路保平， 丁士東

(中國石化石油工程技術(shù)研究院，北京 100101)

2009年以來，中國石化持續(xù)開展了頁巖氣水平井鉆井完井和分段壓裂技術(shù)攻關(guān)，形成了埋深2 000.00～3 500.00 m(下稱中深層)頁巖氣工程技術(shù)鏈[1]，全面支撐了中國石化頁巖氣的勘探開發(fā)，發(fā)現(xiàn)了涪陵頁巖氣田并成功實現(xiàn)了商業(yè)開發(fā)，使我國成為繼美國、加拿大之后第3個掌握頁巖氣成套工程技術(shù)并實現(xiàn)商業(yè)開發(fā)的國家[2]。2014年，中國石化被第5屆世界頁巖油氣峰會授予“頁巖油氣國際先鋒獎”。

近年來，中國石化加快了江東、平橋、丁山、威遠(yuǎn)-永川等深層頁巖氣區(qū)塊(儲層埋深3 500 m以深)以及武隆等常壓頁巖氣區(qū)塊(地層孔隙壓力當(dāng)量密度1.0～1.2 kg/L)勘探開發(fā)的步伐。深層與常壓頁巖氣區(qū)塊地質(zhì)條件更為復(fù)雜，商業(yè)化開發(fā)難度更大，對工程技術(shù)提出了新的挑戰(zhàn)，主要表現(xiàn)為：1)儲層埋藏更深，溫度更高，壓力體系復(fù)雜，對鉆井提速、鉆井液和固井提出了更高要求；2)深層頁巖塑性增強(qiáng)、閉合壓力高、水平應(yīng)力差異大，頁巖地層的縫網(wǎng)改造難度更大；3)常壓頁巖氣區(qū)塊氣井壓裂后產(chǎn)量低且遞減快，降本增效壓力大。

針對上述頁巖氣工程技術(shù)挑戰(zhàn)，中國石化在持續(xù)優(yōu)化完善中深層頁巖氣工程技術(shù)的基礎(chǔ)上，重點圍繞深層和常壓頁巖氣勘探開發(fā)在提高鉆井速度與成井質(zhì)量、實現(xiàn)有效壓裂與提高產(chǎn)氣量等方面的技術(shù)需求，開展了基于甜點評價的地質(zhì)工程一體化設(shè)計、隨鉆地層精細(xì)評價、新型油基鉆井液、新型彈韌性水泥漿與泡沫水泥漿固井、高效壓裂液等技術(shù)攻關(guān)，取得了新的技術(shù)進(jìn)展，進(jìn)一步完善了中深層頁巖氣工程技術(shù)鏈，初步形成了深層和常壓頁巖氣工程技術(shù)鏈，有力支撐了深層與常壓頁巖氣的勘探開發(fā)。

1　頁巖氣工程技術(shù)新進(jìn)展

1.1　基于甜點評價的地質(zhì)工程一體化設(shè)計技術(shù)

研究提出了基于甜點評價的地質(zhì)工程一體化設(shè)計技術(shù)[3]，即地質(zhì)構(gòu)造建模、地質(zhì)力學(xué)分析、氣藏描述、井位布置與鉆井工程設(shè)計、壓裂工程設(shè)計、完井測試及壓后評價為主體的一體化設(shè)計方法，其工作流程如圖1所示。形成了頁巖構(gòu)造建模、氣藏建模及“甜點”精確描述方法[4]，構(gòu)建了基于地應(yīng)力方向和“甜點”富集特點的水平井方位與井眼軌道設(shè)計理念，創(chuàng)建了綜合考慮地質(zhì)特征及水平井井網(wǎng)布置模式等因素的體積壓裂設(shè)計理論及精細(xì)分段、簇射孔方法，通過裂縫監(jiān)測、完井測試、產(chǎn)能評價及后評估技術(shù)，使地質(zhì)工程一體化設(shè)計技術(shù)得到進(jìn)一步完善和優(yōu)化。

1.2　隨鉆地層精細(xì)評價技術(shù)

開發(fā)了適用于頁巖氣水平井的三維地質(zhì)導(dǎo)向建模與預(yù)警系統(tǒng)，形成了基于隨鉆數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)碾S鉆地層精細(xì)評價技術(shù)，提高了地質(zhì)導(dǎo)向工作效率及優(yōu)質(zhì)頁巖儲層鉆遇率。

