国外页岩气井完井理论研究及在四川盆地的应用

石油地质内江科技２ ０ １ ２年第７期 124国外页岩气井完井理论研究及在四川盆地的应用苗 娟西南石油大学应用技术学院 ６３７０００ 四川南充 摘 要 本文通过对国外页岩气井完井相关理论技术的系统研究，以及对影响页岩气井完井产能影响因素的研究，总结、归纳出 一套适合于四川盆地页岩气井完井的理论方法。

关键词 页岩气 完井 压裂技术 随着全球范围内天然气需求量的不断攀升和北美页岩气开发取得 的巨大成功，近期国内掀起了一场开发页岩气资源的热潮。

由北美页 岩气开发的实践经验可知，开发页岩气资源的关键是完井技术。

完井 理论和技术的革新是成功开发页岩气的关键因素。

１ 页岩气井完井方式研究１．１ 页岩气井完井优化理论 北美页岩气开发实践经验表明，页岩气藏开发最成功的井型是水 平井，最有效的增产技术是大型水力多层压裂。

水平井比直井具有更 大的接触面积，更多的压裂层段，更低的单位成本。

如图１所示，水 平井的接触面积往往比直井大，由于储层厚度有限，直井可压裂的层 数有限，多数情况下采用直井射孔增产方式，而水平井可以在薄储层 中穿行较长距离，不但增加接触面积，还增加压裂层数的可能性。

图２ 多层压裂裂缝示意图图１ 不同井型接触面积对比页岩气井的完井方式主要包括组合式桥塞完井、水力喷射射孔完 井和机械式组合完井。

组合式桥塞完井是在套管井中，用组合式桥塞 分隔各段，分别进行射孔或压裂，这是页岩气水平井常用的完井方 法，但需要在施工中射孔、坐封桥塞、钻桥塞，是最耗时的一种方 法。

水力喷射射孔完井适用于直井或水平套管井。

机械式组合完井采 用特殊的滑套机构和膨胀封隔器，适用于水平裸眼井段限流压裂，一 趟管柱即可完成固井和分段压裂施工。

机械式组合完井主要有Ｈａｌｌｉｂｕｒｔｏｎ公司的ＤｅｌｔａＳｔｉｍＴＭ 完井系统和 ＢａｋｅｒＨｕｇｈｅｓ公司的ＦｒａｃＰｏｉｎｔ 完井系统。

两套完井系统的原理和实施 方案比较一致，只是封隔器坐封形式上略有不同。

施工时将完井工具 串下入水平井段，悬挂器坐封后，注入酸溶性水泥固井。

井口泵入压 裂液，先对水平井段最末端第一段实施压裂，然后通过井口落球系统 操控滑套，依次逐段进行压裂。

最后放喷洗井，将球回收后即可投 产。

膨胀封隔器的橡胶在遇到油气时会自动发生膨胀，封隔环空、隔 离生产层，膨胀时间也可控制。

大规模压裂技术极大的改善储层性质，增加了产层的泄气面积。

水平井压裂技术主要体现在以下三个方面。

（１）水平井＋多段压裂技术的大规模成功应用。

水平井成本一般 是垂直井的１￣１．５倍，８００￣１０００ｍ水平段的常规水平井钻井及完井投资 约为７００万美元，而产量是垂直井的３倍左右。

目前，北美地区８５％的 页岩气开发井为水平井＋多段压裂（图２），如美国新田公司在 Ｗｏｏｄｆｏｒｄ页岩中的部分开发井采用５－７段式压裂（表２），页岩气增 产效果显著。

