页岩气水平井钻完井关键技术研究

摘 要：针对页岩气水平井钻完井作业过程中的关键技术问题，本次研究结合我国页岩气水平井钻完井技术现状，首先对页岩气水平井钻完井技术的应用优势进行简单分析，在此基础上，对页岩气水平井钻完井关键技术进行深入研究，为推动我国页岩气水平井钻完井技术的进一步发展奠定基础。研究表明：页岩气储层与常规天然气存在较大的差别，因此，页岩气需要采用独特的开发方式;在对页岩气进行开发的过程中，井眼方位的选择、井身结构设计、轨迹控制技术以及完井技术等属于页岩气水平井钻完井作业过程中的关键技术。

关键词：页岩气;水平井;钻完井;应用优势;关键技术

0 引言

随着社会对能源需求量的不断提升，常规天然气的产量已经无法满足社会进步的需要，因此，对非常规天然气进行探勘和开发十分关键。页岩气属于非常规天然气的一种类型，页岩气的储量相对较为乐观，对页岩气进行有效的开发十分重要，有利于满足我国社会进步对能源的需求[1]。近些年来，我国已经加快了对页岩气的勘探和开发，页岩气与常规的天然气相比具有非常明显的差别，因此，页岩气开发的过程中所采用的技术与常规天然气开发也存在较大的差别。本次研究主要是对页岩气水平井钻完井关键技术进行多方面的研究，全面推动页岩气开发的进一步发展。

1 页岩气水平井钻完井技术应用优势

从储层角度分析，页岩气所处的地层与常规天然气相比存在较大的差别，其中，页岩气储层内非均质性非常的明显，受到储层因素的影响，使得页岩气的开发技术与常规天然气相比存在较大的差距，目前在对页岩气进行开发的过程中，最常见的技术为水平井技术。在使用水平井技术的过程中，气井可以穿过较多的地层，可以对天然气地层中的裂缝进行全面的利用[2]。如果页岩气处于泥页岩的地层之中，则其垂直裂缝的发育状况相对较好，页岩气主要是以游离状态处于这些天然的地缝之中，通过使用水平井技术，可以穿过更多的裂缝，这对于页岩气的开采而言十分有利。在另一方面，采用水平井技术还可以提升压裂增产的质量，一般情况下，页岩气的储量主要是受到地层中裂缝数量的影响，如果使用垂直井对页岩气进行开发，则气井将会与地层中的最大应力方向相互平行，在进行压裂作业的过程中，裂缝将会沿着地层中最大应力的方向逐渐伸展，因此，垂直井对于页岩气的压裂增产十分不利。在使用水平井技术对页岩气进行开发的过程中，最好可以根据地层中最小的应力方向对井眼进行布置，在进行压裂作业的过程中，产生的裂缝需要与水平井相互垂直，这可以有效的提升压裂作业质量。如果在对页岩气进行开发的过程中，直井无法起到很好的开发效果，则使用水平井技术以后，页岩气的开采量将会得到明显的提升。综合而言，水平井技术是一种对页岩气进行开发的关键技术，水平井技术的使用可以使得页岩气的开发效率和开发效果得到明显的提升，这对于我国能源领域的进一步发展十分有利[3]。

2 页岩气水平井钻完井关键技术分析

2.1 井眼方位的选择

在使用水平井技术对页岩气进行开发的过程中，首先需要对井眼的方位进行选择，如果井眼的方位选择不合理，则会对后期的压裂作业产生严重的影响。在进行井眼选择的过程中，首先应该选择裂缝发育相对较好、脆性物质含量相对较高以及应力相对较低的位置，这些区域的孔隙度发育相对较好，可以为后期的压裂作业奠定基础。在另一方面，为了使得水平井可以穿越更多的地层以及缝隙，水平井的井眼需要与最小主应力的方向保持相同。同时，在进行水平井钻井作业的过程中，钻井的方向需要与裂缝网络平行的方向基本保持一致，这样可以使得横向裂缝的数量增加，诱导裂缝将会与地层中的天然裂缝连通，天然气与裂缝之间的接触面积也会增加，进而使得页岩层的开采效率得到有效的提升。

