浅析页岩气钻探设备技术的应用创新

周厚权

摘要：在能源需求日益紧张的背景下，石油能源的开采成为现行国内经济发展中需考虑的重要问题。以石油开采中的页岩气项目为例，实际操作中多采取多层次作业方式，要求引入的设备与技术需满足作业开展需求。而如何做好钻探技术、钻探设备的创新又成为现行页岩气钻探开展中面临的难题。因此，本文对钻探设备技术在页岩气钻探中的应用与创新研究，具有十分重要的意义。

关键词：页岩气;钻探技术;钻探设备;创新

1、页岩气的概况

1.1、页岩气的概念

页岩气是指以热成熟作用或连续的生物作用为主以及两者相互作用生成的、聚集在烃源岩中的天然气，在主体上包括了游离态（存在于天然裂缝与粒间孔隙中）、吸附态（存在黏土矿物颗粒、干酪根颗粒表面）和溶解态（存在于干酪根和沥青质中），基本上包括了天然气存在的所有可能相态。

1.2、页岩气成藏机理

天然气主要以游离相、吸附相和溶解相存在。在生物化学生气阶段，天然气首先吸附在有机质和岩石颗粒表面，饱和后富余的天然气以游离相或溶解相进行运移，当达到热裂解生气阶段，由于压力升高，若页岩内部产生裂缝，则天然气以游离相为主向其中运移聚集，受周围致密页岩烃源岩层遮挡、圈闭，易形成工业性页岩气藏。由于扩散作用对气态烃的运移起到相当大的作用，天然气继续大量生成，将因生烃膨胀作用使富余的天然气向外扩散运移，此时无论是页岩地层本身还是薄互层分布的砂岩储层，均表现为普遍的饱含气性。

页岩气藏的形成是天然气在烃源岩中大规模滞留的结果，主体上表现为吸附态与游离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。为典型的自生自储、大面积连续聚集型的天然气藏，富有机质暗色页岩，既是气源岩，又是储层和盖层，是典型的原地成藏模式。

1.3、页岩气储层特征

页岩气藏储层具有低孔隙度、低渗透率的特点，页岩储集层孔隙度一般小于10%，而含气的有效孔隙度一般只有1%-5%，渗透率则随裂缝发育程度的不同而有较大变化，一般为0.0001-0.001md。由于渗透率极低，按照常规气藏理论，该类气藏很难具有经济开发价值。但是，页岩气储层储气模式以游离气和吸附气为主，游离气主要决定气井初期产量，吸附气主要决定气井稳产期。

因此，通过大规模压裂，增大改造体积，页岩气就能具有较长的稳产期和较好的开发价值。储层岩性及矿物组分复杂，储层中的碳酸盐岩矿物含量是判断裂缝是否发育的一项重要指标。储层常含有天然裂缝，原生和次生的天然裂缝，碳体系通常为页岩气藏生产的关键。

2、页岩气钻探设备技术的应用要求

现阶段的页岩气发展对设备与技术提出了较高的要求，在不断的发展过程中，需要不断完善和更新设备技术，使其推动页岩气开采的效率，为社会生产活动提供足量的能源支持。就钻探设备技术来说，可以从提升钻探速度，提高开采技术和加大对高新技术的应用力度入手，从根本上提升页岩气开采工作的效率和产量。同时，对页岩气开采的成本控制工作加强重视。就我国的部分页岩气开采项目来说，可以通过提高钻探技术水平和提升管理水平来优化页岩气的生产模式，使其能够充分发挥自身的社会职能，加大对社会生产工作的扶持力度。

就页岩气开采中所使用的工厂化钻井方式来说，在实际作业的过程中，不仅提升了开采效率，还有效达到了生产作业中对批量钻井的要求，对开采作业的效率具有积极作用。采用工厂化钻井的方式，不仅能够提升压裂与测试井作业工序的开展效率，还能强化气量值。需要特别注意的是，在实际页岩气开采工作中，无论选择哪种作业方式，都需要做好前期的钻探工作，对实际开采作业之前的准备工作做好详细安排，准备好各个施工工序需要的设备仪器，对设备仪器进行运行质量测试，确保其处于最佳的运行状态，为实际开采工作提供有效的机械支持和技术支持，保证页岩气开采工作的有效开展。

3、页岩气钻探设备技术创新的具体路径

3.1、自主研发与创新钻探设备技术

对于当前国内页岩气开采中的技术，常见的主要以钻井旋转导向技术为主，该技术应用下可使钻进整体速度得以提升，同时应用中也具备其他优势，如通过其中设置的通讯系统，能够实时接收来自井下的数据，做好井眼轨迹的改变，即使警钟温度超出150℃，技术应用效果仍不为受到影响，井眼轨迹较为准确且钻井速度较快。而技术实际应用中主要需借助国外贝克休斯公司提供的成果，技术应用适应性难以保证，且成本问题也较为突出。此时便需考虑在吸收国外技术成果的前提下，进行自主创新研发，并获取相应自主知识产权，尽可能保证钻探技术设备运用下能够满足国内页岩气钻探要求。

3.2、创新技术成果的应用

为了保证钻探设备技术研发工作的有效开展，需要对当前的先进技术予以有效利用，在已有的先进技术基础上对钻探设备技术進行完善与创新，使其能够更加适于现阶段页岩气开采工作的生产要求。就工厂化钻井生产技术来说，虽然它满足了页岩气开采工作对批量生产的需求，但是由于投入成本较大，对我国的页岩气开采工作经济性造成严重影响。针对此类问题，我们可以将缺点转换为优势，在设备安装的过程中，保证设备安装效率，充分发挥双钻机联合作业的作业优势，提升开采效率，进而保证页岩气开采的经济性能。

除上述内容之外，还需要加大对绿色开采工作的重视，尽量引用清洁生产设备，降低页岩气开采工作对周边环境的影响作用。尤其是设备中可以添加净化水的功能，实现对水源的循环利用，降低生产作业对水量的需求，进而保证页岩气开发的环保性能。另外，针对油田开采过程中对周边环境所带来的影响问题也需要加强一定的重视，在进行设备创新和研发的过程中，充分考虑环境因素，在设备中设置清洁系统，能够保证对各类开采垃圾的有效处理，从根本上提升页岩气开发工作的环保性能，适应我国对生产活动的环保要求，保证页岩气开采工作的健康稳定发展。

总之，实际应用钻探设备技术中，应正确认识当前钻探设备技术的应用现状与技术应用要求，在此基础上做好技术与设备创新工作，可通过钻探设备技术的自主研发、技术成果的运用以及人员综合素质的提高，使钻井设备技术能够与国内页岩气开发要求相适应，进而达到页岩气钻探下，能够实现经济效益、社会效益与环境效益共同提高的目标。

参考文献：

[1]邵鹏.页岩气钻探设备技术的创新和应用[J].中国新技术新产品，2016（04）：168-169.