页岩气井工厂开发关键技术
页岩气“井工厂”钻井关键技术
页岩气“井工厂”钻井关键技术作者：陈长卫来源：《名城绘》2019年第11期摘要：“井工厂”技术可以缩短建井周期，降低钻井成本，大幅度提高资源及设备利用率，在页岩气等低渗透、低频位非常规油气资源开发中具有显著的技术优势，并在北美页岩气开发中获得成功应用。
本文主要对“井工厂”钻井关键技术和发展建议进行了阐述，以供参考。
关键词：页岩气；井工厂；技术页岩气的开采比常规天然气的寿命和生产周期更长，因此成为了目前世界各国的主要勘探开发对象。
但是，页岩气也存在一些不利于开发的特点，例如储层低孔、低渗等。
为了提高页岩气开发效率，新型“井工厂”钻井技术应运而生。
该技术采用了“ 群式布井、集中施工、流水作业”的作业模式，可以有效实现资源整合、远程控制及统一管理。
1、“井工厂”钻机技术特点相对于常规钻机，“井工厂”钻机主要特点为：（ 1）钻机具有多向、高效移动性能，能在固定井位间任意移动，缩短了拆卸、搬迁和安装等时间；（ 2）钻机配备管柱自动化处理装备，自动化程度高，作业效率高，减小了工人作业量，降低了作业风险，节约了作业成本；（ 3）钻机具有结构模块性强、占地面积小的特点，满足山区或道路条件差的区域丛式井作业要求；（ 4）钻机噪声小、污染轻，对环境具有积极保护作用。
2、“井工厂”钻井关键技术2.1井场部署井场占地量由井组数决定，一个井场中设计的井组数越多，井场面积越大，需要综合考虑钻井和压裂施工车辆和配套设施布局。
地面工程的设计需要考虑工程和环境的影响，为井工厂开发提供保障，同时使占地面积最小化。
主要考虑因素：⑴满足区块开发方案和页岩气集输建设要求；（2）充分利用自然环境、地理地形条件，尽量减少钻前工程的难度；⑶考虑钻井能力和井眼轨迹控制能力；⑷最大程度触及地下页岩气藏空间面积；（5）考虑当地地形地貌，生态环境，以及水文地质条件，满足有关安全环保的规定。
2.2水平井钻井技术通常页岩气采用直井进行开采收效甚微，改用水平井会得到更好的开采效果：水平井减少了地面设施，避免了一些地面不利条件的影响，更加有利于与页岩储层裂缝接触，产量可达直井的3一50倍。
页岩气开发水平井技术
水平钻井：页岩气开发的“杀手锏”
今天，水平井已经成为美国页岩气开发最主要的方式，也是页岩生 产井最有利的完井方式。水平井单井产量大，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，显示出直井 无法比拟的效果。页岩气从水平井中获得的估计最终采收率大约是直 井的3倍。 水平钻井技术是页岩气开发的核心技术之一，广泛应用于页岩气开 发钻井。水平井页岩气单井产量高，生产时间长，是页岩气开发最合 理的方式，水平井井位应该尽量选择在天然裂缝系统发育、有机质富 集、泊松比低和杨氏模量高的地方。 水平井钻井主要有低压欠平衡空气钻井、控制压力钻井和旋转导 向钻井等技术，低压欠平衡空气钻井技术应用较成熟，控制压力钻井 技术能够很好的克服井壁坍塌问题，旋转导向钻井技术是页岩气水平 钻井技术发展的方向。水平钻井结合合理的增产措施是提高页岩气产 量的必要手段。
杨氏模量是描 述固体材料抵 抗形变能力的 物理量。
页岩气水平井钻井井位的选择
天然裂缝系统发育程度是影响页岩气开采效益的直接因素，因此页岩气水平井井位应选择在裂 缝发育程度高的页岩地区及层位，特别是垂直裂缝发育的地方，除此之外，还应尽量选择在有机质 富集、黏土含量中等，脆性成分含量高，泊松比低和杨氏模量高的地方。在作业过程中，一般选择 与主要裂缝网络系统大致平行的方位钻井，这样能够产生较多的横向诱导裂缝，使天然或诱导裂缝 网络彼此连通，沿垂直最大水平应力方向钻井可以增加井筒与裂缝相交的可能性，增大气体渗流面 积，从而提高页岩气的采收率。通常情况下，页岩气井的水平段越长，初始开采速度和最终采收率 就会越高，美国Barnett页岩水平井水平段长为457.20～1371.60m，据资料统计，页岩气井最有效的 造斜及水平段总长度一般为914～1219m。 在页岩地层的钻井中，作业者面临着井塌、扭矩和阻力方面的问题，难度比普通钻井更大，特 别是完井方案的设计，这是在井身设计阶段就必须考虑好的问题，它对井眼的稳定性及能否获得持 续产量至关重要。 页岩水平井完井方式有裸眼完井、滑动套管完井、连续油管完井、井下钻具组合完井等。裸眼 完井的后期压裂作业难度大，对水力压裂技术的要求较高，往往需要与先进的现代水力压裂技术结 合使用，如使用滑动套管压裂，适用于黏土含量小的井。套管完井井筒稳定，在储层改造时能够选 择性地射孔，从而进行优化增产作业，套管完井后，可以采用连续油管压裂对页岩储层进行改造。 页岩气井的水平井段多采用套管完井。不同完井方式对钻井工艺要求不同，因此在钻井设计时应注 意考虑完井方式这一因素。在页岩气井固井和分段隔离作业时，作业者一般使用酸溶性水泥（ASC） 作为常规水泥的替代品。酸溶性水泥物理性能和常规水泥十分相似，但不会抑制裂缝的产生，它在 酸基压裂液里溶解度很高（>90%），容易清除。
页岩气开发的关键技术
页岩气开发的关键技术
无
【期刊名称】《江汉石油科技》
【年(卷),期】2013(000)001
【摘要】页岩气开发具有资源潜力大、开采寿命长和生产周期长等优点，成为现在能源研究的热点和突破口。
研究表明，水平井钻井技术和水力压裂技术是页岩气开发的关键核心技术。
页岩地层钻井要充分考虑地质和其他各项因素，选择合理的钻井方式，并结合随钻测井技术实时观测钻井数据以调整设计方案。
针对不同的页岩层，选择合适的压裂方案，在压裂过程中利用微地震压裂监测技术实时监测裂缝增长动态，以达到获得预期产能的情况下成本最小化的目的。
【总页数】1页(P76-76)
【作者】无
【作者单位】不详
【正文语种】中文
【中图分类】TE357.1
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1.中国海相页岩气开发评价关键技术进展 [J], 贾爱林;位云生;金亦秋
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3.深层页岩气开发关键技术难点与攻关方向 [J], 何骁;李武广;党录瑞;黄山;王旭东;张成林;张柟乔;陈月
4.中石化江汉石油工程公司页岩气开发关键技术100%实现国产化 [J], 天工
5.中国石油川南页岩气开发形成关键技术体系 [J],
