页岩气钻井和储层改造技术综述

页岩气钻井和储层改造技术综述

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郭　凯1,秦大伟1,张洪亮2,曾德培3

(1.西南石油大学,四川成都　610500; 2.中国石油新疆油田风城作业区,新疆克拉玛依　834000;

3.塔里木油田公司塔西南勘探开发公司炼化销售部,新疆喀什　844804)

摘　要:页岩气藏的开采已经成为世界能源开采的热点问题。由于页岩气藏具有低孔、低渗、压力系统复杂多变、天然裂缝发育等特点,因此决定了其独特的钻采方式。文章重点介绍了页岩气藏开发过程中的水平井钻井技术和储层改造的水力压裂技术,为国内页岩气藏的开采提供技术参考。

关键词:页岩气;钻井;水平井;储层改造

中图分类号:T E 142 文献标识码:A 文章编号:1006—7981(2012)04—0093—02 页岩气是指以吸附或游离态存在于泥页岩、高碳泥岩、及部分粉砂岩夹层中的天然气聚集。页岩层既是生气层也是储气层,具有典型的“自生自储”特点。页岩气藏地层压力复杂多变、天然裂缝发育、基岩渗透率极低、最终采收率低于常规气藏,这些不同于常规油气藏的特点决定其开采所采用的技术与常规气藏开采技术有所区别。1　页岩气钻井技术

页岩气是存在于页岩裂缝中的天然气,为了提高其采收率,必然要尽可能多的利用其自身储层裂缝的导流能力,使井筒穿越更多的裂缝,只有这样才会获得较高的产量,裂缝的敞开的越多,其产能越大,因此页岩气藏中的钻井工程是围绕着裂缝系统展开的。资料统计世界范围内页岩层主要发育垂直裂缝,因此水平井技术成为页岩气开发的关键技术,其形式主要包括单支水平井、多分支水平井和羽状水平井。虽然水平井的成本是垂直井的1.5—2.5倍,但水平井的日产气量及最终产气量是直井的3—4倍。

页岩气藏中应用水平井技术不仅仅是为了钻遇更多的裂缝,还能获得更大的储层泄油面积,显著改善储层流体在井筒周围的渗流状态,同时水平井技术减少了地面设施,延伸了开采范围,避免了地面不利条件的干扰。水平井井位和水平井眼方位的选择是由地层的有机质与硅质富集程度、裂缝发育方向和裂缝的密集程度决定的。通常水平井延伸方位要垂直于地层最大主应力方向。

目前页岩气藏中常用的是水平井钻井技术、气体欠平衡钻井技术、控压钻井技术、旋转导向钻井技术。而应用于非常规气藏的实时井眼成像、T 管钻井技术和多分支井技术将于3年得到有效利用。

气体欠平衡技术是指以气体(空气、氮气、天然气等)作为循环介质实施的欠平衡钻井技术,能够很好的解决页岩气藏开发过程中的井漏、井塌、卡钻等问题,同时显著提高机械钻速,降低钻井作业对储层的伤害。控压钻井技术是指在钻进过程中通过对压力的精细控制达到最优钻进效果的钻井技术。控压钻井用于防漏、提高钻速和储层保护,能很好的解决漏喷同层等压力敏感性储层钻井过程遇到的问题,特别适用于含气量较大且裂缝发育的泥页岩地层。旋转导向钻井技术是基于旋转导向系统的钻井技术,旋转导向系统与随钻测量/随钻测井(MWD /LWD)系统相互配合使用于水平井精确定位、地层评价,引导中靶地质目标,能根据地层条件的变化,实时调整井眼轨迹,提高机械钻速,光滑井眼同时避免井下复杂事故的发生,是页岩气藏开发过程中应用的前沿技术,同时也是水平井技术发展的方向。

针对泥页岩具有易膨胀、易破碎的特点,在钻开泥页岩时,通常是在钻入水平井眼前下入一层技术套管封固上部地层,来保证井壁稳定性,避免钻井过程中井壁的缩颈或坍塌,防止卡钻、埋钻等事故的发生。同时在钻开泥页岩层时,应当考虑打开储层时的防污染、防止泥页岩层的变形等问题。钻开储层形成井眼过程中,井筒中的应力会重新分布,使得裂缝系统发生闭合。钻井液与储层接触时,其中的固相颗粒会进入原生裂缝,使裂缝闭合。因此在页岩气藏中钻进最好采用无固相钻井液系统,钻井液的密度应有岩石力学试验进行确定。2　页岩气储层改造技术

