中国页岩气钻井工程标准体系评价及建议

李紫剑 苏昱 罗越耀 沈欣宇

摘 要：随着我国天然气的对外依存度持续增加，页岩气的高效开发对中国的经济发展、减少碳排放、能源结构调整和能源安全具有重要意义，其中钻井工程是页岩气开发的重要组成部分。为了给页岩气安全高效开发提供技术支持，进一步完善页岩气钻井工程标准体系，本文总结了目前的页岩气与页岩气钻井工程标准体系建设的进程，综合考虑页岩气开发的特点和现场工区的实际情况，针对目前已发布的钻井工程相关的页岩气钻井工程标准进行了适应性评价，分析了页岩气钻井工程标准体系进一步的需求，并对已发布的页岩气钻井标准体系给出了建议。目前页岩气钻井工程的相关标准尚存在一些问题，先进技术不断在现场应用与普及，建议根据工区实际情况和页岩气钻井的技术要求进行适当修订。

关键词：页岩气，钻井工程，标准化，标准体系

DOI编码：10.3969/j.issn.1002-5944.2023.21.001

Evaluation and Suggestion of Chinas Standards System on Shale Gas Drilling Engineering

LI Zi-jian SU Yu LUO Yue-yao SHEN Xin-yu*

（Engineering Technology Research Institute of Petro China Southwest Oil & Gasfi eld Company）

Abstract： As Chinas dependence on imported natural gas continues to increase， the efficient development of shale gas is of great significance to Chinas economic development， carbon emission reduction， energy structure adjustment and energy security， of which drilling engineering is an important part of shale gas development. In order to provide technical support for the safe and effi cient development of shale gas， and further improve the shale gas drilling engineering standards system， this paper summarizes the current construction process of engineering standards system for shale gas and shale gas drilling， considers the characteristics of shale gas development and the actual situation of the working area， and evaluates the adaptability of the currently published standards for shale gas drilling engineering. It also analyzes the further needs of the shale gas drilling engineering， and provides suggestions for the published standards system of shale gas drilling engineering. At present， there are still some problems in the standards on shale gas drilling engineering， while the technologies are being applied and promoted in the fi eld. The paper suggests making appropriate revisions according to the actual situation in the fi eld and the technical requirements of shale gas drilling.

Keywords： shale gas， drilling engineering， standardization， standards system

0 引 言

頁岩气是一种自生自储的非常规油气资源，对中国能源结构调整具有重要意义[1-2]。我国拥有丰富的页岩气资源量，2021年中国页岩气新增探明地质储量为7454亿立方米，是传统天然气能源的有力补充。近年来我国页岩气勘探开发连续取得重大突破。中国首个商业开发大型页岩气田，即江汉油田涪陵页岩气田生产页岩气累计超过400亿立方米[3]。2023年，我国页岩气勘探开发首次在四川盆地寒武系地层勘探取得重大突破，开辟了四川盆地页岩气规模增储上产新的阵地。目前中国已成为北美之外全球最大的页岩气生产国。

随着我国页岩气产业快速发展，3500米深度以内的页岩气已迈入规模化开采的阶段[1-2]。通常，垂深超过3500米的页岩气，被定义为深层页岩气。我国垂深大于3500米的深层/超深层页岩气资源十分丰富，资源量为308千亿立方米，深层页岩气资源量占总资源量的65%以上[4]，四川盆地南部筇竹寺组和五峰组-龙马溪组深层页岩气资源开采有利区面积分别占总区块面积的94%和82%，深层页岩气将是今后页岩气勘探开发的重点[5]。

目前已有美国、加拿大、中国和阿根廷4个国家拥有商业页岩气生产，预计随着页岩气开发技术的发展与普及，其他国家（主要是墨西哥和阿尔及利亚）的页岩气资源开发程度也会逐渐上升。预计到2040年，这6个国家将占全球页岩气产量的70%[6]。

