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        頁巖氣水平井鉆完井關(guān)鍵技術(shù)研究

        2020-12-28 15:09:13劉巖
        中國化工貿(mào)易·中旬刊 2020年6期
        關(guān)鍵詞:頁巖氣應(yīng)用優(yōu)勢水平井

        摘 要:針對頁巖氣水平井鉆完井作業(yè)過程中的關(guān)鍵技術(shù)問題,本次研究結(jié)合我國頁巖氣水平井鉆完井技術(shù)現(xiàn)狀,首先對頁巖氣水平井鉆完井技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢進(jìn)行簡單分析,在此基礎(chǔ)上,對頁巖氣水平井鉆完井關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行深入研究,為推動我國頁巖氣水平井鉆完井技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展奠定基礎(chǔ)。研究表明:頁巖氣儲層與常規(guī)天然氣存在較大的差別,因此,頁巖氣需要采用獨(dú)特的開發(fā)方式;在對頁巖氣進(jìn)行開發(fā)的過程中,井眼方位的選擇、井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、軌跡控制技術(shù)以及完井技術(shù)等屬于頁巖氣水平井鉆完井作業(yè)過程中的關(guān)鍵技術(shù)。

        關(guān)鍵詞:頁巖氣;水平井;鉆完井;應(yīng)用優(yōu)勢;關(guān)鍵技術(shù)

        0 引言

        隨著社會對能源需求量的不斷提升,常規(guī)天然氣的產(chǎn)量已經(jīng)無法滿足社會進(jìn)步的需要,因此,對非常規(guī)天然氣進(jìn)行探勘和開發(fā)十分關(guān)鍵。頁巖氣屬于非常規(guī)天然氣的一種類型,頁巖氣的儲量相對較為樂觀,對頁巖氣進(jìn)行有效的開發(fā)十分重要,有利于滿足我國社會進(jìn)步對能源的需求[1]。近些年來,我國已經(jīng)加快了對頁巖氣的勘探和開發(fā),頁巖氣與常規(guī)的天然氣相比具有非常明顯的差別,因此,頁巖氣開發(fā)的過程中所采用的技術(shù)與常規(guī)天然氣開發(fā)也存在較大的差別。本次研究主要是對頁巖氣水平井鉆完井關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行多方面的研究,全面推動頁巖氣開發(fā)的進(jìn)一步發(fā)展。

        1 頁巖氣水平井鉆完井技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢

        從儲層角度分析,頁巖氣所處的地層與常規(guī)天然氣相比存在較大的差別,其中,頁巖氣儲層內(nèi)非均質(zhì)性非常的明顯,受到儲層因素的影響,使得頁巖氣的開發(fā)技術(shù)與常規(guī)天然氣相比存在較大的差距,目前在對頁巖氣進(jìn)行開發(fā)的過程中,最常見的技術(shù)為水平井技術(shù)。在使用水平井技術(shù)的過程中,氣井可以穿過較多的地層,可以對天然氣地層中的裂縫進(jìn)行全面的利用[2]。如果頁巖氣處于泥頁巖的地層之中,則其垂直裂縫的發(fā)育狀況相對較好,頁巖氣主要是以游離狀態(tài)處于這些天然的地縫之中,通過使用水平井技術(shù),可以穿過更多的裂縫,這對于頁巖氣的開采而言十分有利。在另一方面,采用水平井技術(shù)還可以提升壓裂增產(chǎn)的質(zhì)量,一般情況下,頁巖氣的儲量主要是受到地層中裂縫數(shù)量的影響,如果使用垂直井對頁巖氣進(jìn)行開發(fā),則氣井將會與地層中的最大應(yīng)力方向相互平行,在進(jìn)行壓裂作業(yè)的過程中,裂縫將會沿著地層中最大應(yīng)力的方向逐漸伸展,因此,垂直井對于頁巖氣的壓裂增產(chǎn)十分不利。在使用水平井技術(shù)對頁巖氣進(jìn)行開發(fā)的過程中,最好可以根據(jù)地層中最小的應(yīng)力方向?qū)圻M(jìn)行布置,在進(jìn)行壓裂作業(yè)的過程中,產(chǎn)生的裂縫需要與水平井相互垂直,這可以有效的提升壓裂作業(yè)質(zhì)量。如果在對頁巖氣進(jìn)行開發(fā)的過程中,直井無法起到很好的開發(fā)效果,則使用水平井技術(shù)以后,頁巖氣的開采量將會得到明顯的提升。綜合而言,水平井技術(shù)是一種對頁巖氣進(jìn)行開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù),水平井技術(shù)的使用可以使得頁巖氣的開發(fā)效率和開發(fā)效果得到明顯的提升,這對于我國能源領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展十分有利[3]。

