深层页岩气开发工程技术分析

深层页岩气开发工程技术分析

陈筱琳

中石化重庆涪陵页岩气勘探开发有限公司 408000

【摘要】为高效开展我国的深层页岩气，文章以我国深层页岩的特殊储层地质条件为依据，以减短钻井的周期、减少开发工程成本以及提升单井产量等为目标，对现下我国深层页岩气开发的工程技术进展作出分析，以期为深层页岩气的有效开发提供参考，推动我国深层页岩气开发工程的有效开展。

【关键词】深层页岩气;开发;工程技术

深层页岩气具有埋藏深、地应力强、岩石强度大等特点，使得钻井速度更低，也需要更长的周期，加上复杂裂缝的压裂程度较低，难以改造，导致深层页岩气的开发工程受到了极大限制，因此，近年来，我国对于深层页岩气开展工程技术的探索越来越重视，并在理论探索、核心设备研发以及工程技术研究等多个方面均取得了重大进展。

1. 钻井提速技术

1.1冲击器+大功率螺杆+PDC钻井提速技术

提升钻井的速度，将钻井周期缩至最短是钻井工程始终追求的目标，对于深层页岩气的钻井提速，主要以提升硬地层破岩效率理论为基础，重点在于以下3点：钻头与地层高度匹配、大钻压大扭矩的破岩能量以及降低钻头破岩时的能量损失，以此为基础研发了冲击器+大功率螺杆+PDC钻井提速技术，旋冲钻井时于钻头部安装1个冲击器，将钻井液压力转为高频冲击力，在旋转与冲击双重功用下进行破碎岩石，以提升破岩效率；大功率螺杆应用的是等壁厚马达结构，使每级的承压力增强，内部引用了短幅内摆线线型结构，使得线型具免打扣、偏心的距离更小，而综合曲率的半径则增大，优化了马达受力，输出扭矩可达15000Nm，机械钻速可提升30-40%。

1.2控压降密度技术

浅层的裂缝气量较小，侵入速度快，且容易漏失，应用控压降密度钻井技术可以强化井筒稳定性，降低漏失；页岩气储层的裂缝断层发育能常为溢漏同存，而应用这种钻井技术，可以避免油基钻井液的漏失或发生其他复杂情况，用于JY9-3HF等井中可降低钻井复杂性，降低井内漏失、坍塌风险，机械钻速均速为13.04m/h，同比上升29.89%^[1]。

2. 裂缝改造体积提升技术

2.1交替注入技术

深层页岩气的储层地应力差极大，调整压裂施工的参数很难对天然裂缝张开临界压力进行突破，难以提升裂缝复杂性。而当前广泛应用的缝内转向剂弊端较多，例如深层压裂时压力的窗口过窄，无法对动态扩展产生的裂缝进行有效封堵；若同时存在天然高角度裂缝和层理缝，裂缝高度失控风险较大；而对于含钙质较大的页岩储层，交替注入滑溜水与酸液2-3次，即可构建酸蚀通道，使岩石强度下降，让破裂压力下降超过30%，施工压力也可减低2-3MPa，裂缝的复杂性明显提升。

2.2黏度、排量变化技术

为了构建多尺度的复杂缝，应用黏度、排量变化组合形式进行滑溜水与线性胶注入，可以让裂缝增宽50%左右，SRV上升30%左右。排量直接影响着裂缝的形态与SRV，普通线性胶的排量通常为2-6m³/min，滑溜水为10-12m³/min，在低、中或高黏滑溜水中形成多尺度裂缝破裂，中、高黏度的线性胶(比例20-30%)可以延伸多尺度裂缝(100mPa·s以下)^[2]。

2.3平面射孔技术

不同于螺旋射孔，平面射孔技术(如图1所示)与直井定向射孔更类似，但直井定向射孔要求裂缝方位必须精准，而平面射孔要更低，平面射孔优化后孔密可达到4-8孔/周，3-5簇/段，可以降低破裂压力10-20%左右，压裂车的组数量可以减少30-50%左右，改造时效明显提升，裂缝的改造强度也可提升，裂缝的长、宽、高可增加19-36%，SRV可以提升20-40%。

图1 平面射孔与螺旋射孔示意图

2.4多尺度型小粒径支撑剂技术

在尺度不同的裂缝空间构建后，饱和充填全尺度裂缝是ESRV提升的最终目标，应用多尺度小粒径支撑剂具有多重优点，其一在高闭合压力状态下，导流能力和中粒径无明显差别，可以让铺砂浓度提升，强化其抗嵌入的能力，达到分支裂缝封堵、滤失降低以及支撑的目的；其二支撑剂的沉降速度可以下降1/3-1/2，可以让远井筒裂缝的支撑效率得以提升；实践显示，小粒径支撑剂的使用量这30-40%，则加砂量可以提升10-20%左右。

3. 优化设计井身结构和井眼轨道技术

深层页岩气除了存在地表裂缝、溶洞之外，还可能伴随出水、出气等多种复杂问题，所以，在对高密度的电法勘探、测井、钻井以及录井等技术进行应用时，首先要对地表的溶洞、裂缝分布规律进行了解，找出地层的出水、出气及压力等分布特性，化四开的井身结构为三开，并对套管与钻头的尺寸进行持续优化。遇到定向的段造斜率过低、技术套管过度下深以及井眼过大等问题，需要使定向段造斜率提升，其造斜率需要从4-5°/30m上升至6-7°/30m，而靶前距需要从350m下降至300m)，同时还需要采用套管下深上提技术，使得造斜点移动到技术套管鞋下方，定向段的井眼大小从而311.2mm降低到215.9mm，实践显示，其机械钻速可同比上升30-40%

^[3]。

结语

总之，我国的深层页岩气勘探与开发都还处于起步阶段，而此种岩气所处的地质条件复杂性更高，近年来，虽然深层页岩气开发在工程技术上获得了很大的进展，且已经过多成了一大批深层页岩气井的开发，但与高速、高效以及低成本的目标仍存在一定差距，需要继续进行优化提升、完善配套以及持续攻克技术难关，从根本上解决钻井的周期过长，井下使用工具性能较差，缺乏高效钻头、大扭矩螺杆以及旋转导向等深层页岩气的高效钻井工具与技术，需要加大力度进行工程技术攻关，从而实现一开次、一趟钻的目标。

【参考文献】

[1]朱维耀,陈震,宋智勇,等.中国页岩气开发理论与技术研究进展[J].工程科学学报,2021,43(10):1397-1412.

[2]张烈辉,何骁,李小刚,等.四川盆地页岩气勘探开发进展、挑战及对策[J].天然气工业,2021,41(08):143-152.

[3]张力文.深层页岩气井固井施工工艺技术及应用[J].石化技术,2021,28(05):96-97.