1 页岩气标准国内外研究现状

1.1 页岩气国际标准现状

由中国石油西南油气田分公司天然气研究院牵头制定的国际标准ISO 7055：2023《天然气 上游领域 滑溜水降阻性能测试方法》已获得ISO国际标准化组织批准，于2023年8月正式发布。这是页岩气领域的首项国际标准，也是我国在页岩气国际标准领域取得的重要突破，有力支撑了我国页岩气技术在国际市场的竞争。此外，能源行业页岩气标准化技术委员会（以下简称页岩气标委会）还协同中石油、中石化等石油天然气企业，提出了《滑溜水性能测试和要求》《页岩气储层孔隙结构和矿物含量测定 扫描电镜法》等6项ISO工作项目提案[7]。

1.2 美国页岩气标准现状

国际上建立的页岩气相关标准，以美国标准为主。美国标准通常分为四种：国家标准、政府各部门标准、专业标准（或行业标准）、公司标准。美国没有成立专门从事页岩气技术和标准化的协会或机构。与页岩气开发相关的标准是由涉及页岩气产业链各个专业和领域特点的相关的协会制定的，而这些针对页岩气新制定的标准主要集中在水力压裂和页岩气储量评价方面，如美国石油学会API（American petroleum Institute）制定了页岩气水力压裂的标准，美国石油工程师协会SPE（Society of Petroleum Engineers）与国际经济地质学家协会SEG（Society of Economic Geologists）共同制定了页岩气资源和可采储量评价的标准。页岩气开发的其他环节主要使用现有的常规油气标准。页岩气钻井工程的相关标准主要由美国石油学会API制定。在标准之外，美国很多涉及安全环保健康和节能的要求（如油气井选址和间距，水资源管理和场外固体处置）是通过国家和各州的法规与许可来进行规定的。而我国更多地采用了强制性国家标准和行业标准、地方标准的形式来予以规定[8]。

1.3 中国页岩气标准现状

为促进中国页岩气标准化的发展，规范页岩气勘探开发利用，提高页岩气开发的环保和安全，加强对页岩气产业的监管与规范，2013年7月，国家能源局批复成立了页岩气标委会（NEA/TC 26），负责能源行业页岩气技术标准的归口管理工作，研究建立页岩气全产业链技术标准体系，开展页岩气通用及基础标准研制，协调与天然气标准化技术委员会等相关标委会的关系，共同开展页岩气某一专业技术领域标准的制修定等标准化工作[7]。目前，页岩气标委会牵头建立的页岩气技术标准体系覆盖了页岩气全产业链各个技术环节，涉及页岩气地质分析、地震与测井、钻井工艺、储层改造、气藏开发、安全清洁生产等页岩气勘探开发过程，以及经济核算与HSE管理等支撑环节，整体技术达到国际先进水平，有力支撑了我国页岩气产量由2015年的45亿立方米提高到2022年的240亿立方米，较2015年增加433%，較2018年增加122%，占天然气（含非常规天然气）产量的11%[9]。我国页岩气标准从2015年开始发布，图1展示了我国页岩气标准总数逐年的增长（仅统计天然气标委会和页岩气标委会发布的标准）。

2 页岩气钻井工程标准分类总结

页岩气钻井技术标准所覆盖的专业方向可以分为钻前工程、钻井设计、钻井过程、井控、钻井液、录井、固井、HSE管理、经济核算。现有页岩气钻井技术标准共27项，其中5项国标，22项行标，如表1所示。每一项标准涉及的页岩气钻井工程专业方向在表1中列出。可以看出目前我国已经形成了比较完善的页岩气钻井技术国标/行标体系，比较全面地覆盖了页岩气钻井工程涉及的各个专业方向。