        2 頁巖氣水平井鉆完井關(guān)鍵技術(shù)分析

        2.1 井眼方位的選擇

        在使用水平井技術(shù)對頁巖氣進(jìn)行開發(fā)的過程中,首先需要對井眼的方位進(jìn)行選擇,如果井眼的方位選擇不合理,則會對后期的壓裂作業(yè)產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。在進(jìn)行井眼選擇的過程中,首先應(yīng)該選擇裂縫發(fā)育相對較好、脆性物質(zhì)含量相對較高以及應(yīng)力相對較低的位置,這些區(qū)域的孔隙度發(fā)育相對較好,可以為后期的壓裂作業(yè)奠定基礎(chǔ)。在另一方面,為了使得水平井可以穿越更多的地層以及縫隙,水平井的井眼需要與最小主應(yīng)力的方向保持相同。同時(shí),在進(jìn)行水平井鉆井作業(yè)的過程中,鉆井的方向需要與裂縫網(wǎng)絡(luò)平行的方向基本保持一致,這樣可以使得橫向裂縫的數(shù)量增加,誘導(dǎo)裂縫將會與地層中的天然裂縫連通,天然氣與裂縫之間的接觸面積也會增加,進(jìn)而使得頁巖層的開采效率得到有效的提升。

        2.2 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

        在對頁巖氣進(jìn)行開發(fā)作業(yè)的過程中,井身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也十分重要,與常規(guī)天然氣相比,頁巖氣的解析速度相對較慢,但是其擴(kuò)散速度相對較快,因此,頁巖氣的開發(fā)時(shí)間相對較長,一般情況下,頁巖氣水平井的壽命可以超過25年,因此,在對頁巖氣水平井的井身進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中,需要考慮多次壓裂作業(yè)的基本需求,同時(shí)需要保證水平井的壽命可以達(dá)到50年以上。在另一方面,在進(jìn)行頁巖氣生產(chǎn)作業(yè)的后期階段,需要對其進(jìn)行加砂壓裂作業(yè),該種類型的作業(yè)對套管以及套管頭的要求相對較高,需要保證具有很強(qiáng)的承壓能力,固井的質(zhì)量要求也相對較高。同時(shí),在對頁巖氣水平井的井身進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中,需要充分利用三維技術(shù),對地層的狀況進(jìn)行全面的分析,及時(shí)了解地層中應(yīng)力以及鉆井軌跡的變化情況,盡可能保證井身與地層中的最大應(yīng)力方向相互垂直,使得井筒與裂縫的接觸面積增加,這是打開較多儲層的良好方法,在較多的儲層都被打開以后,頁巖氣的產(chǎn)量必然會大幅提升,同時(shí),頁巖氣的開發(fā)效率將會提高,開發(fā)成本將會降低。

        2.3 軌跡控制技術(shù)