圖1　基于甜點評價的地質(zhì)工程一體化設(shè)計技術(shù)工作流程Fig.1　Flow chart of geological and engineering integral design technology based on sweet spot evaluation

1) 建立了頁巖儲層品質(zhì)、完井品質(zhì)評價方法：提出了頁巖巖性、孔隙度、TOC、含氣量等頁巖儲層品質(zhì)計算方法；引入斷裂韌性指數(shù)評價頁巖脆性，增強(qiáng)了評價效果；優(yōu)選了頁巖地層巖石力學(xué)參數(shù)、地層三壓力等完井品質(zhì)參數(shù)的計算方法；基于X射線熒光(XRF)分析技術(shù)的頁巖工程、地質(zhì)多參數(shù)隨鉆求取方法，提出了頁巖地層工程甜點和地質(zhì)甜點的隨鉆評價方法。

2) 開發(fā)了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的隨鉆地質(zhì)導(dǎo)向建模與預(yù)警系統(tǒng)：在利用區(qū)域地震、地質(zhì)、測井、錄井等數(shù)據(jù)進(jìn)行三維地質(zhì)建模的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)了基于OpenGL技術(shù)的井眼軌跡、地層模型三維可視化，建立了基于三維建模、二維地層等厚對比、電磁波電阻率正反演和隨鉆成像伽馬測井的4種地質(zhì)導(dǎo)向方法(見圖2)；形成了基于地層界面、靶點位置、測井曲線數(shù)值等參數(shù)的4種工程預(yù)警模式，有效提高了井眼軌跡、隨鉆數(shù)據(jù)異常情況下決策的時效性。該系統(tǒng)在涪陵、丁山、武隆等地區(qū)50余口井進(jìn)行了成功應(yīng)用，優(yōu)質(zhì)頁巖儲層鉆遇率達(dá)到91.2%。

圖2　頁巖氣水平井隨鉆地質(zhì)導(dǎo)向工作流程Fig.2　Flow chart of geo-steering while drilling in shale gas horizontal wells

1.3　優(yōu)快鉆井技術(shù)

針對深層頁巖氣井鉆井周期長、成本高等問題，持續(xù)開展了頁巖氣水平井鉆井優(yōu)化設(shè)計、鉆井提速技術(shù)集成和“井工廠”高效鉆井模式等技術(shù)攻關(guān)，初步形成了深層頁巖氣井優(yōu)快鉆井技術(shù)，實現(xiàn)了安全、優(yōu)質(zhì)、快速鉆井[5-7]。

1) 井身結(jié)構(gòu)與井眼軌道優(yōu)化設(shè)計。針對頁巖氣井鉆井提速降本要求，將井身結(jié)構(gòu)由“φ660.4 mm—φ444.5 mm—φ311.1 mm—φ215.9 mm”優(yōu)化為“φ609.6 mm—φ406.4 mm—φ311.1 mm—φ215.9 mm”，技術(shù)套管下入深度由龍馬溪組地層中部上提為龍馬溪組地層頂部，從而顯著提高了上部井段的機(jī)械鉆速，減少了套管費用。針對常壓頁巖氣井降本需求，提出了導(dǎo)眼+二開井身結(jié)構(gòu)方案，即“φ609.6 mm—φ406.4 mm(φ311.1 mm)—φ215.9 mm”。隆頁2HF井采用了該井身結(jié)構(gòu)并應(yīng)用了鉆井提速技術(shù)，與鄰井隆頁1HF井相比，機(jī)械鉆速提高72%，鉆井周期縮短27%，鉆井成本降低21%。為了滿足儲層動用最大化的布井需求，提出了大靶前距大井距三維井眼軌道和魚鉤形井眼軌道設(shè)計方案(見圖3)[5-7]，儲層有效動用率最大可達(dá)100%。

圖3　頁巖氣水平井三維井眼軌道設(shè)計方案Fig.3　3D borehole trajectory profiles of shale gas horizontal wells