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加快突破页岩气开发的关键技术
裂检测采集 方法、数据处 理及裂缝 预测方法、 目前成熟的处理反演 软 件 、微地震压裂检测技术应用实例 分析等方面调查研究 ，全面 了解和 掌握微地震压裂检测技术的技术特 点、技术关键和应用技术 。 目前 ， 该技术 已成 为胜利油 田实施非常规 油气藏 开发 战略所具必须 的重要 的 高新技术储备之一。 水 平 井 钻 井 技 术 。 同直 井 相 比，水平井在 页岩气 开发 中具有 比 较显著的优 势：一是水平 井成本 为
新技术 纵览 ・ 新 技 术
Ｏｖ ｅ ｒ ｖ ｉ ｅ ｗ ｏ ｆ Ｎｅ ｖ ， ， ＇ Ｆ ｅ ｅ ｌ ｍ（ ） １ ｏ 萌ｃ Ｎ ｗ Ｉ ＇ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ Ｗ
加 快 突破 页岩气 开发 的关 键 技术
口 朱益飞 ／ 胜 利 油 田孤 东 采 油 厂
页岩气开发对技术的要求很高， 开采难度也较大。页岩气藏的储层一 般 呈低孔 隙度 、低渗透率 的物性特 征 ，气流阻力比常规天然气大，所有
而微 地震压裂检测技术是页岩气藏
的地 区，水平井开采效果 良好 。如
在Ｂ ａ ｒ ｎ ｅ ｔ ｔ 页岩气 外围开采 区内，水 平井克服了Ｂ ａ ｒ ｎ ｅ ｔ ｔ 组页岩上 、下石
灰岩
衡钻井。流钻 欠平衡 钻井 是指使用
普通钻井液的欠平衡钻井；人工诱 导欠平衡钻井是指 由于地层压力太 低 ，必须采用特殊的钻井液和工艺
７ ． ３ ８ 兆帕，二氧化碳气体就会变成超
临界态 。超 临界流体 既不 同于气体 也不 同于液体 ，具有许多独特物理 化学性——密 度接近 于水，能够为 井下马达提供足够扭矩 、溶剂化能 力强 ；黏度非常低，接近于气体，
块 的宁２ ０ １ 井 等 ，采 用充气钻 井技 术后 ，顺利钻达 固井井深 ，成功解 决 了本井 因恶性井漏导致下部钻井 实施困难 的 问题 ，减少 了因井漏造 成 的处理复杂时间 ，缩短 了钻井时 间，节约 了钻井 成本 。实践证 明， 采用欠平 衡钻井 技术提 速治漏 ，可 以加快页岩气工程的开发进度。 射 孔优化技术 。射孑 Ｌ 完井是水 平井完井 的主要方式 ，射孔参数 是 影 响水平井入流速度剖面 的主要 因 素 。大量页岩气开发实 践证 明，先 进 的射孔优化技术有助于页岩气 区 块的开发 ，采用大孔径射孔优化技 术 可 以有 效 减 少井 筒 附 近流 动 阻 力 ，提高页岩气产量 。而常规 的全 水平段均匀射孔方式存在入流剖面
页岩气水平井钻完井关键技术分析_王继峰
页岩气水平井钻完井关键技术分析王继峰赵棋顾黎明（新疆贝肯能源工程股份有限公司克拉玛依市８３４００９）摘要:在我国，目前对页岩气的技术开采上，工程体系非常的庞大，而开采页岩气的一项核心技术是水平井技术。
文章将从对页岩气的储存特点进行探讨，分析在开采页岩气中对水平井技术在具体应用中的优势，其优势具体包括对页岩层天然裂缝的充分利用、促进后期的压裂增产以及能够取得很好的成本效益等。
文章进一步将阐述对水平井方位的优选、轨迹控制、井身结构的设计、完井技术、钻井液体系以及钻头的优选等非常重要的技术。
通过对国内外页岩开采状况进行对比，发现在对我国的页岩气进行开采的过过程中一个最佳选择就是应用水平井技术。
关键词:页岩；页岩气；水平井；钻完井技术在资源短缺以及环境保护的双重重压下，在全球范围内，非常规能源渐渐成为一个新热点。
页岩气的储量相当的大，在全球中，已经探明的页岩气储量大概是456×1012m 3。
我国在页岩气的开采中，目前处于起步阶段，可以说还尚未对页岩气的开采进行非常系统性的研究。
所以，文章将重点介绍页岩气开采的一个核心技术，也就是水平钻井技术。
一、在进行页岩气开采中，水平井的优势在储层方面，页岩的储层特点跟常规天然气的储层有不同之处，页岩气储层的储层具有非常强的非均匀质性，这种独特的储层特性，在一定程度上就决定了页岩气在开采上独特的开采方式。
目前，在对页岩气进行开采的过程中，一项核心的技术就是水平井技术。
水平井能够更多的储层很好地穿过，对天然裂缝能够更好的进行利用。
在泥页岩中，发育较好的是垂直裂缝，并且对于很多的页岩气，其都是以游离状态存在于储层的天然裂缝之中。
通过对水平井的运用，就可以对储层以及储层中的天然裂缝进行更多层的穿过。
有助于压裂增产。
页岩气的产量由储层裂缝的数量直接决定。
垂直井井眼方向平行于地层的最大主应力方向，在进行压裂的过程中，裂缝在扩展方向上主要沿着地层的最大主应力方向，所以，直井对压裂增产很不利。
页岩气勘探开发关键技术综述
能 源 安 全影 响 到 国家经 济 的发 展 和社 会 稳 定 ， 世界 各 国通过 各 种 渠 道解 决 自身 的能 源 问 题 ， 其 中 最重 要 的就是 寻 找替代 能 源 。非常 规油 气资 源 已经 在全 球 能源结 构 中扮演 着 重要 角色 。页岩气 是赋存
透非常规天 然气 ， 在页岩气勘探开发 中有许 多关 键技术 。介 绍 了页岩气勘 探开发 中的相关 关键 技术 ， 包括密 闭取 心和保压密 闭取 心技 术 、 水平井技术 和压裂 技术 ， 并提 出了发展我 国页岩气勘探开 发相关技 术的建议 。 关键词 ： 页岩气 ； 密闭取心 ； 保压密 闭取 心 ；方面的研究较少 ， 至今还没有形成 成熟的技术 。 页岩气的勘探和开发必须采取现代钻进技术和 特殊 的固完井方法， 才能确保增产 ， 达到工业开采价
值 。 国外这方 面 的研 究 主要 有 ： （ １ ） 页 岩 气 钻 进技 术（ 主要 是 水 平 井 ） ， 包 括 密 闭取 心技 术 、 井 身 结 构
