信石玉，高文金，郭艾斌(1.中國(guó)石化石油工程機(jī)械有限公司研究院，湖北 武漢 430223；2.中國(guó)石化石油機(jī)械裝備重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430223)

頁(yè)巖氣開發(fā)技術(shù)裝備自主化研究進(jìn)展與展望

信石玉1，2，高文金1，2，郭艾斌1，2
(1.中國(guó)石化石油工程機(jī)械有限公司研究院，湖北 武漢 430223；2.中國(guó)石化石油機(jī)械裝備重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430223)

對(duì)國(guó)內(nèi)外頁(yè)巖氣開發(fā)裝備作了概述，著重闡述了國(guó)內(nèi)在頁(yè)巖氣開發(fā)技術(shù)裝備自主化研究方面的進(jìn)展。國(guó)外頁(yè)巖氣水平井開發(fā)核心技術(shù)裝備包括智能化測(cè)量工具、井下動(dòng)力鉆具、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具、地質(zhì)導(dǎo)向工具等；壓裂增產(chǎn)技術(shù)主要包含水力噴射工具、多層同時(shí)壓裂工具等。國(guó)內(nèi)鉆機(jī)、壓裂機(jī)組技術(shù)水平可滿足叢式、水平井等工藝要求，封隔器、滑套等井下工具已初步實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，測(cè)井設(shè)備可靠性、時(shí)效性及測(cè)量精度與國(guó)外先進(jìn)水平差距較大，隨鉆測(cè)井(LWD)工具、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具等幾乎全部依賴進(jìn)口。本文提出了頁(yè)巖氣開發(fā)裝備自主化研究的攻關(guān)方向和發(fā)展趨勢(shì)，建議研制適合不同鉆井深度和資源條件的專用鉆機(jī)，解決頁(yè)巖氣長(zhǎng)水平段鉆井難度大、周期長(zhǎng)等問題的井下提速和導(dǎo)向工具，高分子材料井下封隔器等壓裂改造工具，和適應(yīng)未來大規(guī)模產(chǎn)量下的合理組織技術(shù)及后期完整配套采氣工藝裝備。

頁(yè)巖氣；水平井；壓裂；裝備自主化；技術(shù)進(jìn)展

頁(yè)巖氣是常規(guī)天然氣的替代能源，近十幾年來，受能源價(jià)格高漲等因素的影響，在水平井和水力壓裂等技術(shù)進(jìn)步的推動(dòng)下，美國(guó)頁(yè)巖氣勘探開發(fā)獲得巨大的成功，對(duì)國(guó)際天然氣市場(chǎng)及世界能源格局產(chǎn)生了重大影響[1]。頁(yè)巖氣勘探開發(fā)已經(jīng)由北美向全球迅速擴(kuò)展。頁(yè)巖氣開發(fā)從美國(guó)向加拿大，再向全球擴(kuò)散的過程，就是技術(shù)擴(kuò)散的過程[2]。

隨著技術(shù)的進(jìn)步，美國(guó)頁(yè)巖氣勘探開發(fā)由核心區(qū)向非核心區(qū)發(fā)展，并在眾多盆地獲得突破。美國(guó)頁(yè)巖氣地質(zhì)特征表現(xiàn)為頁(yè)巖層系時(shí)代較新、熱演化程度低、構(gòu)造改造期次少、保存條件好等特點(diǎn)[3]。同時(shí)，美國(guó)產(chǎn)氣頁(yè)巖區(qū)大多地勢(shì)平坦，有利于水平井的布置、井場(chǎng)建設(shè)與作業(yè)及交通運(yùn)輸。美國(guó)已經(jīng)形成了較為完善的頁(yè)巖氣資源評(píng)價(jià)方法體系，目標(biāo)區(qū)優(yōu)選技術(shù)日趨成熟，主要包括埋深1500～3000m、頁(yè)巖單層厚度30～50m、基質(zhì)滲透率大于100nd、有機(jī)碳含量(TOC)大于2%、成熟度(Ro)為1.2%～3.5%、硅質(zhì)含量大于35%等。在頁(yè)巖儲(chǔ)層參數(shù)測(cè)試方面，國(guó)外已經(jīng)建立了一套以滲透率、孔隙度、流體飽和度為核心的致密巖芯測(cè)試技術(shù)及規(guī)范，為頁(yè)巖儲(chǔ)層參數(shù)測(cè)量準(zhǔn)確性提供了保障，為資源評(píng)價(jià)和有利區(qū)優(yōu)選提供了技術(shù)支持[4]。