        在進(jìn)行頁巖氣水平井鉆完井作業(yè)的過程中,對鉆井的軌跡進(jìn)行準(zhǔn)確的把控十分重要,目前,受到導(dǎo)向工具快速發(fā)展的影響,工作人員已經(jīng)可以對水平井的軌跡進(jìn)行準(zhǔn)確的把控,同時(shí),工作人員還可以對鉆井的軌跡進(jìn)行合理的優(yōu)化。如果水平井中水平段的距離相對較短,地層中的均質(zhì)性相對較好,則在進(jìn)行軌跡控制的過程中,工作人員可以使用最為普通的工具進(jìn)行造斜作業(yè)。如果水平井中水平段的距離相對較長,同時(shí)地層中的狀況相對較為復(fù)雜,則工作人員可以使用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向的工具進(jìn)行鉆井作業(yè),此時(shí)形成的井眼將會更加的光滑。如果使用常規(guī)的技術(shù)進(jìn)行定向鉆井作業(yè),則其作業(yè)的質(zhì)量將會受到多方面因素的影響,例如在進(jìn)行造斜作業(yè)的過程中,造斜的質(zhì)量會受到工具旋轉(zhuǎn)或者工具滑動的嚴(yán)重影響,如果井眼的軌跡相對較為復(fù)雜,則其橫向位移將會受到地層中阻力的嚴(yán)重影響,進(jìn)行測井作業(yè)的難度將會嚴(yán)重增加。因此,如果水平井中的狗腿度相對較小,則鉆井作業(yè)可以使用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向的工具,使用該種類型的鉆井工具以后,鉆井作業(yè)的效率將會大大提升,井眼的質(zhì)量也會得到明顯的提高,在進(jìn)行下套管作業(yè)的過程中,出現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)問題的概率將會大大降低,設(shè)備的鉆進(jìn)速度將會大大增加,水平井的建設(shè)周期將會得到明顯的縮短,整個(gè)項(xiàng)目的成本也將會大大降低。綜合而言,在進(jìn)行鉆井作業(yè)的過程中,工作人員需要根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際情況,對鉆井工具以及軌跡控制技術(shù)進(jìn)行合理的選擇。

        2.4 完井技術(shù)

        對于頁巖氣所處的儲層而言,由于其物性相對較差,所以儲層中的滲透率相對較低,一般情況下,頁巖氣氣井基本都沒有自生產(chǎn)的能力,因此,在對頁巖氣進(jìn)行開發(fā)的過程中,需要進(jìn)行壓裂增產(chǎn)作業(yè),因此,在對頁巖氣水平井進(jìn)行完井作業(yè)的過程中,需要對壓裂增產(chǎn)的措施進(jìn)行全面的考慮,水平井對于完井技術(shù)的要求相對較高,完井作業(yè)也是鉆完井施工過程中的重要步驟,完井作業(yè)的質(zhì)量會對頁巖氣的采收率產(chǎn)生嚴(yán)重的影響,目前常見的完井作業(yè)方法主要有分段射孔完井、機(jī)械形式的完井以及組合式的完井,工作人員需要根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際情況,對完井作業(yè)的方法進(jìn)行合理的選擇。

        3 結(jié)論

        通過本次研究可以發(fā)現(xiàn),受到頁巖氣儲層內(nèi)非均質(zhì)性非常的明顯等多方面因素的影響,水平井技術(shù)成為了頁巖氣開發(fā)過程中的重要技術(shù),使用水平井技術(shù)對其進(jìn)行開發(fā),能有效的提高頁巖氣的產(chǎn)量以及開發(fā)效率,同時(shí),井眼方位的選擇、井身結(jié)構(gòu)設(shè)置、軌跡控制技術(shù)以及完井技術(shù)等屬于頁巖氣水平井鉆完井作業(yè)過程中的關(guān)鍵技術(shù),在進(jìn)行頁巖氣開發(fā)的過程中,需要對這些關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行精確的把控和合理的選擇。

        參考文獻(xiàn):

        [1]陳安明,張輝,宋占偉.頁巖氣水平井鉆完井關(guān)鍵技術(shù)分析[J].石油天然氣學(xué)報(bào),2012,34(11):98-103.

        [2]楊松.頁巖氣水平井鉆完井和水力壓裂技術(shù)[J].油氣地球物理,2013(02):9-11.

        [3]薛彥生.解析頁巖氣水平井鉆完井和水力壓裂技術(shù)[J].中國科技縱橫,2013(23):154.

        作者簡介:

        劉巖(1981- ),男,遼寧昌圖人,助理工程師,從事鉆井工程技術(shù)服務(wù)工作。

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