ｏ ｇ ｙ，ａ ｎ ｄ ｐ ｕ ｔ ｆ ｏ ｒ ｗ ａ ｒ ｄ ｔ ｈ ｅ ｓ ｕ ｇ ｇ ｅ ｓ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｉ ｎ ｇ ｒ ｅ ｌ ａ ｔ ｅ ｄ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｉ ｅ ｓ ｆ ｏ ｒ ｓ ｈ ａ ｌ ｅ ｇ ａ ｓ ｅ ｘ ｐ ｌ ｏ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｍｅ ｎ ｔ ｉ ｎ Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ． Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ：ｓ ｈ ａ ｌ ｅ ｇ ａ ｓ ；ｓ ｅ ａ ｌ ｅ ｄ ｃ ｏ ｒ ｉ ｎ ｇ ；ｈ ｏ ｌ ｄ ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｕ ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｌ ｅ ｄ ｃ ｏ ｉ ｒ ｎ ｇ ；ｈ ｏ ｉｚ ｒ ｏ ｎ ｔ ａ ｌ ｗｅ ｌ ｌ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ；ｆ ｒ ａ ｃ ｔ ｕ ｉ ｒ ｎ ｇ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ
页岩气开采关键技术研究与应用
㈡ 社会效益
研究与现场应用表明，该技术有效解决了长期困扰水平
井分段压裂的技术难题，大大推动吐哈油田水平井压裂技术
进步，拓展了压裂技术的应用范畴。
吐哈油田井下技术作业公司
第六部分：结论及认识
吐哈油田井下技术作业公司
第六部分：结论及认识
1、水力喷射定点压裂是集水力喷砂射孔、压裂、封
隔一体化的新型改造技术，是一种精准、高效、
吐哈油田井下技术作业公司
第二部分：关键技术及创新内容
㈡ 水力喷砂射孔参数设计优化
6、围压：射孔深度
随着围压的增大成
线性递减。 喷砂射孔施工参数：
井号 射孔排量（m3/min） 砂浓度（kg/m3） 砂量（m3) DP1 1.9 120 2 牛东平2 2.5 120 2.4 庙平1 2.5 120 1.2 F239H 2.5 120 1.2 青2-56H 1.8 120 1.6
第一部分：研究背景与意义
吐哈油田现有水平井99口。
水平井压裂改造难点：
1.改造井段长，采用分段改造。
2.一般需分3-5段压裂，封隔工具要求高。
3.多为裸眼完井和筛管完井，封隔难度大。 提高水平井压裂改造效果主要对策： 1.均衡改造。 2.有效封隔。
3.起裂位置裂缝形态确定。
吐哈油田井下技术作业公司
施工井号 DP1井 牛东平2井 青2-56H井 庙平-11井 F239H井 喷射压裂 段数 3 2 2 2 2 压前产量 压后产量 增产倍数 15 9.0 2.2 2.6 4.0 完井方式 裸眼 筛管 射孔 套管 套管
m3/d
气3000 2 11 1.3 1.5
m3/d
气45000 18 24 3.4 6
裂缝形成后，高速流体喷射进入孔道和裂缝，孔道相当于 “射流泵”；环空的流体在压差的作用下被吸入地层，维持 裂缝的延伸，实现水力封隔。
涪陵页岩气田“井工厂”技术
涪陵页岩气田“井工厂”技术I. 引言- 涪陵页岩气田概述- “井工厂”技术的重要性II. “井工厂”技术的原理和适用条件- 技术原理和基本流程- 技术适用条件和局限性III. “井工厂”技术的主要工艺和设备-洗砂器、置换器、清洗器、气药泵等关键设备介绍- 每个设备的功能和作用IV. “井工厂”技术在涪陵页岩气田中的应用实践- 实际推广过程中的工程案例分析- 应用效果评价和经济效益分析V. 结论与展望- 总结“井工厂”技术的优缺点- 展望技术的发展趋势和应用前景注：这是提纲，不是论文。
实际论文中需要对每个章节进行细化，给出具体例子、数据支持等。
I. 引言气田开采技术一直是油气工业中的重要研究领域，页岩气田作为近年来新兴的一种气田类型，其采气技术也得到了广泛关注和研究。
涪陵页岩气田作为我国页岩气开发的先行者，其“井工厂”技术在破解页岩气井产能低、井网稀疏等工程难题方面受到了广泛赞誉。
本文将介绍涪陵页岩气田“井工厂”技术的原理、适用条件、主要工艺和设备及其在涪陵页岩气田中的应用实践等方面进行阐述。
II. “井工厂”技术的原理和适用条件“井工厂”技术是一种通过在井下设备的组合实现井下多个作业环节的一体化作业的集成技术。
其核心是将清洗、掏沙、杀菌、压裂、静液压裂等井下作业环节集成在同一个装置中，实现一次下井、多次作业。
“井工厂”技术的主要原理是在井口设置装置，通过管道输送液体和气体分别对井底管道进行冲洗或清洗，达到清理管壁上的泥沙、防止管内污染和生物生长等目的。
同时，在井口加装一个气药泵，通过气液混输将石英砂压入井底砂层，增加砂砾嵌入石英砂和砂砾孔隙度，提高油气储存和渗透性。
“井工厂”技术的适用条件包括：（1）工程对象为含油、含气页岩气藏；（2）井壁砂层孔隙度较小，需要通过清洁井壁泥和增加砂砾填充孔隙度进行提高产能；（3）井网稀疏，需要通过一次下井多次作业的集成作业来提高井网利用率；（4）需要对井下环境进行杀菌，避免生物生长导致管路阻塞，影响井的产能。
页岩气开发技术
页岩气开发技术页岩气开采技术，主要有水平井＋多段压裂技术、清水压裂技术和近期出现的最新压裂技术-同步压裂技术，这些先进的技术不断提高着页岩气井的产量。
正是这些先进技术的成功应用，促进了美国页岩气开发的快速发展。
如果能引进这些先进技术，将为中国页岩气开发助一臂之力。
中国四川盆地属于海相页岩储层，而美国新田石油公司正好在海相页岩储层开发方面具有先进的经验和技术，所以双方的合作将有力地推动四川盆地的页岩气开发。
相反，我国吉林东部盆地则属于陆相页岩储层，海相页岩储层的开采技术可能就不适用。
虽然有吸附与游离相天然气的同时存在，但页岩气的开发并不需要排水降压。
由于页岩中游离相天然气的采出，能够自然达到压力降低的目的，从而导吸附相及少量溶解相天然气的游离化，达到进一步提高天然气产能并实现长期稳产之目的。
由于孔隙度和渗透率较低天然气的生产率和采收率也较低，因此岩气的最终采收率依赖于有效的压裂措施，压裂技术和开采工艺均直接影响着页岩气井的经济效益。
最近常有专家提到根缘气，J.A.Masters (1979）提出了深盆气（Deep bagas)思想，建立了气水倒置的模式，描述了天然气勘探开发的广阔前景。
由于识别难度大，P. R. Rose等（1986）提出了盆地中心气（Basin-centergas)，B．E．Law等人研究思路将该类气藏的识别方法从“区域气水倒置”改进为“没有边水”，从而简化了繁琐的识别过程并在很大程度上提前了对该类气藏的识别时间。
由于对“无边底水的确定仍然较多的钻井地质资料故仍然不是最佳的解决方案。
经过实验研究，将根缘气确定为致密砂岩中与气源岩直接相连的天然气聚集，并强调其中的砂岩底部含气特点。