3 页岩气钻井工程标准评价建议

3.1 现有标准体系应结合工程技术进步及时修订

随着技术进步，现有标准的部分条款与页岩气钻井工程的现场实际情况存在不一致。在现场情况和行业通行做法合理的情况下，现有标准需要进行更新与修订，使标准能够落地，以便更好地指导页岩气钻井工程的现场工作。例如，在NB/T 10252-2019《页岩气水平井钻井作业技术规范》[10]中，要求“完钻电测连续测斜距离读值不超过25 m，特殊情况加密测斜”，目前页岩气井普遍采用随钻测量，测量间距短，数据齐全。所以标准要求的电测连续测斜数据比随钻测量测斜数据误差更大。建议水平井完钻后以随钻测量数据为准，不电测井斜方位数据。在NB/T 10252-2019《页岩气水平井钻井作业技术规范》[10]中对页岩气钻井中弯壳体动力钻具复合钻进转盘转速给出了推荐值，但是随着技术的进步，目前页岩气钻井现场顶驱逐渐普及，施工方也在越来越多地使用强化钻井参数。建议在标准中增加适用于顶驱复合钻进，并能体现强化钻井参数的推荐值。

有些标准在文中引用了其他现有标准，但是其他标准可能已经被更新的标准取代，或规定范围与更晚发布的标准有重叠。例如在NB/T 14012.2-2016《页岩气工厂化作业推荐作法第2部分：钻井》[11]中规定井控的相关要求应参考SY/T 6426-2005《钻井井控技术规程》，而目前SY/T 6426-2005《钻井井控技术规程》[12]发布时间较久，虽然尚未废止，但内容与GB/T 31033-2014《石油天然气钻井井控技术规范》[13]基本重叠，且后者发布较晚，属于国标。所以建议NB/T 14012.2-2016《页岩气工厂化作业推荐作法第2部分：钻井》[11]应引用更新的国标GB/T 31033-2014《石油天然气钻井井控技术规范》[13]。

3.2 部分技术指标应体现页岩气特殊性

现有标准在设定指标时，有些指标设置值过于严格，或仍然沿用常规油气钻井标准，不符合页岩气钻井工程的特点，以至于无法有效指导页岩气钻井工程。所以建议指标应该根据页岩气钻井工程实际需要，对现有标准中的指标进行相应的修改，以便更好地指导页岩气钻井工程的设计与施工。例如在NB/T 14009-2016《页岩气 钻井液使用推荐作法油基钻井液》[14]中，推荐油基钻井液性能为：高温高压（120℃）滤失量≤5。在实际页岩气钻井中，此指标较为宽泛，会导致油基钻井液滤失量大，不能满足油基钻井液的入井性能要求。

3.3 标准之间应避免重复和冲突

在现有标准中，针对某些指标，不同的标准都同时作出了规定，有时不同标准的规定还有冲突。有些技术要求虽然已经在现有标准中作出了规定，但是技术要求的归类错误，可能会造成认识不清和技术实施主体混淆，不利于现场作业与管理。建议把同一个技术方面的内容在单独一项标准中作出规定，其他标准引用此标准而不另外作出规定；对同一技术内容的要求有冲突的标准，应该在考虑工区实际情况和技术科学性的前提下将标准规定统一化。例如在标准NB/T 14010-2016《页岩气丛式井组水平井安全钻井及井眼质量控制推荐做法》[15]与NB/T 10252-2019《页岩气水平井钻井作业技术规范》[10]都涉及分段轨迹控制，内容有重复的地方。在NB/T 14012.2-2016《页岩气工厂化作业推荐作法第2部分：钻井》[11]中规定防喷器远程控制台距离为25 m，与NB/T 14010-2016《页岩气丛式井组水平井安全钻井及井眼质量控制推荐做法》[15]规定防喷器远程控制台距离为15 m有冲突。

有一些标准的内容组织结构可能与同类标准的惯例不一致。在NB/T 14010-2016《页岩气丛式井组水平井安全钻井及井眼质量控制推荐做法》[15]中，4.3条款（二级章节）名为“安全管理”，内容涵盖健康、安全、环境管理（HSE）。参考其他同类型标准，此内容一般会单独放在一级章节“健康、安全、环境管理（HSE）”中。可以考虑重新组织内容结构。

