李紫劍 蘇昱 羅越耀 沈欣宇

摘 要：隨著我國天然氣的對外依存度持續(xù)增加，頁巖氣的高效開發(fā)對中國的經(jīng)濟發(fā)展、減少碳排放、能源結(jié)構(gòu)調(diào)整和能源安全具有重要意義，其中鉆井工程是頁巖氣開發(fā)的重要組成部分。為了給頁巖氣安全高效開發(fā)提供技術(shù)支持，進一步完善頁巖氣鉆井工程標準體系，本文總結(jié)了目前的頁巖氣與頁巖氣鉆井工程標準體系建設(shè)的進程，綜合考慮頁巖氣開發(fā)的特點和現(xiàn)場工區(qū)的實際情況，針對目前已發(fā)布的鉆井工程相關(guān)的頁巖氣鉆井工程標準進行了適應(yīng)性評價，分析了頁巖氣鉆井工程標準體系進一步的需求，并對已發(fā)布的頁巖氣鉆井標準體系給出了建議。目前頁巖氣鉆井工程的相關(guān)標準尚存在一些問題，先進技術(shù)不斷在現(xiàn)場應(yīng)用與普及，建議根據(jù)工區(qū)實際情況和頁巖氣鉆井的技術(shù)要求進行適當修訂。

關(guān)鍵詞：頁巖氣，鉆井工程，標準化，標準體系

DOI編碼：10.3969/j.issn.1002-5944.2023.21.001

Evaluation and Suggestion of Chinas Standards System on Shale Gas Drilling Engineering

LI Zi-jian SU Yu LUO Yue-yao SHEN Xin-yu*

（Engineering Technology Research Institute of Petro China Southwest Oil & Gasfi eld Company）

Abstract： As Chinas dependence on imported natural gas continues to increase， the efficient development of shale gas is of great significance to Chinas economic development， carbon emission reduction， energy structure adjustment and energy security， of which drilling engineering is an important part of shale gas development. In order to provide technical support for the safe and effi cient development of shale gas， and further improve the shale gas drilling engineering standards system， this paper summarizes the current construction process of engineering standards system for shale gas and shale gas drilling， considers the characteristics of shale gas development and the actual situation of the working area， and evaluates the adaptability of the currently published standards for shale gas drilling engineering. It also analyzes the further needs of the shale gas drilling engineering， and provides suggestions for the published standards system of shale gas drilling engineering. At present， there are still some problems in the standards on shale gas drilling engineering， while the technologies are being applied and promoted in the fi eld. The paper suggests making appropriate revisions according to the actual situation in the fi eld and the technical requirements of shale gas drilling.

Keywords： shale gas， drilling engineering， standardization， standards system

0 引 言

頁巖氣是一種自生自儲的非常規(guī)油氣資源，對中國能源結(jié)構(gòu)調(diào)整具有重要意義[1-2]。我國擁有豐富的頁巖氣資源量，2021年中國頁巖氣新增探明地質(zhì)儲量為7454億立方米，是傳統(tǒng)天然氣能源的有力補充。近年來我國頁巖氣勘探開發(fā)連續(xù)取得重大突破。中國首個商業(yè)開發(fā)大型頁巖氣田，即江漢油田涪陵頁巖氣田生產(chǎn)頁巖氣累計超過400億立方米[3]。2023年，我國頁巖氣勘探開發(fā)首次在四川盆地寒武系地層勘探取得重大突破，開辟了四川盆地頁巖氣規(guī)模增儲上產(chǎn)新的陣地。目前中國已成為北美之外全球最大的頁巖氣生產(chǎn)國。

隨著我國頁巖氣產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，3500米深度以內(nèi)的頁巖氣已邁入規(guī)?；_采的階段[1-2]。通常，垂深超過3500米的頁巖氣，被定義為深層頁巖氣。我國垂深大于3500米的深層/超深層頁巖氣資源十分豐富，資源量為308千億立方米，深層頁巖氣資源量占總資源量的65%以上[4]，四川盆地南部筇竹寺組和五峰組-龍馬溪組深層頁巖氣資源開采有利區(qū)面積分別占總區(qū)塊面積的94%和82%，深層頁巖氣將是今后頁巖氣勘探開發(fā)的重點[5]。

目前已有美國、加拿大、中國和阿根廷4個國家擁有商業(yè)頁巖氣生產(chǎn)，預(yù)計隨著頁巖氣開發(fā)技術(shù)的發(fā)展與普及，其他國家（主要是墨西哥和阿爾及利亞）的頁巖氣資源開發(fā)程度也會逐漸上升。預(yù)計到2040年，這6個國家將占全球頁巖氣產(chǎn)量的70%[6]。