由于紧邻气源岩（根）天然气与地层水在运移动力上形成直接传递的连续介质，故被视之为根缘气。
该类气藏主体形成于砂岩普遍致密化后，大致对应于煤系及暗色泥岩的热解及石油的裂解生气阶段，故一般的埋藏深度相对较大。
根缘气研究方法基于天然气成藏动力学原理，将气藏识别技术推进到单井剖面即是否出现并发育砂岩底部含气特征（与常规圈闭中的砂岩顶部含气模式和特点完全不同），在野猫井（而不是预探井甚至开发井）上即可对气藏类型进行最早期的快速识别。
页岩气井施工技术总结
页岩气井施工技术页岩气属于非常特殊的天然气类型，它通常被嵌藏在岩石之中，难以开采。
在过去，技术难以突破，需要耗费大量时间和资金才能提取出来。
但是，页岩气却是未来能源的一个非常重要的来源，因此我们需要了解更多关于页岩气的井施工技术来提高开采效率。
一、井底钻探井底钻探技术对于页岩气井的施工非常重要，因为只有在掌握了页岩岩层信息的同时，才能够制定出合理的施工方案。
在井底钻探过程中，需要在钻头周围布置一些传感器来进行测量，以便收集相关数据。
在采集到数据后，需要进行分析和处理，以便更准确地进行井斜、方向和位置控制。
二、地质特征分析在进行井底钻探时，需要将收集到的岩层特征和井口到井底的井眼轨迹分析。
这样可以进一步准确了解到岩层的厚度、硬度、稳定性和孔隙度等参数信息。
这些参数信息是制定后续井施工方案的重要基础。
三、深度呼吸深度呼吸是指在施工过程中采取的为保障施工人员安全而进行的一种技术措施。
当井底深度达到1000米或更深时，井内空气中的氧气含量会减少，其中二氧化碳和甲烷的含量则会增加。
这种深度呼吸技术可以调节井内空气成分，从而保证施工人员的安全。
四、水力压裂水力压裂（Fracking）是进行页岩气开采的一种重要技术。
在施工水力压裂之前，需要对井眼进行钻孔，然后启动一个产生压力的泵。
具体操作需要在钻孔周围注入含有砂和水的液体钻井泥浆，以产生压力,从而形成裂缝以便天然气出现和流动到井眼内。
然后将砂和水混合物继续注入，以保持这些裂缝的开放状态。
五、固井固井是指在进行页岩气井施工时用于保护井身的管道并防止岩石塌方的一种技术。
它涉及到将水泥和其它添加剂注入到井中，以填满井中空间并稳定周围地层。
固井技术不仅可以加强结构，还可以保护井壁和限制压力泄漏。
六、气井开发气井开发是指将页岩气井从钻探状态转化为生产状态的过程。
它需要采取一系列的技术措施，以便将气体从岩石中提取出来。
根据页岩气井不同的特征，气井开发的具体技术会有所不同。
页岩气开采的关键技术
页岩气开采的关键技术常治辉自从美国1821年完钻世界上第一口页岩气井以来，页岩气钻井先后经历了直井、单支水平井、多分支水平井、丛式井、丛式水平井的发展历程。
２００２年以前，直井是美国开发页岩气的主要钻井方式.随着２００２年Devon能源公司７口Barnett页岩气实验水平井取得巨大成功，水平井已成为页岩气开发的主要钻井方式。
丛式水平井可降低成本、节约时间、在页岩气开发中的应用正逐步增多。
实际上，海上钻井平台就采用丛式水平井，中国长庆油田的低渗透油气藏，采用丛式水平井后，开采成本大幅度降低，环保效应迅速提高。
国外在页岩气水平井钻完井中主要采用的相关技术有：1）旋转导向技术。
用于地层引导和地层评价，确保目标区内钻井；2）随钻测井技术和随钻测量技术。
用于水平井精确定位、地层评价，引导中靶地质目标；3）控压或欠平衡钻井技术。
用于防漏，提高钻速和储层保护，采用空气作循环介质在页岩中钻进；4）泡沫固井技术。
用于解决低压易漏长封固水平段固井质量不佳的难题；5）有机和无机盐复合防膨技术，确保了井壁的稳定性。
二、固井技术页岩气固井水泥浆主要有泡沫水泥、酸溶性水泥、泡沫酸溶性水泥以及火山灰＋Ｈ级水泥等４种类型。
其中火山灰＋Ｈ级水泥成本最低，泡沫酸溶性水泥和泡沫水泥成本相当高于其他两种水泥，是火山灰＋Ｈ级水泥成本的１．４５倍。
固井水泥浆配方和工艺措施处理不当，会对页岩气储层造成污染增加压裂难度，直接影响后期采气效果。
三、完井技术国外一些公司认为，页岩气井的钻井并不困难，主要难在完井。
由于页岩气大部分以吸附态（液滴、气水混合物）赋存于页岩中，而其储层渗透率低，既要通过完井技术提高其渗透率，又要避免其地层损害。
这是施工的关键，直接关系到页岩气的采收率。
页岩气井的完井方式主要包括套管固井后射孔完井尾管固井后射孔完井裸眼射孔完井组合式桥塞完井机械式组合完井等完井方式的选择关系到工程复杂程度成本及后期压裂作业的效果适合的完井方式能有效简化工程复杂程度降低成本为后期压裂完井创造有利条件三、储层改造技术页岩气储层改造技术包括水力压裂和酸化，可以通过常规油管或连续油管进行施工。
页岩气勘探开发关键技术-页岩气的成藏过程及特征 精品
页岩气的成藏过程及特征页岩系统的地层组成：多为暗色泥页岩夹浅色泥质粉砂岩、粉砂质泥页岩的薄互层。
在页岩系统中，天然气的赋存状态多种多样。
除极少量的溶解状态天然气以外，大部分均以吸附状态赋存于岩石颗粒和有机质表面，或以游离状态赋存于孔隙和裂缝之中。
吸附状天然气与游离状天然气含量之间呈彼此消长关系，其中吸附状态天然气的含量变化于20 %～85 % 之间。
因此从赋存状态观察页岩气介于煤层吸附气（吸附气含量在85 % 以上）和常规圈闭气（吸附气含量通常忽略为零）之间（张金川等，2004）。
页岩气成藏体现出了非常复杂的多机理递变特点，除天然气在孔隙水、干酪根有机质以及液态烃类中的溶解作用机理以外，天然气从生烃初期时的吸附聚集到大量生烃时期的活塞式运聚，再到生烃高峰的置换式运聚，体现出了页岩气自身所构成的完整性天然气成藏机理序列。
一、页岩气的成藏过程页岩气成藏作用过程的发生使页岩中的天然气赋存相态本身也构成了从典型吸附到常规游离之间的序列过渡，因而页岩气成藏机理研究具有自身的独特意义，它至少将煤层气(典型吸附气成藏过程) 、根缘气(活塞式气水排驱过程) 和常规气(典型的置换式运聚过程) 的运移、聚集和成藏过程联结在一起。
由于页岩气在主体上表现为吸附状态与游离状态天然气之间的递变过渡，体现为成藏过程中的无运移或极短距离的有限运移，因此页岩气藏具有典型煤层气、典型根缘气和典型常规圈闭气成藏的多重机理意义，在表现特征上具有典型的过渡意义。
页岩气的成藏过程可以划分为三个成藏阶段。
1．第一阶段（页岩气成藏阶段）该阶段是天然气在页岩中的生成、吸附与溶解逃离（图1－6 ①），具有与煤层气成藏大致相同的机理过程。
