国内页岩气勘探开发特点和固井技术浅析

表 2 室内尾浆配方及性能
项目 配方 尾浆方案及性能 胜潍 G 级水泥+硅石粉+增韧防窜 剂 BCG-300S+ 降 失 水 剂 BCG-200L+ 减 阻 剂 BCD-210L+ 缓 凝剂 BCR-260L+水+消泡剂 G603 1.90 255 44 18.6MPa 26.6MPa 0.01 0 6.6 10 强
（上接第 120 页） 各方人员认真组织讨论，形成以上做法及施工过程中需严格 控制的要点，并组织相关施工班组及施工人员对各施工工序 进行交底与学习，在施工过程中严格加强各工序施工的过程 控制，保证了各栋房型屋面施工能够正常施工，施工工序之 间衔接紧凑，质量在可控下正常进展。本工程屋面经各项及 各部门的验收，验收过程中未发现屋面渗漏现象，达到了预 期效果（图 2） 。
（a）效果 1 （b）效果 2 图 2 屋面防水效果
5 结束语 总之，在房建工程中加强防渗处理是整个工程施工中的 一个重要环节，而且也是施工中人们比较关注的重要问题。 因此，要进一步加强技术力量的投入，切实按照规范施工， 强化施工技术，从而有效地避免渗漏的出现，确保房屋建筑 工程的施工质量，确保现代建筑产品的整体防水性能可以适 应社会。 参考文献 [1]许琳.几种新型屋面防水材料的性能和应用范围[J].建 筑技术，2015，31(4)：245-246. [2]刘家玮.刚性屋面渗漏的原因及预防措施[J].建筑技术， 2014，32(7)：455-455. [3]曹维昌.建筑工程防渗漏施工策略探讨[J].中国建设信 息，2010(2)：14－18. 作者简介：邹升，学号：512300324438。
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2015 年 37 期
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工业技术
对比见表 1。而 BCS 系列隔离液主要由隔离液悬浮剂、稀释 剂和加重剂组成，与常规水泥浆、钻井液具有良好的流变及 相容性，隔离效果明显。 表 1 BCS-110L 冲洗液与水和柴油的冲洗对比
序号 1 2 3 冲洗液体系 水 柴油 10% BCS-110L 冲 洗 时 间 （min） 8 8 8 冲 洗 效 率 （％） 15 88 96 接触角 85.4º 铺展 实测水泥浆密度（g/cm3） 稠化时间（ 120 ℃， 80MPa ， 50min） API 失水（90℃，ml） 抗压强度（MPa/120℃，24h） 抗压强度（MPa/120℃，48h） 沉降稳定性（上下密度差 g/cm3） 游离液（%） 弹性模量/GPa 过渡时间（min） 防窜能力


参考文献 [1]雷群，胥云，蒋廷学.用于提高低-特低渗透油气藏改造 效果的缝网压裂技术[J].{H}石油学报，2009(2) [2]翁定为， 雷群， 胥云.缝网压裂技术及其现场应用[J].{H} 石油学报，2011(2). [3]李文阳，邹洪岚等.从工程技术角度浅析页岩气的开采 [J].{H}石油学报，201Biblioteka Baidu，34(6).