我國(guó)具備良好的頁(yè)巖氣成藏條件，資源潛力較大，《頁(yè)巖氣發(fā)展規(guī)劃(2011～2015年)》提出，到2015年頁(yè)巖氣勘探開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)取得重大突破，主要裝備實(shí)現(xiàn)自主化生產(chǎn)，這是我國(guó)實(shí)現(xiàn)頁(yè)巖氣大規(guī)模、低成本開發(fā)的根本保障。伴隨著涪陵頁(yè)巖氣示范區(qū)的建設(shè)，我國(guó)在鉆機(jī)、壓裂設(shè)備、井下工具等常規(guī)設(shè)備領(lǐng)域形成了一定的研制能力，滿足了商業(yè)開發(fā)需求，但在部分井下工具和特種作業(yè)方面仍需要國(guó)外支持。通過對(duì)頁(yè)巖氣開發(fā)技術(shù)裝備自主化研究進(jìn)展進(jìn)行階段性總結(jié)和展望，希望對(duì)我國(guó)加快頁(yè)巖氣開發(fā)進(jìn)度、實(shí)現(xiàn)大規(guī)模經(jīng)濟(jì)化開采有所幫助。

1 頁(yè)巖氣技術(shù)裝備發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 國(guó)外頁(yè)巖氣技術(shù)裝備進(jìn)展

從1821年美國(guó)東部泥盆系頁(yè)巖中鉆成第一口頁(yè)巖氣井，到20世紀(jì)80年代沃斯堡盆地的Barnett頁(yè)巖開展大型水力壓裂，先進(jìn)鉆井裝備和壓裂工具的不斷進(jìn)步推動(dòng)美國(guó)頁(yè)巖氣產(chǎn)量快速增長(zhǎng)，年均增速超過40%。地質(zhì)理論創(chuàng)新、勘探開發(fā)技術(shù)突破和裝備發(fā)展，是實(shí)現(xiàn)頁(yè)巖氣大規(guī)模、低成本開發(fā)的根本保障[5]。

1.1.1 水平井技術(shù)裝備

水平井技術(shù)在石油工程領(lǐng)域已發(fā)展了近80年，近年來智能化測(cè)量、井下動(dòng)力鉆具、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向控制、地質(zhì)導(dǎo)向工具等的使用促進(jìn)了水平井技術(shù)在頁(yè)巖氣開發(fā)中的成熟。

隨鉆測(cè)量(MWD)和隨鉆測(cè)井(LWD)工具可以對(duì)水平井精確定位，進(jìn)行地層評(píng)價(jià)，引導(dǎo)中靶地質(zhì)目標(biāo)，是提高鉆井速度和保證鉆井質(zhì)量的關(guān)鍵設(shè)備。旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具具有摩阻與扭矩小、機(jī)械鉆速高、鉆井成本低、井眼軌跡平滑等優(yōu)點(diǎn)。地質(zhì)導(dǎo)向工具在具備幾何導(dǎo)向能力的同時(shí)，根據(jù)隨鉆測(cè)井得到的地質(zhì)參數(shù)，實(shí)時(shí)控制井眼軌跡，使鉆頭沿著地層的最優(yōu)位置鉆進(jìn)，從而在預(yù)先不掌握地層特性的情況下實(shí)現(xiàn)最優(yōu)控制，是頁(yè)巖氣水平鉆井的尖端工具和前沿發(fā)展方向[6-9]。國(guó)外在隨鉆測(cè)量、地質(zhì)導(dǎo)向、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井等技術(shù)方面已經(jīng)相當(dāng)成熟。斯倫貝謝、貝克休斯等國(guó)外大型油田技術(shù)服務(wù)公司相繼推出了175℃高溫隨鉆測(cè)量?jī)x器，并不斷投入大量技術(shù)資金研制尺寸更小、耐更高溫度和壓力的儀器，同時(shí)研制配套的隨鉆伽馬、電阻率、密度等地層評(píng)價(jià)系統(tǒng)。旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)已成為國(guó)際鉆井行業(yè)中長(zhǎng)期發(fā)展方向。