在天然气的最初生成阶段，主要由生物作用所产生的天然气首先满足岩石中有机质和粘土矿物颗粒表面吸附的需要，当吸附气量与溶解的逃逸气量达到饱和时，富裕出来的天然气则以游离相或溶解相进行运移逃散，条件适宜时可为水溶气藏的形成提供丰富气源。
页岩气水平井固井关键技术研究
54近年来，随着勘探开发技术不断发展，掀起了非常规油气资源勘探的热潮。
我国页岩气资源丰富，页岩气作为一种非常规天燃气，勘探开发潜力巨大。
随着勘探开发技术的提升，页岩气开发的成本大大降低。
页岩气储层通常为孔隙度和渗透率均较低的致密储层，采用常规开采方式难以取得较好的经济效益，为 此，页岩气开采通常采用长水平段水平井技术，采用分段压裂的手段。
页岩气水平井长度能够达到上千米，给固井提出了较高的要求，提高页岩气长水平段水平井固井质量至关重要。
一、页岩气水平固井关键技术页岩气长水平段水平井固井过程中，不仅对水泥浆性能要求较高，还对钻井液驱替效率有一定要求，此外，长水平段套管下入及居中度控制也很重要。
页岩气水平井固井关键技术主要有以下几种：1.套管下入及居中度控制。
页岩气水平井井眼不同于常规直井，对于井眼曲率较大的井段，套管在下入时不仅受到重力作用，还受到摩擦阻力作用，在这些作用力下，套管会发生不同程度的弯曲变形。
此外，由于套管在斜井段和水平井段与井壁接触面积大，导致套管摩擦阻力很大，在下入过程中套管难以准确下至预定位置，并且这种摩擦阻力随着水平井段延伸变大，影响了套管的顺利下入。
套管下入过程中变形，会影响套管的居中度，从而影响固井质量。
因为居中度越差，水泥浆顶替效率就越低，使得固井质量难以保证，必须使用扶正器来保证套管的居中度。
2.油基前置液顶替技术。
页岩气水平井由于其特殊性，要求钻井液具有较好的润滑性、携带岩屑能力及储层保护能力，油基钻井液抗高温性能好、润滑效果好、抑制能力强等特点，广泛应用于页岩气水平井中，但由于油基钻井液会在井壁和套管内壁形成油膜或油质泥饼，导致水泥浆不能很好地吸附在井壁和套管壁上，影响固井质量。
并且，由于水平井水平段重力方向都是径向的，钻井液中固相或水泥浆容易沉底，在井筒内形成岩屑床，钻井液下部密度大，上部密度小，从而影响顶替效率。
3.水泥浆体系设计。
水平井固井对泥浆性能要求较高，水泥浆体系的密度、失水量、流变性等都对固井质量影响较大。
油田页岩气水平井钻井关键技术分析
油田页岩气水平井钻井关键技术分析本文在研究中以油田页岩气水平井钻井关键技术为核心，列举工程案例，分析油田页岩气水平井钻井关键技术，明确该技术的应用效果，钻井效率高、成本低，值得被广泛应用，并为相关研究人员提供一定的借鉴和帮助。
标签：油田页岩气;水平井;钻井技术一、工程概况某油田页岩气水平井钻进施工中，基于导眼井实施水平井侧钻，以“导管+四开制”为主进行布设，完工后井深为5179m，施工周期为45.38天，机械钻进均速为7.19m/h。
如图1为井身结构。
导眼井属于直井型，以“导管+三开制”为主进行布设，运用导管钻进，完工后井深为3433m，施工周期为74.33天，机械钻进均速为4.59m/h。
二、油田页岩气水平井钻进关键技术（一）旋转导向钻井技术当前，旋转导向钻井技术应用中，具有较大的应用优势，技术水平比较先进，大多应用在特殊油藏的高难度定向井、大位移井、水平井、超深井以及水平分支井。
在实际应用中，旋转导向钻井技术主要通过远端计算机，在计算机界面输入工具参数值，由脉冲传至井底仪器，优化工具面角，以实现井眼轨迹的控制。
相比于传统螺杆导向钻井方式而言，旋转导向钻井技术具有极强的准确性和及时性，可以实现经验轨迹控制的最大精度，保证导向钻井中的持续性旋转，实现摩阻扭矩的控制。
（二）固井技术通过对本油田页岩气水平井钻进难点的分析，参考国内外固井技术，选择双凝双密度水泥浆，配置比例為 1.38：1.88=低密度缓凝水泥浆：髙胶结弹性防气窜水泥浆，二者配合使用，不仅可以降低水泥浆液柱压力，还可以提高下部产层固井质量，避免固井中出现水泥浆泄露问题。
且由于髙胶结弹性防气窜水泥浆具有极强的胶结能力与防气窜能力，便于后续压裂施工，提高固井综合质量。
（三）激进式钻井技术为了环节环空压耗较高的问题，本钻进工程中选择激进式钻井技术，在设置钻井水力参数中，将钻井参数和水力参数的实际值都超出其设计值。
与此同时，必须对现有钻井设备进行升级，把原有35MPa地面高压管提高到52MPa，根据井深大于5000m的水平井应用大功率F-2200型钻井泵，符合激进式水力参数要求。
页岩气开采技术研究
页岩气开采技术研究一、页岩气概述页岩气，是指存在于页岩岩层中，通过水平钻井及压裂等技术获得的天然气资源。
随着天然气需求的增加和传统天然气储量的逐渐枯竭，页岩气逐渐成为全球能源领域的新热点。
二、页岩气开采技术1.水平井钻探技术水平井钻探技术是页岩气开采的关键技术之一。
它的原理是将垂直钻探井逐渐转向为水平或近水平方向，穿过页岩岩层，实现页岩气的开采。
水平井钻探技术主要分为两种：一种是常规水平井钻探技术，另一种是超长水平井钻探技术。
常规水平井的长度一般为300~500米，而超长水平井的长度则可以达到1500米以上。
超长水平井技术可以最大限度地提高单井生产能力，降低单井成本，能够有效提高页岩气的开采效率。
2.压裂技术压裂技术是页岩气开采的另一项重要技术。
它通过注入高压液体进入井口，使页岩岩层内部的岩石裂缝扩张，从而释放出嵌藏在其中的天然气。
目前，常用的压裂技术有液态压裂技术和油酸压裂技术。
液态压裂技术是使用高压水液作为压裂介质，能够更加深入地刺激岩石裂缝；而油酸压裂技术则是使用油酸作为压裂介质，能够更好地与页岩岩层内的油气相容，从而提高压裂效果。
3.人工虚高势能储层技术人工虚高势能储层技术是近年来刚刚兴起的一项新技术。
它的原理是将水射进垂直井口，形成向上喷涌的水柱，从而产生虚高势能，压力垂直传递到页岩岩层，使其裂缝扩张，释放出天然气。
这种储层技术具有无需压裂、安全环保、成本低等优势，能够在一定程度上解决传统压裂技术对环境的影响，适用于页岩气开采中深部高渗透率储层的开采。
4.非常规页岩气采集技术非常规页岩气采集技术是一种新型的天然气采集技术。
它的原理是利用天然气的渗透性，利用渗透引力或静电吸附等方式集中气体，再通过分离提纯的方式得到天然气。
这种非常规技术有很大的创新性，便于在资源丰富而之后探明的油气区进行页岩气采集和二次回采。
此外，采用此技术还能够大幅度减少煤炭矿山火灾事故的发生，提高安全性和效率。
三、结语随着页岩气开采技术的不断发展，页岩气正逐渐成为全球能源领域的新希望。
页岩气井工厂开发关键技术
２ ０ １ ３年 ９月