页岩气藏的储层具有低空,超低渗透率的物性特点,页岩气的流动阻力远大于常规天然气,仅有少数天然裂缝十分发育的页岩气井可以直接投产,

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　2012年第4期 内蒙古石油化工

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收稿日期作者简介郭凯(),男,湖南益阳人,在读硕士,主要从事油气田开发研究。

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90%的页岩气藏在完井之后需要采取压裂等储层改造技术来沟通其天然裂缝,提高井筒附近的裂缝导流能力,增加渗流通道来提高单井产能。就目前而言,水力压裂技术是改善储层裂缝系统的最有效方法。常用的水力压裂技术包括:清水压裂、多级分段压裂、多井同步压裂、重复压裂、水力喷射压裂技术。清水压裂技术是在清水中加入少量的添加剂如表面活性剂、稳定剂、减阻剂等作为压裂液进行的压裂作业。清水压裂用清水添加微量添加剂作为压裂液,相比以往使用的凝胶压裂液,不但能够减小压裂对地层的伤害,获得比凝胶压裂更高的产量,而且还能节约30%的成本。清水压裂技术采用的压裂液主体是清水,压裂作业结束后残渣少,不需要清理,且更有利于裂缝的延伸,因此在低渗透气藏储层改造中能取得很好的效果。该技术是目前应用最多的压裂技术手段。

多级分段压裂技术是利用封堵球或者限流等技术手段封隔不同的层段而进行的分段压裂技术。多级分段压裂技术能充分利用不同储集层含气性特点,有针对性的施工,使压裂层位最优化,常应用于垂直堆叠的致密地层增产。多级分段压裂有两种常见方式:可钻式桥塞分段压裂技术、多级滑套封隔器分段压裂技术。可钻式桥塞分段压裂是指将特殊材料的桥塞以不同技术手段(连续油管下入、电缆下入、水力泵入)下入井筒中进行封隔,而后逐段射孔、逐段压裂、逐段座封,压裂之后采用连续油管一次钻除桥塞并排液的压裂技术。多级滑套封隔器分段压裂技术通过在井口投球系统操控滑套,依次逐段进行压裂作业,哈里伯顿公司采用该技术对一口页岩气井进行压裂作业,可节约完井费用15%—20%左右。

多井同步压裂技术是指同时对配对井进行的压裂技术,对两口(或多口)相邻且平行的水平井交互作业、逐段实施分段压裂,采用使压力液及支撑剂在高压下从一口井沿最短距离向另一口井运移的方法,来促使水力裂缝扩展过程中相互作用,产生更复杂的缝网,增加改造体积(SRV),提高初始产量和最终采收率。同步压裂技术目前已经发展到3口甚至4口井间同时实施压裂作业,是目前最新的压裂技术。

重复压裂技术是指页岩气井初次压裂处理无效或因支撑剂损坏引起的气井产量大幅下降时,采取的重新压裂技术。重复压裂技术能够在井底诱导产生新裂缝,从而增加裂缝数量和空间,提高作业井的生产能力。在页岩气藏中应用重复压裂技术能够很好地重建储层到井眼之间的线性流,产生导流能力更强的支撑裂缝系统,来恢复或增加产能。

水力喷射压裂技术是指将水力喷砂射孔技术与水力压裂技术集于一体的新型储层改造技术,能够沿着水平井横向在多个位置独立连续实现压裂改造工艺而不使用任何机械密封装置。水力喷射压裂技术具有自身独特的定位性,通过安装在施工管柱上面的喷射工具,利用水力作用在地层形成一个或者数个喷射通道,因而在近井地带形成微裂缝带,然后环空加压使微裂缝得以延伸。该技术有三个过程:水力喷砂射孔、水力压裂以及环空挤压。水力喷射压裂技术在低压、低产、低渗、多薄互层的页岩储层改造中能够获得良好的效果。

3　结论

页岩气藏成藏机理特殊,具有低孔、低渗,天然裂缝发育等特点,因此决定其开采方式与常规气藏有所区别。水平井技术是页岩气藏开发的关键技术之一,气体欠平衡钻井技术、控压钻井技术、旋转导向钻井技术也是页岩气藏常用的钻井技术。水力压裂技术是目前页岩气藏储层改造的主要技术手段,特别是复杂结构井的压裂技术更有助于页岩气的高效开发。目前页岩气开发已进入快速发展阶段,国内可学习借鉴国外先进的开采经验,结合国内储层的实际情况加以优化,形成自己独特的开采技术。

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