1.1.2 增產(chǎn)技術(shù)裝備

美國(guó)在頁(yè)巖氣開發(fā)中主要用水力壓裂技術(shù)進(jìn)行體積改造，以產(chǎn)生更密集的裂縫網(wǎng)絡(luò)，提高采收率。水力壓裂技術(shù)包括多段壓裂、清水壓裂、水力噴射壓裂、重復(fù)壓裂和同步壓裂等。多段壓裂已經(jīng)得到普遍應(yīng)用，可利用封堵球或限流技術(shù)封隔頁(yè)巖儲(chǔ)層的不同位置，對(duì)不同地質(zhì)特點(diǎn)的頁(yè)巖儲(chǔ)層進(jìn)行分段壓裂，能夠在橫向上延長(zhǎng)水平井段的生產(chǎn)段，同時(shí)在垂向上也可形成復(fù)雜的、連通的網(wǎng)絡(luò)，增加泄氣面積，水平井分段壓裂段數(shù)可達(dá)到40段以上。清水壓裂用清水添加適當(dāng)?shù)臏p阻劑作為壓裂液來替代通常使用的凝膠壓裂液，是一種清潔壓裂技術(shù)。水力噴射壓裂不受完井方式限制，無需機(jī)械封隔，定位準(zhǔn)確，尤其適用于裸眼完井的水平井，不受壓裂井深和加砂規(guī)模的限制。重復(fù)壓裂可以處理壓裂無效或者壓裂效果下降的井段，通過再壓裂能重建儲(chǔ)層到井筒的通道，恢復(fù)或提高生產(chǎn)能力。同步壓裂是同時(shí)對(duì)兩口及以上的井進(jìn)行壓裂，使壓裂液及支撐劑運(yùn)移距離最短，增加壓裂縫網(wǎng)絡(luò)的密度及表面積，可以快速提高產(chǎn)量，是近幾年得到成功運(yùn)用的最新壓裂技術(shù)，已發(fā)展到4口甚至更多井間同時(shí)壓裂[10-12]。

1.2 國(guó)內(nèi)頁(yè)巖氣技術(shù)裝備現(xiàn)狀

我國(guó)頁(yè)巖氣勘探開發(fā)尚處于初期階段，部分關(guān)鍵技術(shù)裝備依賴國(guó)外進(jìn)口，同時(shí)，我國(guó)頁(yè)巖氣地質(zhì)情況和開發(fā)條件不同于北美，不能完全照搬國(guó)外的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)，需要加強(qiáng)地質(zhì)理論和開發(fā)技術(shù)研究，形成適合我國(guó)頁(yè)巖氣地質(zhì)特殊性的理論和技術(shù)裝備體系，加快頁(yè)巖氣技術(shù)裝備自主化進(jìn)程。

近十多年來，我國(guó)在油氣地質(zhì)理論創(chuàng)新和勘探方面取得重大進(jìn)展，地質(zhì)層面的重大進(jìn)展促進(jìn)了頁(yè)巖氣開發(fā)裝備和工具的研發(fā)。在水平井鉆探裝備和工具方面，研制了隨鉆自然伽馬測(cè)量?jī)x、隨鉆感應(yīng)電阻率測(cè)量?jī)x以及配套應(yīng)用軟件，形成了地質(zhì)導(dǎo)向雙參數(shù)隨鉆測(cè)井儀器設(shè)計(jì)制造技術(shù)和地質(zhì)導(dǎo)向鉆井工藝配套技術(shù)，并在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中取得了良好效果。在水平井壓裂方面，我國(guó)已經(jīng)在涪陵首次實(shí)現(xiàn)井工廠“拉鏈?zhǔn)健眽毫咽┕ぃ瑢?shí)現(xiàn)兩口井壓裂作業(yè)和泵送作業(yè)的無縫銜接。實(shí)現(xiàn)了低滲透氣藏分層多段壓裂，并在實(shí)踐中普遍推廣應(yīng)用[13-14]。