2.2 井身结构设计

在对页岩气进行开发作业的过程中，井身的结构设计也十分重要，与常规天然气相比，页岩气的解析速度相对较慢，但是其扩散速度相对较快，因此，页岩气的开发时间相对较长，一般情况下，页岩气水平井的寿命可以超过25年，因此，在对页岩气水平井的井身进行设计的过程中，需要考虑多次压裂作业的基本需求，同时需要保证水平井的寿命可以达到50年以上。在另一方面，在进行页岩气生产作业的后期阶段，需要对其进行加砂压裂作业，该种类型的作业对套管以及套管头的要求相对较高，需要保证具有很强的承压能力，固井的质量要求也相对较高。同时，在对页岩气水平井的井身进行设计的过程中，需要充分利用三维技术，对地层的状况进行全面的分析，及时了解地层中应力以及钻井轨迹的变化情况，尽可能保证井身与地层中的最大应力方向相互垂直，使得井筒与裂缝的接触面积增加，这是打开较多储层的良好方法，在较多的储层都被打开以后，页岩气的产量必然会大幅提升，同时，页岩气的开发效率将会提高，开发成本将会降低。

2.3 轨迹控制技术

在进行页岩气水平井钻完井作业的过程中，对钻井的轨迹进行准确的把控十分重要，目前，受到导向工具快速发展的影响，工作人员已经可以对水平井的轨迹进行准确的把控，同时，工作人员还可以对钻井的轨迹进行合理的优化。如果水平井中水平段的距离相对较短，地层中的均质性相对较好，则在进行轨迹控制的过程中，工作人员可以使用最为普通的工具进行造斜作业。如果水平井中水平段的距离相对较长，同时地层中的状况相对较为复杂，则工作人员可以使用旋转导向的工具进行钻井作业，此时形成的井眼将会更加的光滑。如果使用常规的技术进行定向钻井作业，则其作业的质量将会受到多方面因素的影响，例如在进行造斜作业的过程中，造斜的质量会受到工具旋转或者工具滑动的严重影响，如果井眼的轨迹相对较为复杂，则其横向位移将会受到地层中阻力的严重影响，进行测井作业的难度将会严重增加。因此，如果水平井中的狗腿度相对较小，则钻井作业可以使用旋转导向的工具，使用该种类型的钻井工具以后，钻井作业的效率将会大大提升，井眼的质量也会得到明显的提高，在进行下套管作业的过程中，出现风险问题的概率将会大大降低，设备的钻进速度将会大大增加，水平井的建设周期将会得到明显的缩短，整个项目的成本也将会大大降低。综合而言，在进行钻井作业的过程中，工作人员需要根据现场的实际情况，对钻井工具以及轨迹控制技术进行合理的选择。

2.4 完井技术

对于页岩气所处的储层而言，由于其物性相对较差，所以储层中的渗透率相对较低，一般情况下，页岩气气井基本都没有自生产的能力，因此，在对页岩气进行开发的过程中，需要进行压裂增产作业，因此，在对页岩气水平井进行完井作业的过程中，需要对压裂增产的措施进行全面的考虑，水平井对于完井技术的要求相对较高，完井作业也是钻完井施工过程中的重要步骤，完井作业的质量会对页岩气的采收率产生严重的影响，目前常见的完井作业方法主要有分段射孔完井、机械形式的完井以及组合式的完井，工作人员需要根据现场的实际情况，对完井作业的方法进行合理的选择。

3 结论

通过本次研究可以发现，受到页岩气储层内非均质性非常的明显等多方面因素的影响，水平井技术成为了页岩气开发过程中的重要技术，使用水平井技术对其进行开发，能有效的提高页岩气的产量以及开发效率，同时，井眼方位的选择、井身结构设置、轨迹控制技术以及完井技术等属于页岩气水平井钻完井作业过程中的关键技术，在进行页岩气开发的过程中，需要对这些关键技术进行精确的把控和合理的選择。

参考文献：

[1]陈安明，张辉，宋占伟.页岩气水平井钻完井关键技术分析[J].石油天然气学报，2012，34（11）：98-103.

[2]杨松.页岩气水平井钻完井和水力压裂技术[J].油气地球物理，2013（02）：9-11.

[3]薛彦生.解析页岩气水平井钻完井和水力压裂技术[J].中国科技纵横，2013（23）：154.

作者简介：

刘岩（1981- ），男，辽宁昌图人，助理工程师，从事钻井工程技术服务工作。