Ｓ ｅ ｐ ． ２ ０ １ ３
减少钻井费用； 改变井组间 ⑤多口井进行同步压裂， 储层应力场的分布， 有利于形成网状裂缝， 提高页岩 气的产能和最终采收率； ⑥压裂液返排后回收利用， 节约成本又有利于保护生态环境； “ 井工厂” 开发也 存在着缺点， 主要包括： 增加了井眼轨迹控制难度， 对设备和技术要求较高； 总体井组钻井周期较长， 一 般要在整个井组完钻后才可进行后续的作业； 加大 了现场工程监督难度。 近年来， “ 井工厂” 作业方式在北美页岩气的开 发得到了广泛应用， 针对不同的页岩气区块的实际 情况， 产生了积极的影响。 Ｍ ａ ｒ ｃ ｅ ｌ ｌ ｕ ｓ 页岩气区位于 山区， 地表特征限制了井场的位置， 同时存在水供应 和压裂水处理等难题， 之前主要采用垂直井开发， 经 济效益较差。自 ２ ０ ０ ７年开始作业者开始采用“ 井工 厂” 开发模式， 大大提高了勘探开发的经济性， 同时 减少了对环境造成的影响， 截止 ２ ０ １ １年， 超过 ７ ８ ％ 的井利用“ 井工厂” 模式开发。 Ｂ ａ ｒ ｎ ｅ ｔ ｔ 页岩气区紧 靠市区， 作业者采用“ 井工厂” 开发可以减少占地面 积。２ ０ １ １年， Ｄ ｅ ｖ ｏ ｎ 能源公司在该区块一个井场钻 了３ ６口井， 大大减少占地面积。在 Ｈ ｏ ｒ ｎＲ ｉ ｖ ｅ ｒ 页岩 气区， 作业者为了提高页岩气开发经济性， 通过采用 “ 井 工 厂 ”开 发 模 式， 减少了 ２ １ ％的总作业成
６ ］ 低作业成本 ［ 。相对于常规钻机来说， 该钻机具有
以下优势： ①高移动性能。采用底座整体移动技术， 通过优化钻机移动模块来实现钻机的自由移动， 减 少了钻机的拆卸、 搬迁、 安装等时间； ② 自动化。采 用电、 液、 气一体化智能控制技术、 嵌入自动钻井的 力学计算程序的数字计算机钻井界面、 精确的定位 控制和远程控制等； ③ 减少作业人员。钻井操作只 需要配备 ４名人员， 钻台几乎所有的操作都由司钻 完成， 另外配备地面及其它辅助人员 ３名即可进行 钻井生产作业； ④ 占地面积小。对环境保护具有积 极作用； ０ ０ｍ 井 ⑤适应性。所有的设备配备钻 ３０ 深的能力。 ４ ．批量化作业 为了节省时间， 降低钻井成本， 实现快速钻进， “ 井工厂” 采用可移动式钻机实现快速批量钻井， 其 特点是体 形 小， 重 量 轻， 价 格 低 廉， 钻 速 快。对 于 ５ ０ ０ｍ 的表层， 每口井只需 ３ ６ｈ 。这样就可以迅速 完成表层钻井， 钻完第 １口井迅速转到下一口井， 在 钻表层时不需要改变泥浆体系和钻杆。这样顺次一 开钻完所有的井后再移钻机回到第一口井开始二开 的钻进， 重复以上操作直到二开钻完所有的井， 再次 移钻井平台回到第一口井开始三开， 依次类推钻完 所有的井。对于一开井深不长的情况， 可以先一开 钻固完表层后继续二开钻井及下套管固井后再移钻
页岩气开发技术综述
页岩气开发技术综述页岩气是指那些聚集在暗色泥页岩或高碳泥页岩中,以吸附或游离状态为主要存在方式的天然气。
它与常规天然气的理化性质完全一样，只不过赋存于渗透率、孔隙度极低的泥页岩之中，气流的阻力比常规天然气大，很大程度上增加了页岩气的开采难度，因此被业界归为非常规油气资源。
页岩自身的有效孔隙度很低,页岩气藏主要是由于大范围发育的区域性裂缝,或热裂解生气阶段产生异常高压在沿应力集中面、岩性接触过渡面或脆性薄弱面产生的裂缝提供成藏所需的最低限度的储集孔隙度和渗透率。
通常孔隙度最高仅为4% ~5%,渗透率小于1×10-3μm。
页岩气开发是一个系统、庞杂的工程，其技术要求高、资金投入多。
技术进步是页岩气产量提高的关键，其中水平钻井和水力压裂技术是页岩气开发的核心技术，此外还包含了页岩气井测井、录井、固井、完井、监测等多种技术。
1水平钻井技术的广泛使用页岩气生产井一般都采用水平井，直井仅一般作为探井。
水平井可以获得更大的储层泄流面积，单井产量大、生产周期长，特别适用于页岩这样的产层薄、孔隙度小、渗透率低的储层开发，具有直井无法比拟的效果。
水平井目前已经广泛应用在美国页岩气开发中。
1992年，Mitchell能源公司在Barnett页岩中完成第一口水平井后，水平井开始在页岩气中应用；2002年，Devon能源公司收购Mitchell能源公司后，开始在Barnett页岩大规模打水平井；截至2008年，整个Barnett页岩中共有生产井10000口左右，其q J 2/3 的井为水平井。
水平井中获得的页岩气最终采收率大约是直井的3倍(Waters G, 2006)，在Barnett页岩核心地区，水平井的月最大产量能达到直井的4 倍( Jeff Hayden, 2005)。
页岩气井水平钻井的技术有空气欠平衡钻井技术、控制压力钻井技术及旋转导向钻井技术。
1.1 空气欠平衡钻井技术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，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，节省作业成本。
页岩气钻井关键技术及难点分析
Ｋｅ ｙ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ａ ｎ ｄ Ｄｉ ｍｃ ｌ ｌ ｌ ｔ ｙ Ａｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ Ｓ ｈ ｌｅ ａ Ｇａ ｓ Ｄｒ ｉ ｌ ｌ ｉ ｎ ｇ
１ 页岩气 井的钻探 页 岩气 一般储 存于 泥岩或 者页 岩 中，具有低 孔低 渗 的特 点 。由于岩 性致 密 ，给 页岩气 的钻 探带 来 了难 度。对 页岩气 井实施 大 型的水 力压裂 和水 平井开 发技 术措施 ，才 能达 到经 济开发页岩气 的技术要求 。 页岩 气钻 探主 要是钻 探水 平井 ，使 页岩 气 的开发 更加经 济有 效 。在 进行页 岩气 水平井 钻探 施工过 程 中，采用 了井 眼 轨迹控 制技 术措施 ，地质 导 向钻井 技术 的应用 ，解决井 眼轨 迹 的问题 。并利用 控压 和欠平 衡钻井 技术 措施 ，解决 页岩气 钻 探 的关键 技术 问题 。应 用泡 沫 固井 技术 ，提高 页岩气 井 的 固井质量 。 页岩气属 于非常规 的天然气 资源 ，我 国具 有丰厚 的储 量， 由于开 发 的难度 比较大 ，因此 ，需要进 行科 学 的研 究，采取 优 化 的钻井 技术措 施 ，解 决井 眼轨迹 的 问题 ，提 高页岩 气井 的固井 施工 质量 ，延长 页岩气井 的服 役期 限，满 足页岩 气开