1.2.1 水平井技術(shù)裝備研制情況

目前，我國(guó)鉆機(jī)設(shè)計(jì)水平和制造能力躋身世界前列，以12000m陸地特深井鉆機(jī)及頂部驅(qū)動(dòng)裝置為代表的產(chǎn)品達(dá)到了世界先進(jìn)水平，標(biāo)準(zhǔn)化和系列化的鉆機(jī)可基本滿足高壓噴射、定向、叢式、水平等先進(jìn)鉆井工藝的需要。國(guó)內(nèi)87%的大中型鉆機(jī)，90%的修井機(jī)都是自主制造，部分鉆井設(shè)備批量出口到世界各地，并應(yīng)用于美國(guó)頁(yè)巖氣開發(fā)。目前適用于頁(yè)巖氣開發(fā)的輪軌式快移快裝鉆機(jī)已在涪陵工區(qū)應(yīng)用，大幅縮減井間時(shí)間損耗，提高了搬遷效率。同時(shí)，鉆修設(shè)備的自動(dòng)化也在逐步推進(jìn)，形成了地面管柱處理系統(tǒng)(液壓管盒和液壓動(dòng)力貓道)裝備，SLG130～450系列連續(xù)油管作業(yè)裝備和SBY70～270系列不壓井作業(yè)裝備已經(jīng)進(jìn)入頁(yè)巖氣開發(fā)市場(chǎng)。

由系列化SL-MWD、隨鉆伽馬和感應(yīng)電阻率雙參數(shù)組成的第一代地質(zhì)導(dǎo)向系統(tǒng)，已形成產(chǎn)業(yè)化能力，年生產(chǎn)配套設(shè)備能力50套。第二代鉆頭地質(zhì)導(dǎo)向系統(tǒng)井斜及方位伽馬的測(cè)量點(diǎn)距鉆頭不到1m，正在油田內(nèi)推廣應(yīng)用。正在攻關(guān)的第三代地質(zhì)導(dǎo)向系統(tǒng)由包含方位伽馬、聲波、電阻率、中子、密度和工程參數(shù)隨鉆測(cè)量系統(tǒng)。旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)取得成功，形成了功能性樣機(jī)，研發(fā)捷聯(lián)式自動(dòng)垂直鉆井系統(tǒng)目前已經(jīng)進(jìn)行了10多次現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，應(yīng)用效果良好。

1.2.2 增產(chǎn)技術(shù)裝備研制情況

井下作業(yè)設(shè)備如水泥車和固井壓裂車等均已實(shí)現(xiàn)系列化生產(chǎn)，在引進(jìn)2000型壓裂機(jī)組的基礎(chǔ)上，研制了適合我國(guó)油氣田作業(yè)工藝特點(diǎn)的高壓、大功率的2000型、2500型、3000型壓裂機(jī)制造。壓裂機(jī)組可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)、網(wǎng)絡(luò)或遙控控制，達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平；形成柱塞泵和高壓流體元件等關(guān)鍵部件的制造技術(shù)，具有年產(chǎn)30萬水馬力制造能力。形成固井泵和自動(dòng)混漿系統(tǒng)兩大核心技術(shù)，能按照井場(chǎng)施工工藝量身定做整套固井裝備。在大排量、超高壓管匯研制方面形成井控閘閥、節(jié)流閥、欠平衡鉆井控制研究和制造優(yōu)勢(shì)。

封隔器、滑套、連續(xù)油管裝置等井下工具已實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化[15-16]。開發(fā)了超大尺寸、超高壓、防腐蝕、自膨脹、旋轉(zhuǎn)式等尾管懸掛器和遠(yuǎn)控分級(jí)注水泥器，生產(chǎn)固完井工具20大類，超高壓尾管懸掛器、旋轉(zhuǎn)尾管懸掛器打破了國(guó)外壟斷，壓裂滑套、裸眼封隔器、遇油遇水自膨脹封隔器、可泵送橋塞等分段壓裂工具，主要性能指標(biāo)達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平，成本較國(guó)外同類產(chǎn)品降低30%以上。自適應(yīng)式完井工具、防砂篩管、免鉆工具、封隔器等在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)應(yīng)用近500口井。