3.4 建立针对性页岩气井控管理相关标准

页岩气由于地质特殊性，自然产能低，通常需要采用体积压裂才能获得产能，相比常规天然气井，钻井井控风险相对较小，但目前并没有制定一个涵盖页岩气钻井各个环节井控要求的标准，仅在其他相关技术标准中部分涉及，井控技术及管理要求主要参照常规天然气钻井井控管理规范及各作业公司规范文件执行，综合考虑钻井安全及经济性，有必要建立页岩气专项井控管理规范，加强行业统一规范。

4 结 语

（1）在页岩气标委会、全国天然气标准化技术委员会等标准委员会与中石油等石油天然气企业的协同努力下，我国已经建立了页岩气技术标准体系，覆盖页岩气全产业链业务发展，涉及页岩气地质分析、地震与测井、钻井工艺、储层改造、气藏开发、安全清洁生产等页岩气勘探开发过程，整体技术已达到国际先进水平。

（2）在页岩气钻井工程方面，相关技术标准已经比较全面地覆盖了页岩气钻井工程各个专业方向（钻前工程，钻井设计，固井等），为页岩气钻井工程起到了重要的指导和规范作用。

（3）目前页岩气钻井工程的相关标准尚存在一些问题（和现场情况和工程技术进步不一致，设定指标未体现页岩气钻井工程特殊性，现有标准之间重复冲突，以及尚未形成针对页岩气钻井工程井控管理的相关标准），建議根据工区实际情况和页岩气钻井的技术要求进行适当修订。

（4）建议未来页岩气钻井工程标准相应地要及时更新修订，并将适用于页岩气钻井工程的科研成果有形化为标准，以适应技术进步在现场的普及应用和未来深层页岩气钻井的需求。未来可形成标准的科研成果，包括旋转导向、地质导向，深层页岩气钻井提速技术，高性能水基钻井液等。

参考文献

[1]乐宏，常宏岗，范宇，等.中国页岩气技术标准体系建设与展望[J].天然气工业，2020，40（4）：1-8.

[2]邹才能，朱如凯，董大忠，等.页岩油气科技进步，发展战略及政策建议[J].石油学报， 2022， 43（12）：1675-1686.

[3]国家能源局石油天然气司，等.中国天然气发展报告（2022）[R].2022.

[4]WANG L ， GUO Y ， ZHOU J ， et al. Rock mechanical characteristics of deep marine shale in southern China， a case study in Dingshan block[J]. Journal of Petroleum Science and Engineering， 2021.

[5]王世谦.页岩气资源开采现状、问题与前景[J].天然气工业，2017，37（6）：115-130.

[6]新华社.美机构预测2040年中国将成全球第二大页岩气生产国[N/OL].（2016-08-16）[2023-06-17].http：//www. xinhuanet.com/world/2016-08/16/c_1119399731.htm.

[7]袁文静，孙茹，何娜.健体系 攻技术 促合作 强组织 努力打造页岩气高质量标准[J].中国标准化，2023（8）：38-41.

[8]张艳芳，齐坤伟.页岩气开发中环境影响评价法律机制的国外镜鉴[J].中国矿业，2022，31（10）：35-42+47.

[9]高芸，王怡平，胡迤丹，等.2022年中国天然气发展述评及2023年展望[J].天然气技术与经济，2023，17（1）：1-10.

[10]页岩气水平井钻井作业技术规范：NB/T 10252-2019[S]

[11]页岩气工厂化作业推荐做法 第2部分：钻井：NB/T 14012.2-2016[S].

[12]钻井井控技术规程：SY/T 6426-2005[S].

[13]石油天然气钻井井控技术规范：GB/T 31033-2014[S].

[14]页岩气 钻井液使用推荐作法 油基钻井液：NB/T 14009-2016[S].

[15]页岩气丛式井组水平井安全钻井及井眼质量控制推荐做法：NB/T 14010-2016[S].

作者简介

李紫剑，博士，博士后，主要从事钻井工程与岩石力学研究。

苏昱，博士，博士后，主要从事钻井工程与井控研究。

罗越耀，本科，工程师，主要从事钻井工程与钻井工艺研究。

沈欣宇，通信作者，硕士，高级工程师，主要从事钻井工程研究与科研管理。

（责任编辑：袁文静）