2) 鉆井提速技術(shù)集成。為提高深層頁巖氣井鉆井速度，應(yīng)用了“LWD/MWD+短鉆鋌+穩(wěn)定器”精準(zhǔn)導(dǎo)向鉆具組合及配套鉆井工藝，并研發(fā)了渦輪式水力振蕩器、短彎螺桿、高效CDE切削齒PDC鉆頭，提高了定向鉆井效率，解決了定向鉆井托壓問題，同時配套研制了機(jī)械式?jīng)_擊螺桿和射流式?jīng)_擊器，實現(xiàn)了頁巖氣水平井鉆井提速技術(shù)集成。該提速技術(shù)獲得良好的現(xiàn)場應(yīng)用效果，定向段穩(wěn)斜鉆進(jìn)一趟鉆最長進(jìn)尺1 726.00 m，水平段最長2 163.00 m，最大井深5 820.00 m，水平段一趟鉆最長進(jìn)尺1 971.00 m，平均鉆井周期較開發(fā)初期縮短30%以上。

3) 完善和深化了頁巖氣“井工廠”高效鉆井模式。針對南方海相頁巖氣地質(zhì)特征與地貌特點，提出了適用于不同地形、地勢的井場地面布局設(shè)計，形成了滑軌式、輪軌式和步進(jìn)式不同移動方式的鉆井設(shè)備配套推薦做法，創(chuàng)建了以鉆井開次為單元的“井工廠”高效鉆井作業(yè)模式。該鉆井模式已在30個平臺140余口井推廣應(yīng)用，每口井占地面積與單井模式相比減少65.9%，與叢式井相比減少11.8%；鉆機(jī)井間移動時間由72 h縮短為12 h，單井搬遷安裝周期縮短61%，中完時間縮短55%，單井建井周期縮短31%，鉆井液用量減少41%[7]。

1.4　新型油基鉆井液

為滿足武隆等地區(qū)常壓頁巖氣鉆井降本增效的需求，在低黏高切油基鉆井液(LVHS-Ⅰ型)研究與應(yīng)用的基礎(chǔ)上[8-9]，研發(fā)了低油水比低黏高切油基鉆井液(LVHS-Ⅱ型)[10]；為滿足永川、丁山等地區(qū)深部高應(yīng)力頁巖氣地層的地質(zhì)與工程需求，開展了高溫高密度油基鉆井液(LVHS-Ⅲ型)研究與應(yīng)用，各鉆井液主要技術(shù)指標(biāo)見表1。

1) 低油水比低黏高切油基鉆井液(LVHS-Ⅱ型)。其基本配方為：基礎(chǔ)油+ 1.5%～2.5% SMGEL+ 2.0% SMEMUL-1+1.2%SMEMUL-2+CaCl2溶液+ 2.0%CaO + 3.0% SMFLA-O+0～0.8%SMHFSA +加重劑，其中，SMEMUL-1、SMEMUL-2為自主研發(fā)的多活性高效乳化劑。該鉆井液的油水比可達(dá)65/35～75/25，不但降低了鉆井液成本，且具有良好的流變性與乳化穩(wěn)定性。該鉆井液在涪陵頁巖氣田多口井應(yīng)用，均取得良好效果。例如，該鉆井液在焦頁54-3HF井應(yīng)用時，油水比控制在67/33～76/24，破乳電壓632～1 037 V，顯著降低了基礎(chǔ)油用量，大幅降低了鉆井液成本，并創(chuàng)國內(nèi)油基鉆井液油水比最低紀(jì)錄。

表1　LVHS系列油基鉆井液的主要性能Table 1　Properties of LVHS series oil based drilling fluid

注：LVHS-Ⅰ與LVHS-Ⅱ鉆井液性能均為在150 ℃熱滾16 h后，50 ℃下測量；LVHS-Ⅲ鉆井液性能為在200 ℃熱滾16 h后，50 ℃下測量。

2) 高溫高密度油基鉆井液(LVHS-Ⅲ型)。自主研發(fā)了抗高溫乳化劑SMEMUL-H、流型調(diào)節(jié)劑SMASA，形成了高溫高密度油基鉆井液，抗溫可達(dá)200 ℃，密度可達(dá)2.40 kg/L，具有良好的高溫穩(wěn)定性與高密度沉降穩(wěn)定性。該鉆井液已在永川、丁山和威遠(yuǎn)等地區(qū)多口頁巖氣井應(yīng)用，均取得良好效果。

1.5　新型彈韌性水泥漿與泡沫水泥漿固井技術(shù)