1.2.3 存在的問題

隨著計(jì)算機(jī)、通訊及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，使頁(yè)巖氣智能化開發(fā)逐漸成為可能。在自動(dòng)化鉆機(jī)的基礎(chǔ)上研發(fā)智能鉆機(jī)，集成遠(yuǎn)程操作、鉆井信息共享等功能，為實(shí)現(xiàn)鉆井全過程自動(dòng)控制；越來越嚴(yán)格的環(huán)保政策，要求研發(fā)綠色節(jié)能修井機(jī)，以滿足綠色環(huán)保、高效節(jié)能的要求；連續(xù)油管壓裂、鉆井技術(shù)研究和超大管徑復(fù)合式連續(xù)油管鉆井裝備需要滿足頁(yè)巖氣資源開發(fā)需要。

水平井和頁(yè)巖氣開發(fā)使壓裂施工數(shù)量和規(guī)模將呈現(xiàn)不斷增大的趨勢(shì)，對(duì)大型壓裂裝備的需求逐步擴(kuò)大，大功率渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用、動(dòng)力裝置雙燃料改造、壓裂裝置電驅(qū)等均對(duì)現(xiàn)有裝備提出了更高的要求。

我國(guó)頁(yè)巖氣精確開發(fā)和增產(chǎn)改造成本居高不下，主要還是在于核心裝備的全面國(guó)產(chǎn)化程度不足，難以全面平抑成本，在核心技術(shù)與重大裝備方面進(jìn)行深入研究是目前的工作重點(diǎn)。

2 核心技術(shù)與重大裝備開發(fā)

基于目前國(guó)內(nèi)頁(yè)巖氣開發(fā)面臨的問題，需要在鉆完井、壓裂改造及采氣裝備等方面進(jìn)行核心技術(shù)與重大裝備的開發(fā)。

2.1 鉆完井技術(shù)及裝備

2.1.1 水平井鉆井

頁(yè)巖氣水平井鉆井中易發(fā)生井眼碰撞、井壁垮塌的問題，解決難度體現(xiàn)在井眼軌跡測(cè)量與控制、井壁穩(wěn)定控制以及鉆井液體系幾個(gè)方面。因此，需要改進(jìn)和提升以鉆機(jī)、鉆頭、固井車、隨鉆測(cè)量?jī)x(MWD)和隨鉆測(cè)井儀(LWD)、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具和地質(zhì)導(dǎo)向鉆井工具為主的水平井鉆完井設(shè)備技術(shù)性能。并進(jìn)一步開發(fā)適應(yīng)超深井、長(zhǎng)水平段鉆井的小尺寸(6 in以下)鉆頭，發(fā)展極具地層針對(duì)性的鉆頭，有效地應(yīng)用于頁(yè)巖氣水平井鉆完井工藝上，最大程度地利用常規(guī)油氣已有設(shè)備的功效，同時(shí)為新型的鉆頭、隨鉆測(cè)量?jī)x(MWD)和隨鉆測(cè)井儀(LWD)的研發(fā)提供技術(shù)參考。形成適合我國(guó)地質(zhì)條件的頁(yè)巖氣水平井鉆井技術(shù)及裝備體系，降低鉆井風(fēng)險(xiǎn)，保證頁(yè)巖長(zhǎng)水平段井眼的形成。

2.1.2 長(zhǎng)水平段固井

對(duì)于水平段固井易出現(xiàn)的固井質(zhì)量差等難題，主要在于長(zhǎng)水平段固井水泥漿體系和固井施工工藝技術(shù)研究。目前常采用泡沫水泥固井技術(shù)。泡沫水泥具有漿體穩(wěn)定、密度低、滲透率低、失水小、抗拉強(qiáng)度高等特點(diǎn)，因此具有良好的防竄效果，能解決低壓易漏長(zhǎng)封固段復(fù)雜井的固井問題。而且水泥侵入距離短，可以減小儲(chǔ)層損害。根據(jù)國(guó)外經(jīng)驗(yàn)，泡沫水泥固井比常規(guī)水泥固井產(chǎn)氣量平均高出23%。與之配合的專屬設(shè)備主要是與注漿設(shè)備管路相連接的起泡劑注入器、泡沫發(fā)生器、氮?dú)鈫卧耙幌盗袀鞲衅?。通過新型固井泥漿體系及其設(shè)備的研發(fā)，形成頁(yè)巖長(zhǎng)水平段高效固井技術(shù)，提高頁(yè)巖氣鉆完井時(shí)效，降低完井費(fèi)用，為后續(xù)壓裂改造提供良好基礎(chǔ)條件[17]。