根据该区块地质资料和钻井情况，水泥浆采用领尾浆双 凝方案。领浆以直井段为主，作为主要的承压层位，封固 2500-3800m，采用高密度低弹模防窜水泥浆体系；尾浆以水 平段为主，封固 3800-5098m，考虑到后续分段水力压裂的需 要，对水泥石的韧性有较高要求，采用常规防窜增韧水泥浆 体系。配方及性能见表 2。 通过室内研究可以看出，页岩气固井主要解决油基泥浆 下冲洗效率不高、环空气窜、提高水泥石韧性三个方面的问 题。因此，针对固井难点选择相应的固井工艺、提高前置液 的冲洗效率、使用增韧防窜水泥浆体系提高水泥石韧性是后 续页岩气固井的重点所在。 7 结论和建议 （1）我国页岩气资源丰富、埋藏较深，有自己的一些 特点。但还是可以借鉴美国页岩气勘探开发的先进技术和经 验，通过水平钻井和压裂增产等关键技术实现页岩气的大规 模开采。 （2）三开结构的多分支水平井是页岩气钻井的主要井 型，因页岩遇水膨胀井壁不稳定，水平段一般需要采用油基 泥浆。这给固井工艺和水泥浆方案带来了极大挑战。 （3）水力分段压裂是页岩气改造增产的有效措施，但 对水泥石的力学性能要求很高， 特别是水泥石的韧性。 因此， 选择低弹模、高塑性并满足基础性能的水泥浆体系是保证页 岩气固井的关键。
中国科技期刊数据库 工业 B
国内页岩气勘探开发特点和固井技术浅析
张维滨 曾庆和 龚智宇 孙晓杰 张在平 1.中国石油海洋工程有限公司天津中油渤星工程科技有限公司，天津 300451 2.大庆钻探钻井技术服务一公司，黑龙江 大庆 300451
摘要：在石油资源日益减少的今天，非常规能源页岩气的勘探开发已提上日程。本文通过调研相关文献资料从气藏特点、选 区评价、钻完井、压裂开采等方面对页岩气的勘探开发特点做了整体介绍。 同时， 以四川威远区块页岩气井产层段固井为例， 对固井难点进行梳理，提出了配套的技术对策；通过室内实验，对前置液的冲洗润湿、水泥浆的相关性能进行了基础评价， 初步形成适用于页岩井气产层固井的水泥浆方案。 关键词：页岩气；勘探开发；固井；水泥浆 中图分类号： TE256 文献标识码： A 文章编号：1671-5802(2015)37-0121-02 页岩气是指赋存于富有机质泥页岩及其夹层中，以吸附 和游离状态为主要存在方式的非常规天然气，成分以甲烷为 主。非常规能源页岩气作为传统能源与新能源之间的过渡资 源，具有很高的开采价值。因此，了解页岩气的勘探开发特 点、提供针对性的固井方案对于后续页岩气开采有很大的指 导意义。 1 页岩气藏特点 1.1 资源丰富 我国页岩气资源潜力大，初步估计我国页岩气可采资源 量在 31 万亿立方米左右，与常规天然气相当，具有较高的 工业经济价值。 1.2 页岩气藏物性差，需改造 页岩气藏储层一般呈低孔、低渗透率的物性特征，孔隙 -3 2 度约为 4%-6%，基质渗透率小于 0.001×10 μm 。气体的阻 力比常规天然气大，采收率比常规天然气低。甲烷的分子直 径大小是 0.40nm，乙烷的是 0.44nm，而页岩的空隙大小是 [1] 0.50-100nm，远远小于砂岩的空隙（大于 1μm） 。因此， 不进行压裂改造，天然气基本是无法运移的。 一般认为必须采用水平井钻探并进行大型水力压裂增 产作业，或采用多分支井等其他技术增加井眼与气藏沟通面 [2] 积才可获得商业油气流 。根据储层渗透率的大小情况，可 将水力压裂分为三类：解堵型压裂，俗称“压通” ；改造型 [3-5] 压裂，俗称“压开” ；缝网型压裂，俗称“压碎” 。因此， 为达到最大裂缝接触面积、提高采收率，需要通过水力压裂 把储层压碎。 1.3 开发方式对产能影响大 水平井是目前主要的页岩气藏生产形式。水平井的产量 是垂直井的 3-4 倍多，成本仅是直井的 1.5-2 倍。目前，85% [3] 的开发井采用水平井和分段水力压裂的开采方式 。 