在研發(fā)與應(yīng)用彈韌性水泥漿(SFP-Ⅰ型)的基礎(chǔ)上[12-13]，針對深層頁巖地層高溫、高應(yīng)力的特點，系統(tǒng)開展了水泥環(huán)密封完整性試驗評價、新型耐高溫彈韌性水泥漿和泡沫水泥漿固井技術(shù)研究。

1) 建立了水泥環(huán)密封完整性設(shè)計方法。研發(fā)了全尺寸水泥環(huán)密封完整性評價裝置，建立了基于生命周期內(nèi)水泥環(huán)長效密封保障設(shè)計方法，提出了深層頁巖氣井固井水泥石性能設(shè)計要求，見表2。

表2深層頁巖氣井固井水泥石性能要求

Table2Cementmechanicalperformancerequirementsfordeepshalegaswells

壓裂施工壓力/MPa壓裂段數(shù)水泥石性能設(shè)計要求彈性模量/GPa抗折強(qiáng)度/MPa抗壓強(qiáng)度/MPa50～703～5>10>30>3012～167～9>30>2522～325～7>30>1690～1101>10>35>305～87～9>35>2515～264～6>35>14

2) 研發(fā)了新型耐高溫彈韌性水泥漿(SFP-Ⅱ型)。在前期彈韌性水泥漿(SFP-Ⅰ型)研究與應(yīng)用的基礎(chǔ)上，開展了結(jié)晶相塑化和最優(yōu)顆粒級配的水泥石改性技術(shù)及關(guān)鍵耐高溫外加劑的研發(fā)，形成了耐溫達(dá)150 ℃的新型彈韌性水泥漿，其水泥石的主要性能見表3。

表3　SFP系列水泥石的主要性能Table 3　Properties of SPF series cement

3) 研發(fā)了泡沫水泥漿固井技術(shù)。針對涪陵外圍易漏失井的固井難題，研制了機(jī)械注氮裝置及控制系統(tǒng)，設(shè)備耐壓25 MPa以上，泡沫水泥漿地面密度小于0.8 kg/L，實現(xiàn)了供漿、供氣、密度自動控制。研發(fā)了新型泡沫水泥漿[14]，水泥石彈性模量小于5 GPa，密度最低小于1.2 kg/L，滿足了不同壓力體系頁巖氣井固井要求，泡沫水泥漿的主要性能見表4。泡沫水泥漿固井技術(shù)在涪陵江東與平橋區(qū)塊已應(yīng)用12井次，較好地解決了頁巖氣井固井水泥漿易漏失的難題，提高了固井質(zhì)量[15]。

表4　泡沫水泥漿的主要性能Table 4　Properties of foam slurry

注：泡沫水泥漿基漿的配方為 G級水泥+3.0%DZJ-Y+0.5%DZS+5.0%HT-1+0.1%XC+44.0%H2O。

1.6　頁巖氣水平井體積壓裂工藝技術(shù)

通過持續(xù)技術(shù)攻關(guān)，形成了壓前評價—壓裂設(shè)計—壓后評估一體化的頁巖氣水平井體積壓裂工藝技術(shù)。

1) 建立了沿水平井筒連續(xù)的頁巖“甜度”評價方法。頁巖“甜度”為實際頁巖參數(shù)與標(biāo)桿頁巖參數(shù)(用模糊集合表示)的歐氏貼近度，其值為基于13個獨立地質(zhì)參數(shù)的地質(zhì)甜度和基于頁巖施工特征參數(shù)的工程甜度的加權(quán)值[16]。頁巖“甜度”可為段簇精細(xì)劃分提供定量依據(jù)，與測試產(chǎn)量的相關(guān)性較以往的“甜點”更強(qiáng)。

2) 提高有效改造體積(ESRV)的差異化設(shè)計技術(shù)[17]。針對不同小層頁巖的地質(zhì)特征、地應(yīng)力及巖石力學(xué)參數(shù)，建立了水力壓裂大型物理模型和考慮層理弱面的三維水力壓裂模型[18]，揭示了雙簇射孔水力壓裂裂縫起裂與擴(kuò)展規(guī)律(見圖4)。模擬結(jié)果表明，裂縫干擾可降低裂縫周圍水平應(yīng)力差異系數(shù)，有利于裂縫轉(zhuǎn)向及溝通層理面，使裂縫形態(tài)更為復(fù)雜；有利于指導(dǎo)和優(yōu)化不同小層體積改造的排量、規(guī)模、砂液比、前置液比例等壓裂參數(shù)。