发 的需求。
２ 页岩气井钻 井关键技术及 难点 问题 为 了解 决页岩气井 的钻探 的难 点问题 ， 如井壁 的稳定性差 、 岩屑床难 以清 除、摩擦 阻力和 扭矩 高、井眼轨迹控制 困难 、下 套管 困难 、套管居中程度 差等 一系列的 问题 ，采取科学合理的 解决措施 ，提 高页岩 气井 钻探 的质 量。应用 页岩气井钻探的关 键技术措施 ，利用地质 导向钻 井技 术，并符 合随钻测量技术措 施 ，保证页岩气井 眼轨迹 ，达 到设计 的井 眼标准，通 过现代化 钻探技术措施 的应用 ，达到数字化油气 田生产 的 目标 。
页岩气开发技术核心行业相关
有 利 选 区 与 评 价
含
产
气
能
特
分
点
析
与
及
模
预
拟 技术教测学
精 确
压 裂
导 向 与 储 层
技 术 与 17 压 裂
改 造
液
汇报提纲
一、页岩气主要开发技术
一、水力压裂技术综述
一、我国页岩气开发面临的问题
一、结论与建议
18
技术教学
4 结论与建议
1.老井可以采用重复压裂，新井可以采用清水压裂 2.水力压裂是页岩气开发的核心技术之一。天然裂缝发育 是水力压裂成功的重要条件，应根据储层特征配制合适 的压裂液。 3.考虑到水力压裂的技术特点和成本，对埋深在1500m 以浅的储层或勘探浅井，适宜使用氮气泡沫压裂，对埋 深在1500～3000m 之间的储层，适宜使用清水压裂，对 埋深在3000m 以下的储层暂时不用考虑开发。
一、水力压裂技术综述
一、我国页岩气开发面临的问题
一、结论与建议
16
技术教学
我国页岩气开发面临问题
与常规天然气关键在“找气”不同的是，页岩气开发的关键在“采 气”，但是由于勘探开发理论和技术上还不够成熟，我国页岩气开
发仍处于研究开发的初级阶段。
我国页岩气开发瓶 颈
机 理 分 析 研 究
实 验 测 试 与 分 析
5
四、结论与建议技术教学
1 水力压裂技术应用分析
1.1 页岩气开采压裂技术主要以清水压裂和重复压裂为主。研究 表明：①一次完井只能采出页岩地质储量的10%，重复压裂可以 使采收率提高8%—10%，在直井中进行原层复射和用比一次压 裂液量大25%的规模处理即可获得更好的增产效果。②清水压裂 是现阶段我国页岩气开发储层改造的适用技术，对于开采长度 （厚度）大的页岩气井，可以使用多级分段清水压裂压裂。而同 步压裂技术则是规模化的页岩气开发的客观需要。
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Ｖ ｏ ｌ ３ ６ Ｎ ｏ ５
钻 采 工 艺
Ｄ Ｒ Ｉ Ｌ Ｌ Ｉ Ｎ Ｇ＆Ｐ Ｒ Ｏ Ｄ Ｕ Ｃ Ｔ Ｉ Ｏ ＮＴ Ｅ Ｃ Ｈ Ｎ Ｏ Ｌ Ｏ Ｇ Ｙ
·１ ·
钻井工艺
页岩气“ 井工厂” 开发关键技术
王敏生， 光新军
（ 中国石化石油工程技术研究院）
Ｄ Ｒ Ｉ Ｌ Ｌ Ｉ Ｎ Ｇ＆Ｐ Ｒ Ｏ Ｄ Ｕ Ｃ Ｔ Ｉ Ｏ ＮＴ Ｅ Ｃ Ｈ Ｎ Ｏ Ｌ Ｏ Ｇ Ｙ
· ·３
对多个井进行压裂， 大大降低压裂施工成本。 ５ ． 井眼轨迹控制技术 ５ ． １井眼轨迹设计 为了减少井间防碰的可能， “ 井工厂” 多井平台 在实钻过程中需要实时调整， 具体步骤包括 ： ① 取得真正井位坐标以及修正的地质目标后， 确定槽
王敏生等．页岩气“ 井工厂” 开发关键技术． 钻采工艺， ２ ０ １ ３ ， ３ ６（ ５ ） ： １－ ４ 摘 要：为了提高页岩气的开发效率， 降低开发成本， 减少对环境的影响， 一个井场钻多口井进行批量化作业 的“ 井工厂” 开发模式在北美应用越来越广泛。为此， 在国内外文献调研的基础上， 分析了“ 井工厂” 开发的特点及 现状； 介绍了主要的关键技术， 包括井场部署、 井组优化设计、 可移动钻机、 批量化作业、 井眼轨迹控制、 同步压裂、 微地震监测、 钻井液循环利用和压裂液回收利用。这些关键技术的应用对我国页岩气高效开发具有一定的借鉴意 义。 关键词：井工厂；多井组；批量作业；页岩气
７ ， ８ ］ 机至下一口井开钻 ［ ， 这种工序可以减少作业成
一种有效的作业模式。
二、 “ 井工厂” 开发的关键技术
１ ． 井场部署 区块“ 工厂化” 模式布井的原则是用尽可能少 的井场布合理数量的井， 以优化征地费用及钻井费 用。单个井场占地面积由井组数决定， 一个井场中 设计的井组数越多， 井场面积越大， 需要综合考虑钻 井和压裂施工车辆及配套设施的布局。地面工程的 设计需要考虑工程和环境的影响， 为“ 井工厂” 开发 提供保障， 同时使占地面积最小化。需要考虑的因 素有以下几点： ① 满足区块开发方案和页岩气集输 建设要求； 充分利用自然环境、 地理地形条件， 尽 ② 量减少钻前工程的难度； ③ 考虑钻井能力和井眼轨 迹控制能力； ④最大程度触及地下页岩气藏目标； ⑤ 考虑当地地形地貌， 生态环境， 以及水文地质条件， 满足有关安全环保的规定。 ２ ． 井组优化设计 目前， 国外页岩气“ 井工厂” 钻井在单井场最多 布３ ６口井， 采用单排或多排排列， 布局需要充分考 虑作业规模、 地质条件（ 井生产能力） 、 地面条件限 制等因素。单排丛式井井间距一般为 １ ０～ ２ ０ｍ ， 多
井和生产， 所有井筒采用批量化的作业模式。图 １
１ ］ 为Ｈ ｏ ｒ ｎＲ ｉ ｖ ｅ ｒ 盆地丛式“ 井工厂” 三维结构 ［ 。
页岩气“ 井工厂” 开发的目的是为了提高开发 的经济性， 同时通过在一个井场钻多口井减少钻完 井对环境的影响。主要有以下优点：① 利用最小的 丛式井井场使开发井网覆盖储层区域最大化， 减少 了井场的占地面积； 减 ②多口井集中钻完井和生产， 少了人力成本、 钻完井施工车辆及钻机搬家时间， 同 时地面工程及生产管理也得到简化， 大大降低了作 业成本； 固井， 二开、 再依次固完 ③多口井依次一开、 井， 钻井、 固井、 测井工序间无停待， 实现设备利用最 大化， 提高了作业效率； ④多口井在相同开次钻井液 体系相同， 钻井液重复利用， 大幅降低钻井液用量，