壳牌在潘恩代尔页岩气田的水平井压裂已经达到２４层之 多。

ＴＭ（２）清水压裂技术（Ｗａｔｅｒ－Ｆｒａｃｓ）。

该技术是用清水添加适当的 减阻剂作为压裂液替代通常使用的凝胶压裂液，可在不减产的前提下 节约３０％的成本，在低渗透油气藏储层改造中取得良好效果。

清水压 裂是利用含有减阻剂、黏土稳定剂和表面活性剂的水力压裂液，以这 种压裂液作为前置液来提供支撑剂输送。

清水压裂技术提高岩石渗透率的依据是：①天然的缝面不吻合和 产生粗糙缝面，剪切应力使缝面偏移，在裂缝扩展时，水力裂缝将开 启早已存在的天然裂缝，提高岩层的渗透率。

②使用其他压裂液进行 压裂处理，往往不能对进入气层中的压裂液进行彻底清洗，而水压裂 采用的压裂液为清水，是一种清洁压裂技术，也是提高岩层渗透率的 重要因素之一。

（３）同步压裂技术（Ｓｉｍｏ－Ｆｒａｃｔｕｒｉｎｇ）。

这项技术是近几年在 Ｂａｒｎｅｔｔ页岩气开发中成功应用的最新压裂技术。

该技术的理论依据 为：同时对配对井（Ｏｆｆｓｅｔ Ｗｅｌｌｓ）进行压裂，即同时对两口（或两口 以上）的井进行压裂。

在同步压裂中，采用使压力液及支撑剂在高压 下从１口井向另１口井运移距离最短的方法，来增加压裂缝网络的密度 及表面积，该技术可以快速提高页岩气井的产量。

同步压裂最初是两 口互相接近且深度大致相同水平井间的同时压裂，目前已发展到３ 口、甚至４口井间同时压裂。

１．２ 影响页岩气井产能的完井因素 北美最近２０年的页岩气开发实践表明，页岩作为超低孔、超低渗 储层，其影响产能的原因比常规气藏更多。

在钻井、完井和增产中有 一步没有到位，都有可能导致这口井的生产能力明显低于预期，由于 目前国内没有正式投产的页岩气井，本文借鉴北美地区的页岩气井产 能影响因素分析，建立一种适合评价国内页岩气井产能影响因素的方 法。

通过北美页岩气开发井眼，研究并制定了一套影响页岩气井产能 的影响因子，其中包括基质裂缝、裂缝网络渗透率、水力裂缝间隙、 水力裂缝传导率、岩石压缩性、水力裂缝半长、自然裂缝孔隙度、次 生基质、基质渗透率、基质孔隙度、水力裂缝高度、非达西流、气体 含量等１３个影响因子（图３）。

表１ 阿科马盆地Ｗｏｏｄｆｏｒｄ页岩气井产量表 注：据Ｊｏｈｎ Ｗｈｉｔｅ等，有修改图３ 影响页岩气井累积产量的参数125内江科技２ ０ １ ２年第７期石油地质针对页岩气储层的独特性（超低孔、超低渗、气体解析困难）， 在钻井和完井工程中就必须要考虑到钻井因素对有限孔隙和裂缝的保 护，尽量使用低污染或油基钻井液，保护储层。

通过分析认为：基质裂缝、裂缝网络渗透率、水力裂缝间隙、水 力裂缝传导率、岩石压缩性、水力裂缝半长、自然裂缝孔隙度对水平 井的产能影响较大，因此在钻井工程中需要对近井地带的基质渗透 率，裂缝网络渗透率和自然裂缝孔隙度进行保护。

在水平井多层压裂 施工中优化施工参数和支撑剂性能，延伸裂缝长度，增加裂缝传导 率。

１．３ 页岩气井完井的技术瓶颈 近年来，致密气藏完井技术取得了许多突破，主要表现在 ＢａｋｅｒＨｕｇｈｅｓ的ＦｒａｃＰｏｉｎｔＴＭ系统和Ｈａｌｌｉｂｕｒｔｏｎ的Ｄｅｌｔａ ＳｔｉｍＴＭ和ＳｍａｒｔＴＭ完 井系统，ＢＪ公司的压裂技术在北美页岩气开发中的应用也取得了良好 的效果。

但对于页岩气藏完井技术来讲，仍然有很多问题未能克服。

（１）水平井井眼轨迹位置与岩石三个主应力之间的关系模拟和 预测技术。

如图４所示，水平井中的横向裂缝可以极大地增加气井与 页岩气层的接触面积。

横向裂缝（紫色）是裂缝方向与井筒垂直的裂 缝，可以通过沿最小水平主应力方向钻进，然后进行压裂所产生的。

纵向裂缝（绿色）与井筒平行，是通过沿最大水平主应力方向所钻的 井进行压裂产生的。

通过分析可知，预测水平井主应力方向，调整井 眼轨迹方位对页岩气完井工程的增产改造具有极大的意义。

２．１ 页岩气井完井方法 北美页岩气井完井经历了两个主要阶段：①直井＋射孔完井阶 段；②水平井＋大型水力压裂阶段。

页岩气开采技术被评选为２００９年 世界石油科技１０大进展研究之一。

水平钻井、多级分段压裂和重复压裂技术的进步大幅度提高了页 岩气井产量。

目前页岩气井完井关键技术主要体现在以下几个方面。

（１）压裂液和支撑剂结合超高质量泡沫技术、超轻支撑剂和支 撑剂部分单层分布技术的新型水力压裂工艺，使产量高于同条件对比 井１５％￣６０％，累积产量平均增加４５％。