圖4　雙簇射孔模式下的裂縫起裂與擴(kuò)展物理模擬試驗結(jié)果Fig.4　Physical simulation of fracture initiation and propagation under dual-cluster perforation mode

3) 深化了“井工廠”多參數(shù)協(xié)同壓裂優(yōu)化設(shè)計技術(shù)。采用系統(tǒng)工程方法，結(jié)合BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型和遺傳變異算法，以整個平臺經(jīng)濟(jì)效益最大化為優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，同步優(yōu)化出考慮水平井筒長度、井間距、縫間距、裂縫長度、導(dǎo)流能力、裂縫復(fù)雜性、布縫模式、井位及生產(chǎn)壓差等10余種影響因素的多參數(shù)組合，最大限度地實現(xiàn)降本增效目標(biāo)。

4) 形成了特色體積壓裂工藝技術(shù)。以主縫凈壓力優(yōu)化與控制為基礎(chǔ)，按照“設(shè)計一段—施工一段—分析一段—優(yōu)化一段”的流程進(jìn)行分段壓裂施工，形成了不同排量組合、不同性質(zhì)液體組合及不同粒徑支撐劑組合為特色的體積壓裂工藝技術(shù)[19]，即“前置酸+滑溜水+膠液+滑溜水+膠液”的注入模式及“70/140目+40/70目+30/50目”支撐劑組合的加砂模式。

5) 研究形成了基于施工參數(shù)的后評估及排采模擬技術(shù)。提出了利用壓裂施工曲線表征頁巖脆塑性、利用歸一化等效砂液比表征遠(yuǎn)井可壓性的新技術(shù)[20]，建立了“基質(zhì)-裂縫-井底-井口”的大系統(tǒng)流動節(jié)點系統(tǒng)分析方法[21]，模擬儲層滲流和井筒流動，形成了多段壓裂排采優(yōu)化模擬技術(shù)。

1.7　新型分段壓裂工具

繼成功研制易鉆橋塞與多級滑套壓裂工具后[22-25]，針對深層頁巖氣井增產(chǎn)增效要求，開展了全通徑無限級分段壓裂工具、大通徑橋塞以及可溶式分段壓裂工具的研發(fā)工作[26-28]。

1) 全通徑無限級分段壓裂工具。研制了φ139.7 mm全通徑無限級分段壓裂工藝管柱及配套工具，該管柱采用連續(xù)油管或油管下入，拖動管柱坐封封隔器后實現(xiàn)環(huán)空加砂壓裂。其主要工具的技術(shù)參數(shù)如表5所示。全通徑無限級分段壓裂工具已進(jìn)行了現(xiàn)場試驗，施工最高壓力45 MPa，施工排量2.2 m3/min，封隔器重復(fù)坐封2次，施工結(jié)束后對提出的封隔器進(jìn)行測試，未發(fā)現(xiàn)損壞且坐封壓力仍能達(dá)到70 MPa，可以再次入井作業(yè)。

表5全通徑無限級分段壓裂工具主要技術(shù)參數(shù)

Table5Maintechnicalparametersoffullborelimitlessstagedfracturingtools

工具外徑/mm內(nèi)徑/mm長度/mm主要性能指標(biāo)液壓丟手790330520　丟手壓力21MPa重復(fù)坐封封隔器11404001820　耐溫120℃，封隔壓力70MPa，坐封啟動力15kN，重復(fù)坐封大于8次噴射器1000360240　最大過砂量45t接箍定位器1300380520　上提拉力12～22kN套管滑套200012142213　滑套打開壓力16MPa

2) 大通徑橋塞分段壓裂工具。為滿足深層頁巖氣井壓裂需求，降低壓裂綜合成本，研制了φ139.7 mm大通徑橋塞分段壓裂工具，其外徑110.0 mm，通徑70.0 mm，耐壓70 MPa，耐溫150 ℃，坐封壓力180 kN，憋壓球可降解，壓裂結(jié)束后無需進(jìn)行橋塞鉆除作業(yè)，較大的內(nèi)通徑有利于壓裂液及時返排和快速進(jìn)行測試投產(chǎn)，從而提高了施工效率，降低了施工成本。