1.4 生产周期比较长 早期以游离气为主，产量较高，递减快（第一年产量降 到 65%） ，后期以吸附气产出为主，产量相对较低，年递减率 2%～3%， 单井日产 2-3 万方。 预测页岩气田开采寿命可达 30～ 50 年。 2 储层评价技术 测井和岩心分析是页岩气储层评价的两种主要手段。通 过对已知页岩气藏总有机碳含量、成熟度、含气性等地球化 学参数与测井资料标定建立气藏评价方法的研究，在新井或 新层评价时可通过测井模型确定各项参数。确定孔隙度、储 [6] 层渗透率、泥岩的组分、流体及储层的敏感性 。 3 物探技术 美国几个页岩气田都位于常规油气勘探程度较高的地 区，使用常规油气勘探地震资料来解释页岩层段的断层和顶 底板。中国的页岩气勘探开发刚处于起步阶段，川庆物探目 前已形成了页岩气二维勘探区带评价和三维甜点体预测两 套思路的页岩气地球物理勘探技术。 4 水平井钻完井技术 从 1821 年第一口工业页岩气井钻井以来，先后经历了 直井、单支水平井、多分支水平井、丛式井、丛式水平井等 多个发展阶段，现在已经形成了以丛式水平井为主要勘探开 发特点的工厂化作业模式。 4.1 井眼位置确定 水平段井眼位置及方向的设计主要依据地应力资料，选 择在低应力区、 高孔隙度区、 脆性矿物富集区和富干酪根区， 为后期压裂提供有利条件。水平井眼方向沿最小水平应力方 向钻进，后期压裂裂缝与井眼方向垂直，压裂改造效果好。 4.2 丛式钻井 页岩气井钻井可采用底部滑动井架钻丛式井组，每井组 3～8 口单支水平井，水平井段间距 300-400m 左右。 4.3 井身结构 井身主要是三开结构，由于后期加砂压裂，因此对套管 及套管头承压能力要求较高，对水泥石的力学性能要求较高。 4.4 钻井液体系 钻井液体系需要防止粘土膨胀，提高井眼稳定性，预防 钻井液漏失，提高钻速。直井段对钻井液体系无特殊要求， 主要采用水基泥浆，三开油层段钻井液主要采用油基泥浆。 5 水平井压裂技术 5.1 压裂液 2000 年左右，开始大规模采用清水压裂，降低了成本， 提高了增产效果，成为页岩气压裂的首选液体体系。 5.2 支撑剂 对于清水压裂，通常采用小直径〔40/70 目〕 支撑剂， 在裂缝中能够得到有效运移，提高最终的压裂改造效果。 5.3 压裂工艺 通常页岩气藏都很厚，而且页岩开发中水平段长度逐渐 加大，水力压裂施工会在水平段上分多段实施，每次泵注针 对页岩气储层的一个层段进行，每两段间都进行分隔。 6 固井难点梳理 四川威远区块的井型大都采用三开结构，其中威 204 井 作为威远区块的典型水平井，位于四川威远中奥顶构造，完 钻井深 5156m，其中 139.7mm 油层套管下深 5098m，水泥浆 返高 2500m。油层套管段主要地层层位是龙马溪组，上部是 泥页岩夹泥质粉砂岩，下部以页岩为主，地层空隙压力高达 1.96。本开主要有以下固井难点: （1）水平段长，泥页岩井壁易垮塌； 3 （2）高密度油基钻井液（完钻密度 2.20g/cm ）钻进， 影响界面胶结质量； （3）高压气层容易发生气窜； （4）水泥环力学性能需满足大型体积压裂要求； 针对以上固井难点，在水泥浆方面开展了配套研究。考 虑到油基钻井液的影响，前置液采用驱油冲洗液 BCS-110L 和加重隔离液 BCS 系列组合， BCS-110L 冲洗液含有阴离子和 非离子表面活性剂，亲水基团可以实现润湿性的反转，使表 面张力降低，能够有效冲洗钻井液，与水和柴油的冲洗效率 2015 年 37 期 121
注：1、沉降稳定性测试方法：将水泥浆 90℃养护 20min 后， 置于 90℃水浴 2h，测上下密度差。 2 、 防 窜 能 力 ： 通 过 水 泥 浆 性 能 系 数 SPN 计 算 公 式 ： Q t100Bc - t 30Bc 可以得到水泥浆的 SPN＜3， 定性评价为 S PN 30 防窜能力强。