2.1.3 井工廠技術(shù)

頁(yè)巖油氣開采的叢式水平井組井身結(jié)構(gòu)、施工工序、各次開鉆鉆井液體系相同，各工序可按工業(yè)化生產(chǎn)模式進(jìn)行施工。優(yōu)化叢式水平井組井位設(shè)計(jì)和應(yīng)用的“井工廠”理念可使多口井依次一開、固井，依次二開、固井，鉆井、固井、測(cè)井設(shè)備無停待，實(shí)現(xiàn)設(shè)備利用最大化；泥漿重復(fù)利用，減少泥漿的交替；實(shí)現(xiàn)鉆井開發(fā)井網(wǎng)覆蓋區(qū)域最大化，將鉆井、完井和儲(chǔ)層改造技術(shù)有機(jī)結(jié)合，統(tǒng)一調(diào)動(dòng)，體現(xiàn)良好的組織形式，探索同步壓裂整體優(yōu)化設(shè)計(jì)和壓裂施工技術(shù)，可減少鉆井周期，降低鉆井綜合成本，獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益[18]。

2.2 壓裂改造技術(shù)及裝備

2.2.1 水平井分段壓裂

目前水平井分段壓裂裂縫起裂與延伸機(jī)理、壓裂改造材料體系、分段壓裂設(shè)計(jì)與實(shí)施方法、壓裂改造綜合評(píng)估方法等方面施工經(jīng)驗(yàn)不足、壓裂效果不理想，壓后綜合評(píng)價(jià)技術(shù)依賴國(guó)外技術(shù)服務(wù)。因此在壓裂設(shè)備和工具方面需要積極研發(fā)新型高效的產(chǎn)品，包括水力噴射工具，可使用連續(xù)管進(jìn)行壓裂作業(yè)，良好地控制壓裂強(qiáng)度和深度，無須從井內(nèi)移走連續(xù)管，各壓裂層也能減小井場(chǎng)所需的水馬力。作業(yè)過程較為簡(jiǎn)單，不會(huì)產(chǎn)生一些突發(fā)情況，有助于將非生產(chǎn)時(shí)間降到最低；多層同時(shí)壓裂工具，通過一次壓裂施工同時(shí)壓開幾個(gè)或更多水平段油層，可有效改造低滲透非常規(guī)油氣藏，提高單井產(chǎn)量；封隔器、滑套等井下工具，適用于水平裸眼井段限流壓裂，一趟管柱即可完成固井和分段壓裂施工。2.2.2 儲(chǔ)層增產(chǎn)改造

對(duì)儲(chǔ)層裂縫發(fā)育情況的研究有助于確定增產(chǎn)改造方案，因此需要開展以頁(yè)巖儲(chǔ)層脈沖致裂技術(shù)、雙階壓裂增產(chǎn)技術(shù)和高能氣體壓裂改造技術(shù)為主的新技術(shù)研發(fā)，與之配合的設(shè)備研制是技術(shù)推廣的前提。常規(guī)的微地震檢測(cè)儀器在國(guó)外現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用較為成熟，目前較新的光纖一體化溫度壓裂檢測(cè)儀器除了可以獲知壓裂發(fā)生的空間位置外，還能判斷壓裂液到了什么地方、出氣還是出油。該裝置不引入電信號(hào)，抗電磁干擾，保證了監(jiān)測(cè)過程中的安全性和準(zhǔn)確性。

2.3 采氣工藝技術(shù)及裝備

在完井時(shí)可采用流入控制裝置，使壓力沿著井眼方向均衡變化，并使流體勻速流入井眼，在整個(gè)水平井井段產(chǎn)生均一穩(wěn)定流，增加存在水侵和氣錐的水平井產(chǎn)量和生產(chǎn)壽命。除此之外，進(jìn)行配合頁(yè)巖氣開發(fā)的排采管柱、地面工藝、生產(chǎn)管理、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)研究，可解決頁(yè)巖氣流動(dòng)規(guī)律復(fù)雜、儲(chǔ)層敏感性強(qiáng)、易受流體傷害、生產(chǎn)井口壓力變化大、氣水分離量大等問題，形成頁(yè)巖氣采氣工藝技術(shù)，為實(shí)現(xiàn)頁(yè)巖氣規(guī)?；_發(fā)提供有力支持。