3) 可溶式分段壓裂工具。為滿足高溫高壓深層頁巖氣井壓裂需求，完成了φ114.3和φ139.7 mm可溶橋塞及配套坐封工具的試制及室內(nèi)聯(lián)機(jī)試驗，橋塞順利實現(xiàn)坐封及丟手。完成了φ114.3 mm球座可溶式分段壓裂滑套的試制及地面性能測試，實現(xiàn)了滑套打開、液體通道連通、球座溶解功能。優(yōu)選了可溶金屬材料，抗拉強(qiáng)度400 MPa，屈服強(qiáng)度310 MPa，承壓環(huán)地面承壓70 MPa，平均降解速率30 mg/(cm2·h)。

1.8　頁巖氣井高效壓裂液

針對深層以及常壓頁巖氣儲層特征和體積壓裂對壓裂液低摩阻、低黏度、低傷害、高攜砂等性能要求，以自主研發(fā)的高效降阻劑SRFR-2、增稠劑SRFP、交聯(lián)劑SRFC、黏土穩(wěn)定劑SRCS和助排劑SRCA等關(guān)鍵處理劑為基礎(chǔ)，在前期Ⅰ型滑溜水體系研發(fā)與應(yīng)用的基礎(chǔ)上[29]，研發(fā)形成了Ⅱ型滑溜水體系。2種滑溜水體系的主要性能見表6。

表6?、裥秃廷蛐突锼w系的主要性能Table 6　Contrast of main properties between type I and type II slickwater systems

Ⅱ型滑溜水體系配方為：0.03%～0.10%高效降阻劑SRFR-2(粉末型)+0.30%黏土穩(wěn)定劑SRCS+0.10%助排劑SRCA。由表6可以看出，該滑溜水體系具有低摩阻、低膨脹、低傷害、低成本、溶解速度快且能夠?qū)崿F(xiàn)在線配液等特點。該滑溜水體系在焦石壩、丁山、彭水、南川和東峰等地區(qū)應(yīng)用幾十井次，成功率100%，滿足了中深層、深層頁巖氣儲層體積壓裂改造的需要。

1.9　頁巖氣測試及產(chǎn)能評價技術(shù)

在頁巖氣井滲流機(jī)理研究的基礎(chǔ)上，建立了多段壓裂頁巖氣水平井試井分析及產(chǎn)能評價模型，研發(fā)了產(chǎn)氣剖面測試儀，形成了適合國內(nèi)頁巖氣井的產(chǎn)能評價和產(chǎn)氣剖面測試技術(shù)。

1) 頁巖氣井產(chǎn)能評價技術(shù)?；诙喑叨攘鲃訖C(jī)理分析，耦合吸附、擴(kuò)散、滑脫、雙孔、應(yīng)力和復(fù)雜裂縫形態(tài)等因素，建立了多段壓裂頁巖氣水平井試井分析和產(chǎn)能評價模型，編制了相應(yīng)軟件[30-32]，并基于國內(nèi)頁巖氣井典型流場圖版建立了適合國內(nèi)高壓、高產(chǎn)、長線性流生產(chǎn)時間的頁巖氣井產(chǎn)能遞減模型[33-34]。該技術(shù)在涪陵、丁山、彭水等地區(qū)40余口頁巖氣井進(jìn)行了應(yīng)用，得到了產(chǎn)量變化規(guī)律、SRV體積、可采儲量等關(guān)鍵參數(shù)，產(chǎn)能評價精度大于90%，有效評價了頁巖氣儲層的壓裂效果和生產(chǎn)潛力。

2) 頁巖氣井產(chǎn)氣剖面測試技術(shù)。針對頁巖氣井產(chǎn)出規(guī)律認(rèn)識困難、測試成本高的難點，研發(fā)了常規(guī)儀器與陣列儀器組合的產(chǎn)氣剖面測試儀，可測量溫度、壓力、流量、持水率、磁定位、伽馬等參數(shù)，其外徑43.0 mm，抗溫170 ℃，抗壓105 MPa。同時，配套了水平井連續(xù)油管輸送組合儀器的測試工藝，確立了連續(xù)油管及防噴器、防噴盒和防噴管等井口帶壓設(shè)備的優(yōu)選方法，保障了測試管串安全下入，并形成了適于頁巖氣水平井復(fù)雜流型測試資料的解釋方法[35-36]?，F(xiàn)場應(yīng)用表明，測試資料解釋符合率達(dá)92%，測試成本降低30%，對頁巖氣井壓裂方案優(yōu)化、壓后效果評估具有借鑒作用。