６ ］ 低作业成本 ： ①高移动性能。采用底座整体移动技术， 通过优化钻机移动模块来实现钻机的自由移动， 减 少了钻机的拆卸、 搬迁、 安装等时间； ② 自动化。采 用电、 液、 气一体化智能控制技术、 嵌入自动钻井的 力学计算程序的数字计算机钻井界面、 精确的定位 控制和远程控制等； ③ 减少作业人员。钻井操作只 需要配备 ４名人员， 钻台几乎所有的操作都由司钻 完成， 另外配备地面及其它辅助人员 ３名即可进行 钻井生产作业； ④ 占地面积小。对环境保护具有积 极作用； ０ ０ｍ 井 ⑤适应性。所有的设备配备钻 ３０ 深的能力。 ４ ．批量化作业 为了节省时间， 降低钻井成本， 实现快速钻进， “ 井工厂” 采用可移动式钻机实现快速批量钻井， 其 特点是体 形 小， 重 量 轻， 价 格 低 廉， 钻 速 快。对 于 ５ ０ ０ｍ 的表层， 每口井只需 ３ ６ｈ 。这样就可以迅速 完成表层钻井， 钻完第 １口井迅速转到下一口井， 在 钻表层时不需要改变泥浆体系和钻杆。这样顺次一 开钻完所有的井后再移钻机回到第一口井开始二开 的钻进， 重复以上操作直到二开钻完所有的井， 再次 移钻井平台回到第一口井开始三开， 依次类推钻完 所有的井。对于一开井深不长的情况， 可以先一开 钻固完表层后继续二开钻井及下套管固井后再移钻
本达 １ ０ ％以上。压裂施工的作业也可以实现批量 化施工， 即压裂“ 井工厂” ， 即在一个中央区对相隔 数百米至数千米的井进行压裂， 所有的压裂设备都 布置在中央区， 不需要移动设备、 人员和材料就可以
第３ ６卷 第 ５期
Ｖ ｏ ｌ ３ ６ Ｎ ｏ ５
钻 采 工 艺
一、 “ 井工厂” 开发特点及现状
自从美国 １ ８ ２ １年完钻世界上第一口页岩气井 以来， 页 岩 气 钻 井 先 后 经 历 了 直 井、 水 平 井、 丛式 “ 井工厂” 的发展历程。加拿大能源公司（ Ｅ ｎ Ｃ ａ ｎ ａ ） 最先提出“ 井工厂” 开发的理念， 是使用水平井钻井 方式， 在一个井场完成多口井的钻井、 射孔、 压裂、 完
Ｄ Ｏ Ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ Ｊ ． Ｉ Ｓ Ｓ Ｎ ． １ ０ ０ ６－ ７ ６ ８ Ｘ ． ２ ０ １ ３ ． ０ ５ ． ０ １
由于页岩气勘探开发投入成本高， 产能低， 使得 石油公司面临着诸多挑战。利用有效的钻完井技 术， 减少非作业时间， 缩短建井周期， 降低作业成本 显得非常重要。页岩气“ 井工厂” 开发已经证明是 经济可行的方案， 其核心是在一个井场钻多口水平 井， 实现可重复、 批量化作业的工厂化生产模式， 关 键技术包括井场部署、 批量化作业、 特种作业钻机、 井眼轨迹控制技术、 同步压裂技术、 裂缝监测技术、 钻井液循环利用和压裂液回收利用等。近年来页岩 气“ 井工厂” 开发模式在北美广泛应用， 带来了巨大 收益， 而我国页岩气开发还处于试验阶段， 对“ 井工 厂” 开发概念和模式认识不清。为此， 笔者对页岩 气“ 井工厂” 开发的特点和现状进行了分析， 并对主 要的关键技术进行了阐述， 所取得的认识对我国页 岩气的高效开发具有一定的借鉴意义。
收稿日期：２ ０ １ ２－ １ ２－ ２ ７ ；修回日期：２ ０ １ ３－ ０ ８－ ２ ２
基金项目：中国石化科技开发部项目“ 石油钻井创新技术调研与发展建议” （ Ｐ １ ２ ０ ４ ２ ） 部分研究成果。 作者简介：王敏生， 教授级高级工程师， １ ９ ９ ５年毕业于江汉石油学院钻井工程专业， ２ ０ ０ ９年获中国石油大学（华东）油气井工程博士学 位， 主要从事钻井工艺研究及石油工程规划方面的工作。电话： ０ １ ０－ ８ ４ ９ ８ ８ ０ ８ ７ ， １ ５ １ ０ １ １ ７ ３ ４ ７ ９ ， Ｅ－ ｍ ａ ｉ ｌ ： ｗ ａ ｎ ｇ ｍ ｓ ． ｓ ｒ ｉ ｐ ｅ ＠ｓ ｉ ｎ ｏ ｐ ｅ ｃ ． ｃ ｏ ｍ 。联系人： 光 １ ０ ０ １ ０ １ ） 北京市朝阳区北辰东路 ８号北辰时代大厦 ９ １ ９ ， 电话： ０ １ ０－ ８ ４ ９ ８ ８ ６ ９ ５ ， Ｅ－ ｍ ａ ｉ ｌ ： ｇ ｕ ａ ｎ ｇ ｘ ｉ ｎ ｊ ｕ ｎ ＠１ ２ ６ ． ｃ ｏ ｍ 新军， 地址： （
·２ ·
钻 采 工 艺
Ｄ Ｒ Ｉ Ｌ Ｌ Ｉ Ｎ Ｇ＆Ｐ Ｒ Ｏ Ｄ Ｕ Ｃ Ｔ Ｉ Ｏ ＮＴ Ｅ Ｃ Ｈ Ｎ Ｏ Ｌ Ｏ Ｇ Ｙ
２ ０ １ ３年 ９月
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减少钻井费用； 改变井组间 ⑤多口井进行同步压裂， 储层应力场的分布， 有利于形成网状裂缝， 提高页岩 气的产能和最终采收率； ⑥压裂液返排后回收利用， 节约成本又有利于保护生态环境； “ 井工厂” 开发也 存在着缺点， 主要包括： 增加了井眼轨迹控制难度， 对设备和技术要求较高； 总体井组钻井周期较长， 一 般要在整个井组完钻后才可进行后续的作业； 加大 了现场工程监督难度。 近年来， “ 井工厂” 作业方式在北美页岩气的开 发得到了广泛应用， 针对不同的页岩气区块的实际 情况， 产生了积极的影响。 Ｍ ａ ｒ ｃ ｅ ｌ ｌ ｕ ｓ 页岩气区位于 山区， 地表特征限制了井场的位置， 同时存在水供应 和压裂水处理等难题， 之前主要采用垂直井开发， 经 济效益较差。自 ２ ０ ０ ７年开始作业者开始采用“ 井工 厂” 开发模式， 大大提高了勘探开发的经济性， 同时 减少了对环境造成的影响， 截止 ２ ０ １ １年， 超过 ７ ８ ％ 的井利用“ 井工厂” 模式开发。 Ｂ ａ ｒ ｎ ｅ ｔ ｔ 页岩气区紧 靠市区， 作业者采用“ 井工厂” 开发可以减少占地面 积。２ ０ １ １年， Ｄ ｅ ｖ ｏ ｎ 能源公司在该区块一个井场钻 了３ ６口井， 大大减少占地面积。在 Ｈ ｏ ｒ ｎＲ ｉ ｖ ｅ ｒ 页岩 气区， 作业者为了提高页岩气开发经济性， 通过采用 “ 井 工 厂 ”开 发 模 式， 减少了 ２ １ ％的总作业成
口分配方案； ②利用地质设计的井位与靶点坐标进 行初步井眼轨道设计； ③ 将不同深度处的测量不确 定椭圆叠加到井眼轨迹上， 观测是否发生井碰； ④表 层井眼钻成并测量后， 根据实际井眼轨迹， 重新设计 井眼轨道并进行防碰评估。表层特别强调垂直钻 进， 并且每口井表层都要测斜。为了防止浅层井碰， 二开造斜率较小， 采用陀螺仪随钻测量工具定向， 保 证后期作业安全。三开利用油基钻井液体系、 Ｐ Ｄ Ｃ 钻头和高造斜率旋转导向工具钻进至最大深度。 ５ ． ２高造斜率旋转导向系统 “ 井工厂” 开发的水平井井眼轨道采用三维井 眼， 可以减少防碰风险和提高井筒与目标储层的接 触面积， 但是增加了钻井的难度， 图 ２为“ 井工厂” 井位布置及典型轨迹