3 頁(yè)巖氣開發(fā)技術(shù)裝備自主化研究趨勢(shì)

3.1 鉆完井技術(shù)裝備

3.1.1 頁(yè)巖氣專用鉆機(jī)

根據(jù)我國(guó)頁(yè)巖氣資源分布、地質(zhì)情況及氣候環(huán)境等因素，研制滿足頁(yè)巖氣水平井鉆井和“井工廠”開發(fā)模式要求、適合不同鉆井深度和自然條件的新型專用鉆機(jī)。開展以套管鉆井技術(shù)為主的頁(yè)巖氣專用鉆機(jī)研制，縮短頁(yè)巖氣鉆井周期。

3.1.2 高效鉆頭

開展以聚晶金剛石復(fù)合片(PDC)為主的鉆頭研發(fā)，解決頁(yè)巖氣長(zhǎng)水平段鉆井難度大，周期長(zhǎng)、鉆頭易損耗等問題，開發(fā)出適合頁(yè)巖氣開采并用于水平井長(zhǎng)水平段鉆進(jìn)的鉆頭，提高頁(yè)巖氣鉆完井時(shí)效，大幅度降低鉆完井費(fèi)用。

3.1.3 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具

開展適用于井深4000m以內(nèi)的導(dǎo)向鉆井工具研究，研制旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具及配套應(yīng)用軟件，滿足頁(yè)巖氣鉆井過程中水平鉆井的需要，提高鉆井質(zhì)量和成功率，縮短鉆井周期。

3.1.4 水平井高精度隨鉆地質(zhì)導(dǎo)向工具

研發(fā)以隨鉆測(cè)量?jī)x(MWD)和隨鉆測(cè)井儀(MWL)為核心裝備的高精度隨鉆地質(zhì)導(dǎo)向工具及其配套應(yīng)用軟件，解決頁(yè)巖儲(chǔ)層在水平段鉆井過程中井壁失穩(wěn)、井眼軌跡不易控制等問題，形成頁(yè)巖水平井高精度隨鉆地質(zhì)導(dǎo)向系統(tǒng)，提高鉆井質(zhì)量和成功率，縮短鉆井周期，為后續(xù)壓裂改造提供良好基礎(chǔ)條件。

3.2 儲(chǔ)層改造技術(shù)裝備

3.2.1 大排量壓裂泵車及機(jī)組控制系統(tǒng)

以3000型為代表的大排量壓裂泵車，提升壓裂泵車的連續(xù)工作能力、混沙車的精度控制水平以及機(jī)組控制系統(tǒng)的可靠性，研發(fā)壓裂機(jī)組無線控制系統(tǒng)技術(shù)，為頁(yè)巖氣大型水力壓裂提供裝備支持。

3.2.2 井下壓裂工具

包括水力噴射壓裂工具、多層同時(shí)壓裂工具、利用高分子材料替代金屬材料的可鉆式橋塞和可鉆式分隔器等，形成產(chǎn)品系列和批量生產(chǎn)，有助于縮短壓裂周期、降低成本，縮短壓裂液在地層中的停留時(shí)間，減低壓裂液對(duì)儲(chǔ)層的傷害。

3.3 工程配套技術(shù)裝備

3.3.1 微地震采集裝備和處理解釋軟件

開展數(shù)據(jù)處理、震源成像和精細(xì)反演等關(guān)鍵技術(shù)的研究，建立高精度實(shí)時(shí)處理和弱信號(hào)定位的微地震監(jiān)測(cè)處理方法及流程，形成微地震監(jiān)測(cè)采集技術(shù)，擺脫國(guó)外技術(shù)壟斷的局面，實(shí)現(xiàn)微地震監(jiān)測(cè)裝備的國(guó)產(chǎn)化，可為形成適合我國(guó)頁(yè)巖氣開采的微地震裂縫監(jiān)測(cè)技術(shù)體系提供保障。