1.10　大型壓裂機(jī)組的研發(fā)與應(yīng)用

大型壓裂機(jī)組是實現(xiàn)“孔滲低、埋深大、壓力高”油氣儲層有效改造的決定性手段。中國石化自主研制了世界首臺3000型超高壓大功率大型壓裂機(jī)組[37]，包括壓裂車、混砂車、高壓管匯系統(tǒng)、配液車、供砂裝置和集群控制系統(tǒng)等。3000型壓裂機(jī)組最大輸出功率2 200 kW，最高工作壓力140 MPa，最大控制終端40臺，輸砂能力20～13 000 kg/min，混配液排量20 m3/min。

目前，3000型成套壓裂機(jī)組已完成140余口井(共計2 350層段)的壓裂作業(yè)，最高施工壓力達(dá)113 MPa，壓裂機(jī)組單層持續(xù)泵注時間最長7.0 h，最大工作負(fù)荷85%，高檔位工況下，負(fù)荷較2500型壓裂車提高30%，泵頭體壽命較其他壓裂泵提高20%。在相同施工總功率的條件下，3000型壓裂機(jī)組占地面積更小，更加適應(yīng)復(fù)雜山地環(huán)境和高施工壓力深層頁巖氣井壓裂作業(yè)的要求。

2　技術(shù)發(fā)展展望

隨著我國頁巖氣勘探開發(fā)的不斷深入，持續(xù)完善中深層頁巖氣工程技術(shù)、突破深層和常壓頁巖氣關(guān)鍵工程技術(shù)是今后的主要發(fā)展方向。

2.1　完善中深層頁巖氣工程技術(shù)

1) 鉆井工程技術(shù)方面。優(yōu)化完善地質(zhì)工程一體化設(shè)計技術(shù)和進(jìn)一步提速增效是主要攻關(guān)研究方向。一是提高耐油螺桿鉆具壽命，提升φ311.1 mm井眼水力振蕩器的降摩減阻性能，研制應(yīng)用新型提速工具，并完善油基鉆井液防漏堵漏功能。二是加強(qiáng)地層實時評價與地震預(yù)測的結(jié)合，提高地層建模的準(zhǔn)確性；同時，推廣應(yīng)用隨鉆成像、遠(yuǎn)探測等技術(shù)，完善隨鉆測井技術(shù)，提高地層實時評價與預(yù)測能力，提高優(yōu)質(zhì)頁巖儲層鉆遇率。

2) 壓裂工程技術(shù)方面。完善精細(xì)壓裂、突破重復(fù)壓裂、實現(xiàn)降本增效是主要攻關(guān)研究方向。一是開展“山地井工廠”鉆井-壓裂一體化設(shè)計研究，充分考慮井眼方位及裂縫方位的整體布局，以實現(xiàn)頁巖氣儲量動用程度最大化；深入開展水平井井眼軌跡穿行不同小層巖石可壓性剖面的精細(xì)評價，由此進(jìn)行段、簇精細(xì)化劃分，避免無效段、減少低效段和重疊段。二是開展縫間暫堵與縫內(nèi)多次暫堵相結(jié)合的壓裂工藝技術(shù)研究、壓裂液在頁巖地層中滯留的微觀作用機(jī)制及主控因素研究，為壓后返排時機(jī)及返排制度優(yōu)化奠定基礎(chǔ)。三是開展重復(fù)壓裂技術(shù)研究，以提高老井開發(fā)潛力，控制產(chǎn)量遞減率。四是配套開展低成本裂縫監(jiān)測及后評估技術(shù)研究，如氣溶性示蹤劑、光導(dǎo)纖維傳感技術(shù)、鐵磁流裂縫檢測技術(shù)等，以提高裂縫監(jiān)測解釋的精度。

2.2　攻關(guān)深層頁巖氣工程技術(shù)

