页岩气开采增产改造技术分析

2016-04-17张谦伟

福建质量管理 2016年13期

关键词：气井井眼水平井

张谦伟

(东北石油大学黑龙江大庆 163318)

页岩气开采增产改造技术分析

张谦伟

(东北石油大学黑龙江大庆 163318)

本文主要对页岩气开采的水平钻井技术，水平压裂技术和其他增产措施的技术分析，研究了各种技术的适用情况，优点缺点和相应的技术问题，以期为页岩气开发提供理论基础。

页岩气;水平钻井;水力压裂

一、水平钻井技术

页岩气开发有直井和水平井两种方式，直井一般做探井，生产井多采用水平井。水平井可以获得更大的储层泄流面积，其单井产量大，生产周期长，特别是对于页岩这样的产层薄、孔隙度小、渗透率低的储层开发，会表现出直井无法比拟的效果[1]。

水平井公认为是页岩气开发的最合理方式，目前已经广泛应用在美国页岩气开发钻井中。页岩气井水平钻井的技术有欠平衡钻井技术、控制压力钻井技术及旋转导向钻井技术。欠平衡钻井技术能很好地克服钻井作业过程中的卡钻、井漏、井塌等问题，提高钻井速度，减轻地层伤害，提高油气井产能。空气欠平衡钻井是以空气作为循环介质进行欠平衡钻井，它能够克服井壁坍塌和液体钻井液对储层的伤害，并提高机械钻速，节省作业成本。控制压力钻井的最终目标是钻井作业最优化，缩短非生产时间和减少钻井事故，有效控制地层流体侵入井眼，减少井涌、井漏、卡钻等钻井复杂情况，特别是当钻遇含气量较大且裂缝发育的页岩地层时，应用控制压力钻井技术能够避免气体溢出量剧增带来的安全隐患。旋转导向钻井技术是基于旋转导向系统的钻井技术，它能够从地面连续导向钻井，根据作业要求实时调整井眼轨迹，具有摩阻与扭阻小、机械钻速高、钻井成本低、井眼轨迹平滑、压差卡钻风险低等优点，是目前页岩气井水平钻井技术的前沿技术，也是水平钻井技术的发展方向。

二、水力压裂技术

世界上页岩气资源没有得到广泛的勘探与开发，其根本原因是页岩基质渗透率很低，勘探开发困难[2]。页岩气井钻井完成后，90%以上的井需要经过酸化、压裂等储层改造措施后才能获得比较理想的产量。水力压裂是目前用于页岩储层改造的主要技术包括多级压裂、清水压裂、同步压裂、水力喷射压裂及重复压裂等技术。

多级压裂技术是页岩气井水力压裂应用最广泛的技术，目前美国页岩气井有85%的井是采用水平井和多级压裂技术结合的方式进行开采，它适用于水平井段较长，页岩层段较多的井；清水压裂现在使用的是混合清水压裂液，即在传统的清水压裂液中加入了减阻剂、凝胶、支撑剂等添加剂，集成了清水压裂和凝胶压裂的优点，改变了以往依靠交联冻胶延长裂缝的手段，既达到了增产的效果，又减小了对地层的伤害，但是由于压裂液以清水为主，在粘土含量大的页岩层段容易造成井壁坍塌，它适用于粘土含量适中、天然裂缝系统发育的储层；同步压裂技术作业的特点是两口或两口以上的井同时压裂，它短期内增产效果明显，作业时间短，节省成本，适用于页岩气开发中后期井眼密集时压裂作业；水力喷射压裂的应用不受完井方式的限制，可在裸眼及各种完井结构水平井实现压裂，缺点是受到压裂井深和加砂规模的限制且技术要求高。重复压裂能够有效地改善单井产量与生产动态特性，它不但用来恢复低产井的产能外，对于那些产量相对较高的井提高产量同样适用。

三、其他技术

页岩气井的完井可采用裸眼完井或套管完井。裸眼完井能够有效避免水泥对储层的伤害、工艺相对简单，成本相对较低，但是容易发生井壁坍塌，因此裸眼完井后期压裂作业难度大，对水力压裂技术要求较高。套管完井井筒稳定，在储层改造时能够选择性的射孔，优化增产作业。套管完井后，可以采用连续油管压裂对页岩储层进行改造。

页岩气井固井可以分为常规水泥固井、泡沫水泥古井和酸溶性水泥固井三种。常规水泥固井就是使用常规的水泥浆进行固井作业的方法，其成本低，技术成熟。泡沫水泥固井有良好的防窜效果，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。酸溶性水泥与盐酸接触时，水泥就会依随溶解度和接触时间而溶解，水泥溶解度高达92%，便于清除，防止堵塞射孔孔洞和压裂裂缝。当需要密度更低的水泥浆时，酸溶性水泥还可以泡沫化，形成泡沫酸溶性水泥，使其具有泡沫水泥和酸溶性水泥的双重优点[3]。

页岩气井实施压裂改造措施后，需要有效的方法来确定压裂作业效果，获取压裂诱导裂缝导流能力、几何形态、复杂性及其方位等诸多信息。综合裂缝检测技术是基于地面倾斜监测、井下倾斜监测和微地震监测三种技术的裂缝检测诊断技术，该技术可直接地测量因裂缝间距超过裂缝长度而造成的变形来表征所产生的裂缝网络，评价压裂作业效果，实现页岩气藏管理的最佳化

页岩气井的随钻测井技术根据实时记录测量的近钻头的地质参数，能够识别容易造成卡钻的高压层，反映出井下裂缝的发育情况，以及识别破碎带和地层岩性等，还可以确定钻头在地层中的空间位置，使钻井工程师能够实时引导钻头沿着设计的井眼轨迹或目的层钻进，提高钻井效率。目前，根据水平井随钻测井技术研发的FMI全井眼微电阻率扫描成像测井系统已经广泛的应用于页岩气水平井钻井中。