（２）压裂监测—ＩｎｔｅｌｌｉＦｒａｃ技术集成了世界领先的压裂增产技术 和微震监测技术，可以使作业公司在实施增产措施的过程中监测裂缝 面积，实时对压裂作业进行控制。

（３）压裂定位控制—Ｆｒａｃ－Ｈｏｏｋ多分支套管压裂技术，可以更好 地定位压裂位置，更精确地控制分支井筒，提供有选择性的高压压裂 能力。

（４）多级压裂能力—ＦｒａｃＰｏｉｎｔ ＥＸ技术，使用投球或滑套一次起 下封隔完井，在Ｗｉｌｌｉｓｔｏｎ油田成功完成２４级裸眼封隔压裂。

２．２ 四川盆地页岩气井完井方法推荐 四川盆地下寒武筇竹寺组和下志留统龙马溪组两套页岩厚度较 大，总厚度达４００￣１２００ｍ，但ＴＯＣ＞２％的页岩厚度在１００ｍ左右，如 果使用直井开发方式，可能在储层物性较好的层段通过射孔方式见产 （如威５井日产量达到２．４６万方），但一般的直井老井复查的页岩气 井仅显微气，产量并不高。

研究认为大斜度井和水平井是开发川南页岩气藏的最优开发井 型。

由于川南地区的页岩气藏厚度较大，埋深适中，水平井钻井工作 的难度较小。

通过研究，推荐在四川盆地页岩气藏勘探成熟区块使用 水平井＋多层水力压裂和储层改造完井方法进行先期的试验开发。

３ 结论图４ 水平井裂缝形态与应力关系图５ 裂缝系统的复杂性（２）水平井压裂裂缝形态预测技术很难满足要求。

如果不能预 测裂缝形态，就不能很好评价压裂技术的实际效果。

在Ｂａｒｎｅｔｔ页岩压 裂中，Ｓｃｈｌｕｍｂｅｒｇｅｒ把ＳｔｉｍＭＡＰ微地震监测剖面技术作为实时监测页 岩压裂技术的有效手段。

目前，一般裂缝监测技术可以用于预测简单 裂缝，但复杂网状裂缝的压裂监测技术很难满足现场要求。

２ 国内页岩气井完井方法研究通过对北美页岩气藏完井理论研究，本文介绍了北美页岩气开发 的完井优化理论及关键增产改造技术；分析了影响页岩气井产能的关 键因素；分析了四川盆地页岩气藏钻完井工程技术特点，推荐了适合 四川盆地的完井优化技术。

作者简介 苗娟（１８８３－），女，助教，硕士，２０１０年毕业于西南石 油大学油气井工程专业，主要从事钻井工艺相关的教学和科研。

（收稿日期：２０１２－０５－１４）（接１５３页）数报表打印的预览，在该对话框中可以进行页面设置选 择等。

（４）用户管理模块主要包括用户添加、修改密码和退出系统三 部分，如图７所示，可以进行用户的注册，其中用户权限分为管理用 户和一般用户，修改密码对话框可以实现用户修改密码的功能。

图７ 用户管理模块３图５ 报表输出打印结语采场矿压参数数据库管理系统是针对煤矿矿压参数管理而开发的 专门软件，采矿工程技术人员可以快速完成矿压参数的管理、分析和 存档等功能，并可以根据实际需要调用某一特定时间某个地点的矿压 数据来完成相应的工程设计需要，可以节省工程技术人员的劳动时 间，提高工作效率。

作者简介 杨龙杰（１９７８－），本科，现从事煤矿开采技术管理工作。

（收稿日期：２０１２－０６－０１）图６ 巷道围岩参数报表打印预览。