1) 鉆井工程技術(shù)方面。圍繞降低工程成本和提高成井質(zhì)量開展攻關(guān)研究。一是持續(xù)優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)和控壓鉆井技術(shù)，解決裂縫性淺層氣和頁巖地層裂縫發(fā)育帶的涌漏問題。二是完善高造斜率短彎螺桿和寬適應(yīng)性PDC鉆頭，提高耐油螺桿鉆具和降摩減阻工具的抗溫性能和壽命；研發(fā)新型提速工具，推廣應(yīng)用鉆井提速集成技術(shù)，提高鉆井效率；研發(fā)應(yīng)用近鉆頭隨鉆地層評價技術(shù)，提高優(yōu)質(zhì)頁巖儲層鉆遇率。三是推廣新型低黏高切高密度油基鉆井液，采用隨鉆與專用堵漏技術(shù)，降低井下故障率與施工成本。四是應(yīng)用注氮泡沫低密度水泥漿固井技術(shù)、新型彈韌性水泥漿等，解決固井漏失問題，提高固井質(zhì)量及水泥環(huán)的長期密封性。

2) 壓裂工程技術(shù)方面。主要圍繞提高壓裂有效性開展技術(shù)攻關(guān)。一是開展降低施工壓力技術(shù)研究，如平面射孔、多級交替注酸、超高降阻率滑溜水等。二是創(chuàng)新發(fā)展深層頁巖氣提高ESRV技術(shù)，如多尺度網(wǎng)絡(luò)壓裂(通過變排量變黏度組合注入實現(xiàn))、前置液階段微細(xì)支撐劑或納米支撐劑注入、全程小粒徑支撐劑加砂工藝、酸性滑溜水壓裂、巖石自支撐酸壓復(fù)合壓裂等技術(shù)。三是研究頁巖氣井分段壓裂套損機(jī)理及控制技術(shù)，形成適用于深層頁巖氣的配套壓裂技術(shù)。

2.3　發(fā)展常壓頁巖氣工程技術(shù)

針對常壓頁巖氣的特點，重點開展低成本鉆井工藝與有效壓裂技術(shù)的攻關(guān)研究與技術(shù)集成，以大幅度降低工程成本，實現(xiàn)有效壓裂。

1) 鉆井工程技術(shù)方面。開展井筒強(qiáng)化技術(shù)攻關(guān)，提高造斜率以減少定向段長度，持續(xù)開展井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，形成適用于常壓頁巖氣井的井身結(jié)構(gòu)方案；研發(fā)低成本油基鉆井液、高性能水基鉆井液與固井配套技術(shù)；開發(fā)快速定向和水平段“一趟鉆”優(yōu)快鉆井技術(shù)。

2) 壓裂工程技術(shù)方面。主要圍繞大幅度提高裂縫的復(fù)雜性及有效改造體積，開展“少段多簇+平面射孔”壓裂、超臨界二氧化碳混合壓裂、脈沖壓裂和超低濃度與一劑多效滑溜水體系等低成本壓裂技術(shù)攻關(guān)；開展多井拉鏈?zhǔn)綁毫选⑼綁毫鸭夹g(shù)試驗，加大壓裂返排液的重復(fù)利用、陶?；旌鲜⑸爸蝿┑痊F(xiàn)場應(yīng)用力度。

3　結(jié)束語

中國石化經(jīng)過不懈的技術(shù)攻關(guān)，形成了中深層頁巖氣配套工程技術(shù)鏈，在國內(nèi)率先實現(xiàn)了涪陵頁巖氣勘探突破與商業(yè)開發(fā)。近幾年，圍繞深層和常壓頁巖氣勘探開發(fā)需求，通過工程技術(shù)攻關(guān)與應(yīng)用研究，初步形成了深層和常壓頁巖氣工程技術(shù)鏈，有力支撐了深層和常壓頁巖氣勘探開發(fā)的順利進(jìn)行。但是，與國外先進(jìn)技術(shù)相比還有一定的差距，需要在完善中深層頁巖氣工程技術(shù)鏈的基礎(chǔ)上，通過優(yōu)化提升、配套完善與研究攻關(guān)，形成完善的深層和常壓頁巖氣工程技術(shù)鏈，以實現(xiàn)深層和常壓頁巖氣經(jīng)濟(jì)有效規(guī)模開發(fā)。

致謝：在本文撰寫過程中，中國石化石油工程技術(shù)研究院馬廣軍、臧艷彬、王顯光、陶謙、王海濤、張衛(wèi)、魏遼和龐偉等同志在資料收集及論文修改等方面提供了大量幫助，牛新明、林永學(xué)、蔣廷學(xué)和王敏生等同志也提出了許多寶貴的修改意見，在此一并表示感謝。

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