世界页岩气开发与利用进展二-【zixun】

世界页岩气开发与利用进展（二）

中国页岩气网讯：页岩气藏的储层一般呈低孔隙度、低渗透率的物性特征，气流阻力比常规天然气大，采收率比常规天然气低，一般需要实施压裂改造才能开采，页岩气开发的成本也就相对增加了。因此，为了获得较高的收益率，需要加快钻井速度，提高单井产能，延长开采期限。

钻井工艺技术

自美国1821年完钻世界上第一口页岩气井以来，页岩气钻井先后经历了直井、单支水平井、多分支水平井、丛式井、丛式水平井的发展历程。2002年以前，直井是美国页岩气开发的主要钻井方式；随着2002年戴文能源公司7口伯内特页岩气实验水平井取得巨大成功，水平井已成为页岩气开发的主要钻井方式；丛式水平井可以降低成本、节约时间，是比较新的页岩气钻井技术。

水平井是页岩气藏成功开发的关键，根据美国页岩气开发的经验，水平井的日均产气量及最终产气量是直井的3～5倍，产气速率则提高10倍，而水平井的成本仅为直井的25%～50%。

国外在页岩气水平井钻完井中主要采用的相关技术有：旋转导向技术，用于地层引导和地层评价，确保在目标区内钻井；随钻测井(LWD) 和随钻测量(MWD)技术，用于水平井精确定位和地层评价，引导中靶地质目标；控压或欠平衡钻井技术，用于防漏、提高钻速和储层保护，采用空气作循环介质；泡沫固井技术，用于解决低压易漏长封固水平段固井质量；套管开窗侧钻水平井技术，降低增产措施的技术难度；有机和无机盐复合防膨技术，确保井壁稳定性。

另外，页岩气水平井钻井要考虑成本，垂直井段的深度不超过3000米，水平段长度介于500～2500米。考虑到钻井完成后，页岩气开发要进行人工压裂，水平井延伸方位要垂直地层最大应力方向，这样才能保证能沿着地层最大应力方向进行压裂。

欠平衡钻井时，人们在裸眼井段有意识地使井筒压力低于地层压力，当钻遇渗透性地层时，地层流体会不断流入井筒并循环到地面。页岩气用空气作循环介质，可依据演化模式预测暗色页岩对天然气封闭的能力，以指导页岩气藏勘探，提高勘探开发水平。另外，在页岩气水平井钻井中，采用欠平衡钻井技术实施负压钻井，能够避免损害储层。

完井射孔技术

页岩气井的完井方式主要包括套管固井后射孔完井、尾管固井后射孔完井、裸眼射孔完井、组合式桥塞完井、机械式组合完井等。

套管固井后射孔完井的工艺流程是：在套管固井后，从工具喷嘴喷射出高速流体射穿套管和岩石，通过拖动管柱进行多层作业。其优点是免去下封隔器或桥塞，缩短完井时间，工艺相对成熟简单，有利于后期多段压裂，缺点是有可能造成水泥浆对储层的伤害。美国大多数页岩气水平井均采用套管射孔完井。

组合式桥塞完井是在套管中用组合式桥塞分隔各段，分别进行射孔或压裂，这是页岩气水平井最常用的完井方法，其工艺流程是下套管、固井、射孔、分离井筒，但因需要在施工中射孔、坐封桥塞、钻桥塞，也是最耗时的一种方法。

机械式组合完井是目前国外的一种新技术，采用特殊的滑套机构和膨胀封隔器，适用于水平裸眼井段限流压裂，一趟管柱即可完成固井和分段压裂施工。施工时将完井工具串下入水平井段，悬挂器坐封后，注入酸溶性水泥固井。井口泵入压裂液，先对水平井段末端第一段实施压裂，通过井口落球系统操控滑套，依次逐段压裂。最后放喷洗井，将球回收后即可投产。膨胀封隔器的橡胶遇到油气时会自动膨胀，封隔环空、隔离生产层，膨胀时间也可控制，目前主要有哈里伯顿公司的Delta Stim完井技术。

尾管固井后射孔完井及裸眼射孔完井在页岩气钻完井中不常用。

固井泥浆体系

页岩气固井水泥主要有泡沫水泥、酸溶性水泥、泡沫酸溶性水泥以及火山灰+H级水泥4种类型。其中泡沫酸溶性水泥与泡沫水泥成本相当，高于其他两种水泥，是火山灰+H级水泥成本的1.5倍。

页岩气井通常采用泡沫水泥固井技术。泡沫水泥浆体稳定、密度低、渗透率低、失水小、抗拉强度高，具有良好的防窜效果，能解决低压易漏长封固段复杂井的固井问题，而且水泥侵入距离短，可以减小储层损害。泡沫水泥固井比常规水泥固井产气量平均高出23 %。美国俄克拉荷马州的伍德福德页岩储层就利用了这种泡沫水泥。

美国伯内特页岩钻进采用了酸溶性水泥固井。酸溶性水泥提高了碳酸钙的含量，遇到酸性物质水泥会溶解，溶解能力是碳酸钙比例和接触时间的函数。常规水泥也溶于酸，但溶解度一般为25%，而酸溶性水泥溶解度则达到92%，较易进行酸化压裂。

泡沫酸溶性水泥由泡沫水泥和酸溶性水泥构成，典型的泡沫酸溶水泥是H级普通水泥加上碳酸钙，然后用氮气产生泡沫。该类型水泥固井不仅能避免水泥凝固过程中的井壁坍塌，还能提高压裂能力。

火山灰+H级水泥体系通过调整泥浆密度来改变水泥强度，用来有效防止漏失，同时有利于水力压裂造缝，流体漏失添加剂和防漏剂的使用能有效防止水泥进入页岩储层。这种水泥能承受比常规水泥更高的压力。

钻完井难点及研究重点

页岩气井钻完井有其独特的难点。

由于页岩地层裂缝发育，长水平段（1200米左右）钻进易发生井漏、垮塌等问题，造成钻井液大量漏失、卡钻、埋钻具等工程事故。

页岩气水平井钻井中，水平段较长，摩阻、携岩及地层污染问题突出，钻井液好坏直接影响钻井效率、工程事故发生率以及储层保护效果。

页岩气单井产能低，勘探开发成本高，需要优化钻井工艺，研发低成本钻井技术及其配套装备，提高采收率。

固井水泥配方和工艺措施处理不当，会对页岩气储层造成污染，增加压裂难度，直接影响后期采气效果。

完井方式的选择关系到工程复杂程度、成本及后期压裂作业效果，合适的完井方式可为后期压裂完井创造有利条件。

为此，需要重点解决以下问题。

针对页岩具有易膨胀、易破碎的特点，开展页岩气钻井井壁稳定性研究，避免钻井过程中井壁的缩颈或坍塌。

针对页岩地层特点，开展预防水平井钻井工程事故的研究，优选或研制有关事故预防和处理工具，避免卡钻、埋钻具等工程事故发生。

深入开展适合页岩地层特点的控压或欠平衡钻井工艺技术研究，优化钻井液性能，降低钻具有效摩阻，提高钻井效率，预防井漏发生。

根据页岩地层及埋深特点，有针对性地研究优化井身结构和完井方式，满足高效、安全、保质及低成本要求。

根据地质和井深条件，研制合理优化的井下配套仪器（一般技术指标：工作温度低于150 °C，工作压力小于140兆帕，工作时间120小时），以满足页岩层水平井钻井需要。

开展页岩气水平井固井工艺和水泥浆配方研究，确保水平段优质固井质量要求，避免储层污染。

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