3.3.2 壓裂返排液和鉆井廢液處理成套技術(shù)裝置

建立集工藝安全、生態(tài)及地下水污染、地質(zhì)災(zāi)害等為一體的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估防控技術(shù)體系，解決頁(yè)巖氣開發(fā)中廢物處理、環(huán)境安全和地質(zhì)災(zāi)害防范等突出問題，為頁(yè)巖氣長(zhǎng)期、大規(guī)模、環(huán)保開采奠定基礎(chǔ)。

4 結(jié)束語(yǔ)

國(guó)內(nèi)頁(yè)巖氣的開發(fā)實(shí)踐走在了理論研究的前面，這個(gè)過程中對(duì)北美地區(qū)開發(fā)經(jīng)驗(yàn)的借鑒是必然的，但是必須要結(jié)合自身情況，發(fā)展合適的機(jī)械裝備和工具，包括頁(yè)巖氣專用鉆機(jī)、井下鉆具和導(dǎo)向工具等；先進(jìn)裝備和工具的自主化研究進(jìn)程需要在制造和技術(shù)兩個(gè)方面齊頭并進(jìn)，除了消化吸收裝備硬件實(shí)體，還需要在使用工藝等軟件部分深入研究，以便發(fā)揮效力。

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國(guó)家能源局發(fā)布96項(xiàng)能源行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

國(guó)家能源局近日發(fā)布通知，正式批準(zhǔn)并發(fā)布《頁(yè)巖氣藏描述技術(shù)規(guī)范》等96項(xiàng)能源行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(NB)，涉及煤炭行業(yè)、頁(yè)巖氣開發(fā)、水電、抽水蓄能電站、生物質(zhì)發(fā)電等。該批標(biāo)準(zhǔn)將于2016年3月1日起實(shí)施。

據(jù)了解，國(guó)家能源局每年都會(huì)針對(duì)能源領(lǐng)域各行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行更新，以符合行業(yè)發(fā)展、技術(shù)進(jìn)步等的提升。今年8月，國(guó)家能源局以"特急"文件的方式發(fā)布了《關(guān)于下達(dá)2015年能源領(lǐng)域行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制訂計(jì)劃的通知》，提出了784項(xiàng)能源領(lǐng)域各行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)制訂計(jì)劃，標(biāo)準(zhǔn)涵蓋頁(yè)巖氣、石油勘探、石油天然氣建設(shè)工程、油氣管道、海上油氣勘探及管道、分布式能源工程建設(shè)、電力系統(tǒng)、輸配電設(shè)計(jì)、火力發(fā)電廠可研、太陽(yáng)能熱發(fā)電廠設(shè)計(jì)、水電大壩、特高壓、生物質(zhì)發(fā)電廠、配網(wǎng)自動(dòng)化、煤礦、風(fēng)電場(chǎng)、海上風(fēng)電、壓水堆核電廠，包括方法、工程建設(shè)、石油安全、產(chǎn)品設(shè)計(jì)等。其中石油工程、核電、水電工程等領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)的制定與修訂最多。

Progress and prospects of autonomization of technology and equipment for shale gas development

XIN Shi-yu1，2，GAO Wen-jin1，2，GUO Ai-bin1，2

(1.SINOPEC Petroleum Engineering Machinery Corporation Institute，Wuhan 430223，China；2.SINOPEC Key Laboratory of Petroleum Machinery Equipment，Wuhan 430223，China)

This paper outlines domestic and international situations for shale gas developing equipment，especially elaborates the autonomization progress in China，discusses the intelligent measurement tool，downhole motor，rotary steering tool，geo-steering tool for shale gas horizontal wells drilling，hydraulic jet tools，multilevel fracturing tools for fracturing stimulation in aboard，and drilling rigs，fracturing equipment，packer and sliding bush，logging equipment，LWD and rotary steering tool domestically.We suggest developing special drill rigs which are suitable for different geology and resource conditions，down-hole speeding tools，directional tools，and fracturing tools made of high polymer materials for mass production of shale gas in the future.

shale gas；horizontal well；fracturing；equipment autonomization；technology progress

2015-03-19

信石玉(1983-)，男，規(guī)劃所副所長(zhǎng)，研究方向?yàn)轫?yè)巖氣、地?zé)崮茉撮_發(fā)裝備規(guī)劃設(shè)計(jì)。E-mail：xinsy.oset@sinopec.com。

TD4

A

1004-4051(2015)12-0152-05