我国页岩气开采技术新进展

佟吉 蒋志勇 程浩

摘 要：页岩气储量丰富，具有极高的开采价值，但该能源的开采需要较高的开采技术和配套设备，这就对我国的页岩气开采技术提出了严峻的挑战。本文将就页岩气开采技术的最新发展现状展开讨论，希望能为相关工作者提供一定的帮助。

关键词：页岩气;开采;压裂技术;钻完井技术;进展

1 概述

页岩气是以多种相态富集在泥页岩地层中的天然气聚集体，该能源具有矿藏丰富、开采寿命长、生产周期长的特点。在石油、煤矿等能源紧张的情况下，页岩气的开采无疑能极大的缓解世界各国能源紧缺的问题。我国页岩气资源储量极为丰富，占全球页岩气资源总量的5.7%，总量达到26×1012m3。随着页岩气开采工作的逐渐推进，我国于2011年将页岩气批准为我国第172个独立矿种，并进一步强调了页岩气资源的开发和利用。页岩气属于非常规能源，因此只有使用先进的开采技术，才能实现经济效益的提升。

2 我国页岩气开采技术新进展

自2012年以来，我国页岩气开采规模和开采速度逐步推进，已经完成了一批页岩气井的钻井、固井和压裂施工作业，为我国页岩气开采技术的提升积累了宝贵经验。以压裂技术和钻完井技术为例进行介绍。

2.1 压裂技术 ①技术成果。我国页岩气井压裂工艺初见成效，四川盆地W201井是我国第一口页岩气经，该井开采使用了页岩气藏加砂压裂技术，虽然该工艺取得了进展，但在产量方面仍需要进一步改进。随后，鄂尔多斯盆地又首次使用了清水压裂改造工艺，该工艺对压裂液、支撑剂进行优选，然后对施工参数和工艺配套技术进一步进行优化，进而发展成为一套适合于延长组陆相页岩气藏开采工艺。大液量分段压裂工艺适用在江汉油田页HF-1井建设项目中，取得了较为显著的压裂效果。②理论成果。页岩气产出量主要取决于压裂裂缝和压裂过程诱导产生的网络裂缝面积，这是页岩气井生产指数具有直接联系的参数，如何提高网络裂缝的有效性成为压力设计的关键所在。为此，我们做了大量的实验验证，并得出以下结论：a裂缝内支撑剂浓度较低时，只依靠增大支撑剂颗粒大小，无法完全客服嵌入影响。因此在硬度低、黏土含量高、嵌入严重的页岩中，应在裂缝内冲入足够浓度的支撑剂，而且形成的裂缝复杂程度较低时，压裂效果更加明显。b页岩黏土成分过高，这就导致陶粒支撑剂填充层的泥化程度多大，严重降低了支撑效果;而变形的树脂覆膜砂能有效降低黏土的嵌入，改善填充层的泥化程度，这是由于陶粒支撑剂的作用。c有效闭合压力超过30MPa时，填充层的嵌入程度大，破碎严重，此时需要高浓度、高粒度、高强度的支撑剂，以确保裂缝的缝宽;而当有效闭合压力低于30MPa时，裂缝网络中支撑剂的浓度低于单层时，也可满足施工工艺的要求。

2.2 钻完井技术 ①水平井钻井技术。页岩气开发的主要方式为水平井，因此水平井钻井技术是推动页岩气开采的关键技术。在水平井钻井技术的发展过程中，重点围绕提高井壁稳定性、优化井眼轨迹的设计和控制技术、井眼清洗技术、下套管和固井技术以及减小摩阻技术等。威201-H1井在四川地区，该井首次使用PDC钻头，较为顺利的穿过了龙潭底部和茅口段地层，该地区地层主要成为黄铁矿和燧石;而由LWD仪器取得的伽马参数和录井提供的气测信息，能对储层钻井实现跟踪服务，满足页岩气水平井钻井工艺的需求。另外，还在钻井防漏堵漏技术、提高井壁稳定性和机械钻井速度、降低摩阻和扭矩方面取得了可喜的成果。②水平井钻井液技术。页岩地层裂缝发育较好，具有极高的水敏性，尤其是在长的水平段钻井过程中，可能会发生页岩气井漏、垮塌、缩颈事故，同时长水平段施工时还有摩擦阻力、携带岩石、地层污染的问题，从而增加了井下作业的复杂性。为解决以上问题，我们提出了页岩气水平井钻井液的选用原则，事实证明，页岩气水平井施工时选用油基钻井液的效果较为理想。如威远地区页岩气储层特点为含有较高的石英含量，岩石脆，水敏性較弱，而层理结构较强，容易发生层间剥落;岩心容易发生剪切滑移，影响定向段和水平段井壁的稳定性。针对以上情况，在施工时采用了油基钻井液，消除了威远地区泥页岩层垮塌的问题。③其他技术。低密度膨胀型堵漏技术在湘页1井施工过程中首次试用，该技术对井内裂缝型和溶洞型漏失的堵漏效果较高，堵漏液流动性好，耐压性高，容易配置，为提高施工安全提供了可靠地保证。空气钻井和泡沫钻井技术应用在黄页1井中，提高了机械钻速，并有效解决了井漏问题，为后期同类型页井的开采提供了宝贵的经验。黄页1井在贵州黄平区，该地区地质特点为上部地层为白云岩，中下部为泥岩，地层磨性强，影响了机械钻速;另外该地区地质结构复杂，地层裂缝和裂洞发育较为完全，在钻井过程中容易发生井漏。采用空气钻井和泡沫钻井技术有效解决了钻速和井漏问题。水力脉冲射流辅助钻井技术适合用于地层岩性致密的地区，该技术能提高钻井速度，缩短钻井周期。经在宣页1井试验，该技术比同井相邻段机械钻井速度提升了105.3%。④水平井固井技术。提高水平段固井质量是固井技术的关键。实践证明，以下措施可有效提升固井质量：a使用弹性水泥浆，提高水泥石抗冲击能力，水泥浆防窜性能高，对改变水泥石材料的力学性能具有显著作用;b改善环空界面胶结状态的措施为使用洗油冲洗剂，对附着在界面处的油浆、滤饼、油膜进行彻底清洗;另外，还可对前置液及其用量进行优化，提高循环钻井液的利用率，确保固井胶结质量;c对套管扶正器的类型和位置设定进行优选和优化，保障套装居中度超过70%;为提高水平段套管下入得顺利性，可对通井程序进行优化，结合漂浮接箍和套管抬头技术进行施工。

3 总结

我国页岩气储量丰富，具有极高的开采价值，但页岩气属于非常规能源，因此开采技术要求较高。我国在借鉴国外先进技术和先进工艺的基础上，已经开始页岩气的开采，并取得显著成果，尤其是压裂技术和钻完井技术方面的进步，更是极大的推动了我国页岩气资源开采工作的进展，对于缓解我国能源紧缺的问题具有十分重要的意义。

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