有效的。若山上高部位淺層地表或油氣層上部深層地表發(fā)生漏失、井涌等現(xiàn)象，清水強(qiáng)鉆技術(shù)的使用也可以有效解決這一問(wèn)題。鉆井過(guò)程中出現(xiàn)的小范圍的地表漏失的現(xiàn)象可采用隨鉆堵漏的方法，中漏失復(fù)雜情況的解決最好采用復(fù)合型堵漏的方式。

4.4頁(yè)巖氣固井技術(shù)的應(yīng)用

前文提到，我國(guó)頁(yè)巖氣固井技術(shù)發(fā)展并不成熟，在加上頁(yè)巖儲(chǔ)層低空滲透特點(diǎn)十分突出，導(dǎo)致多數(shù)頁(yè)巖氣鉆井開(kāi)采必須借助壓裂等增產(chǎn)手段，這就對(duì)固井質(zhì)量提出了更高的要求。現(xiàn)階段，我國(guó)所使用的固井配套技術(shù)主要有以表面活性沖洗液為主要工具，促進(jìn)井壁和套管壁潤(rùn)濕程度改變同時(shí)改變親油性質(zhì)，使第一、第二膠結(jié)面膠結(jié)強(qiáng)度大幅度提高的方法，利用流變性的性質(zhì)，以頂替液的動(dòng)切力、塑性粘度等為入手點(diǎn)使其與頂替液的參數(shù)存在一定差距，形成流變性極差從而實(shí)現(xiàn)固井技術(shù)的有效驅(qū)替。頂替液之間密度差的縮小也能夠?qū)斕嫘Чa(chǎn)生一定程度的影響。韌性水泥漿體系的應(yīng)用也是固井的主要配套技術(shù)之一。該體系在鉆井開(kāi)采中的應(yīng)用能夠有效提高鉆井技術(shù)的防竄性能，使水泥石材料的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能得到優(yōu)化，有助于水泥石抗沖擊破壞能力的提升且在交變應(yīng)力的影響下固井質(zhì)量也能夠有所提升。

綜上所述，四川盆地頁(yè)巖氣鉆井技術(shù)的難點(diǎn)主要集中于泥頁(yè)巖地層井壁與水平井井眼軌道兩方面。雖說(shuō)經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的發(fā)展積累了一定的實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)，但對(duì)四川盆地典型開(kāi)發(fā)區(qū)地層特征等依然缺少系統(tǒng)認(rèn)識(shí)。近年來(lái)我國(guó)經(jīng)濟(jì)、政治等的發(fā)展取得了巨大的成功，但與此同時(shí)，資源短缺問(wèn)題也越來(lái)越明顯，新能源的挖掘是實(shí)現(xiàn)人類可持續(xù)發(fā)展的必然結(jié)果。頁(yè)巖氣作為全球環(huán)保性較強(qiáng)的寶貴資源之一，在解決能源短缺方面能夠起到極大作用。在頁(yè)巖氣技術(shù)優(yōu)化與升級(jí)方面我國(guó)還受到多種因素的限制，在提高鉆井技術(shù)方面還任重而道遠(yuǎn)。因此，需要國(guó)家及各地區(qū)政府給予科研人員及相關(guān)工作人員一定的支持，促進(jìn)頁(yè)巖氣行業(yè)在我國(guó)的迅速發(fā)展，從而為我國(guó)石油天然氣能源帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

（中石化勝利石油工程有限公司西南分公司，四川 德陽(yáng) 618000）