國外的頁巖氣鉆井技術發展至今, 從最開始的直井一步步歷經了水平井、分支井及叢式井的發展過程。為了滿足現階段的頁巖氣勘探開發需求, 我國在學習和借鑒國外頁巖氣鉆井技術的基礎上, 根據我國頁巖氣田的地質特點, 初步形成了適合于我國的頁巖氣鉆井技術。涪陵頁巖氣田作為我國首個投入商業化開發的頁巖氣田, 擁有著大量的頁巖氣鉆井技術應用經驗, 以下筆者就結合涪陵頁巖氣田的實際情況來談談其鉆井技術的難點及對策。
1 涪陵頁巖氣田概況
涪陵頁巖氣田是中國首個大型頁巖氣田, 其位于四川盆地及盆邊山地過渡帶, 橫跨長江南北, 縱貫鳥江東西, 境內多低山丘陵, 目前的主體開發區域是地處川東褶皺帶東南部的焦石壩區塊。焦石壩主要由受大耳山斷裂控制的寬緩斷背剎構造而成, 呈北東向展布, 鉆遇地層最上層為三疊系的嘉陵江組和飛仙關組, 第二層為二疊系的長興組、茅口組、龍潭組、棲霞組以及梁山組, 第三層為石炭系的黃龍組, 第四層為志留系的小河壩組、韓家店組以及龍馬溪組, 最下層為上奧陶系統五峰組和澗草溝組。目的層埋深約在2300米以上、深層頁巖氣埋深約在4500米以上。中石化報道顯示, 截至2014年, 涪陵頁巖氣田的平均單井測試產量達到了33.7萬方/天, 最高可達到55萬方/天。
2 涪陵頁巖氣田鉆井技術的難點
2.1 泥頁巖地層井壁的穩定性較差
影響井壁穩定性的因素有很多, 例如力學因素、化學因素以及工程因素等等。受地質作用及成巖的影響, 加之本身的非均質性和各向異性突出, 涪陵地區泥頁巖地層具有顯著的層理裂縫特征。這導致在實際鉆井過程中, 容易因井底壓差、鉆井液以及地層流體活度差等的影響而造成泥頁巖地層井壁圍巖的強度及應力出現變化, 繼而導致泥頁巖微裂縫擴展延伸, 最終引起井壁的穩定性下降。據地質勘探分析顯示, 涪陵地區泥頁巖層段的礦物成分以石英、長石及碳酸鹽巖類脆性礦物為主, 總含量達到了一半以上;黏土礦物以伊利石和伊/蒙混層為主, 總含量達到了60%以上;含綠泥石和高嶺石而不含蒙脫石, 屬硬脆性泥頁巖。由于以上特性, 導致涪陵頁巖氣田在鉆井過程中容易發生泥頁巖垮塌事故。
2.2 水平井井眼軌道比較復雜
為了盡可能地節省占地面積及節約工程造價, 涪陵頁巖氣田的開發主要采用的是叢式水平井, 其井眼軌道與常規油藏水平井存在較大差異, 主要表現為大偏移距、大靶前位移以及長水平段, 因此井眼軌道也比常規油藏水平井的井眼軌道更加復雜, 在鉆井過程中往往需要面對更大的摩擦阻力和扭矩, 并且工具面擺放和控制也更加困難, 總體鉆井難度較大。
2.3 對生產套管強度及固井質量要求較高
由于頁巖氣具有儲層低孔、特低滲的特點, 因此往往必須先進行大規模壓裂改造。但是, 因為涪陵頁巖氣田的水平段較長、施工壓力較高、工藝較為復雜, 所以其對生產套管強度及固井質量有著較高的要求, 這大大增加了鉆井難度。
2.4 建井周期較長
美國等發達國家經過長期以來的探索和實踐, 頁巖氣鉆井技術已經基本成熟, 尤其是“工廠化”作業模式已經得到了大面積推廣, 這大大縮短了鉆井周期和成本。然而, 由于我國在這方面尚處于起步階段, 發展遠落后于發達國家, 所以整體建井周期仍然較長。
3 涪陵頁巖氣田鉆井技術改善對策
3.1 深化地質特征精細描述
雖然經過多年來的實地勘察, 已經得出了涪陵頁巖氣田的基本地質特征, 但若想滿足實際鉆井需求仍遠遠不夠。復雜的地質條件及各向異性使得涪陵頁巖氣田鉆井技術面臨著巨大的挑戰, 但目前我國對于該地的地質情況和規律尚未完全認識清楚, 若想進一步提高作業效率, 還需繼續加強對上部地層出水和出氣規律、頁巖地層水化特征以及巖地層壓力體系描述等的研究, 以為鉆井技術的應用提供更加科學的依據。
3.2 優化水平井井眼軌道設計
針對涪陵頁巖氣田叢式水平井井眼軌道的特點, 目前已經基本形成了一種有效的六段制井眼軌道設計方法, 并提出了最佳扭房屋井剎角區間。今后建議繼續從以下三個方面來不斷優化水平井井眼軌道設計:第一, 根據地層自然造斜規律進行三維井眼軌道設計;第二, 進一步加強對三維井眼軌跡精確控制技術的研究;第三, 進一步加強對長水平段井眼軌跡控制技術的研究。
3.3 深化研究鉆井提速技術
為了縮短建井周期、提高作業速度, 應當進一步深化研究鉆井提速技術, 例如研發更加長壽命和耐油井下動力的鉆具、更加高效的鉆頭、定向井段泡沫鉆井技術以及“井工廠”鉆井技術等等。
4 結語
綜上所述, 涪陵頁巖氣田是我國第一個大型頁巖氣田, 在涪陵頁巖氣田鉆井技術中存在著較多的難點, 只有在實踐當中不斷尋找有效的改善對策, 才能夠進一步提高作業效率。
摘要：頁巖氣是蘊藏于頁巖層的天然氣資源, 我國有著豐富的頁巖氣儲量, 頁巖氣的開采工作也一直穩步進行著。我國首個投入商業化開發的頁巖氣田是涪陵頁巖氣田, 由于該頁巖氣田的地表及地下地質情況非常復雜, 所以鉆井施工難度較大。本文結合相關研究資料, 根據實際開發經驗, 分析了涪陵頁巖氣田鉆井技術的難點, 并提出了幾條改善對策, 希望能夠對涪陵頁巖氣田的開采工作帶來一定的助益。
關鍵詞：頁巖氣,涪陵頁巖氣田,鉆井技術,難點,對策
參考文獻
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