1 頁巖氣標準國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

1.1 頁巖氣國際標準現(xiàn)狀

由中國石油西南油氣田分公司天然氣研究院牽頭制定的國際標準ISO 7055：2023《天然氣 上游領(lǐng)域 滑溜水降阻性能測試方法》已獲得ISO國際標準化組織批準，于2023年8月正式發(fā)布。這是頁巖氣領(lǐng)域的首項國際標準，也是我國在頁巖氣國際標準領(lǐng)域取得的重要突破，有力支撐了我國頁巖氣技術(shù)在國際市場的競爭。此外，能源行業(yè)頁巖氣標準化技術(shù)委員會（以下簡稱頁巖氣標委會）還協(xié)同中石油、中石化等石油天然氣企業(yè)，提出了《滑溜水性能測試和要求》《頁巖氣儲層孔隙結(jié)構(gòu)和礦物含量測定 掃描電鏡法》等6項ISO工作項目提案[7]。

1.2 美國頁巖氣標準現(xiàn)狀

國際上建立的頁巖氣相關(guān)標準，以美國標準為主。美國標準通常分為四種：國家標準、政府各部門標準、專業(yè)標準（或行業(yè)標準）、公司標準。美國沒有成立專門從事頁巖氣技術(shù)和標準化的協(xié)會或機構(gòu)。與頁巖氣開發(fā)相關(guān)的標準是由涉及頁巖氣產(chǎn)業(yè)鏈各個專業(yè)和領(lǐng)域特點的相關(guān)的協(xié)會制定的，而這些針對頁巖氣新制定的標準主要集中在水力壓裂和頁巖氣儲量評價方面，如美國石油學會API（American petroleum Institute）制定了頁巖氣水力壓裂的標準，美國石油工程師協(xié)會SPE（Society of Petroleum Engineers）與國際經(jīng)濟地質(zhì)學家協(xié)會SEG（Society of Economic Geologists）共同制定了頁巖氣資源和可采儲量評價的標準。頁巖氣開發(fā)的其他環(huán)節(jié)主要使用現(xiàn)有的常規(guī)油氣標準。頁巖氣鉆井工程的相關(guān)標準主要由美國石油學會API制定。在標準之外，美國很多涉及安全環(huán)保健康和節(jié)能的要求（如油氣井選址和間距，水資源管理和場外固體處置）是通過國家和各州的法規(guī)與許可來進行規(guī)定的。而我國更多地采用了強制性國家標準和行業(yè)標準、地方標準的形式來予以規(guī)定[8]。

1.3 中國頁巖氣標準現(xiàn)狀

為促進中國頁巖氣標準化的發(fā)展，規(guī)范頁巖氣勘探開發(fā)利用，提高頁巖氣開發(fā)的環(huán)保和安全，加強對頁巖氣產(chǎn)業(yè)的監(jiān)管與規(guī)范，2013年7月，國家能源局批復(fù)成立了頁巖氣標委會（NEA/TC 26），負責能源行業(yè)頁巖氣技術(shù)標準的歸口管理工作，研究建立頁巖氣全產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)標準體系，開展頁巖氣通用及基礎(chǔ)標準研制，協(xié)調(diào)與天然氣標準化技術(shù)委員會等相關(guān)標委會的關(guān)系，共同開展頁巖氣某一專業(yè)技術(shù)領(lǐng)域標準的制修定等標準化工作[7]。目前，頁巖氣標委會牽頭建立的頁巖氣技術(shù)標準體系覆蓋了頁巖氣全產(chǎn)業(yè)鏈各個技術(shù)環(huán)節(jié)，涉及頁巖氣地質(zhì)分析、地震與測井、鉆井工藝、儲層改造、氣藏開發(fā)、安全清潔生產(chǎn)等頁巖氣勘探開發(fā)過程，以及經(jīng)濟核算與HSE管理等支撐環(huán)節(jié)，整體技術(shù)達到國際先進水平，有力支撐了我國頁巖氣產(chǎn)量由2015年的45億立方米提高到2022年的240億立方米，較2015年增加433%，較2018年增加122%，占天然氣（含非常規(guī)天然氣）產(chǎn)量的11%[9]。我國頁巖氣標準從2015年開始發(fā)布，圖1展示了我國頁巖氣標準總數(shù)逐年的增長（僅統(tǒng)計天然氣標委會和頁巖氣標委會發(fā)布的標準）。

2 頁巖氣鉆井工程標準分類總結(jié)

頁巖氣鉆井技術(shù)標準所覆蓋的專業(yè)方向可以分為鉆前工程、鉆井設(shè)計、鉆井過程、井控、鉆井液、錄井、固井、HSE管理、經(jīng)濟核算?，F(xiàn)有頁巖氣鉆井技術(shù)標準共27項，其中5項國標，22項行標，如表1所示。每一項標準涉及的頁巖氣鉆井工程專業(yè)方向在表1中列出?？梢钥闯瞿壳拔覈呀?jīng)形成了比較完善的頁巖氣鉆井技術(shù)國標/行標體系，比較全面地覆蓋了頁巖氣鉆井工程涉及的各個專業(yè)方向。

3 頁巖氣鉆井工程標準評價建議

3.1 現(xiàn)有標準體系應(yīng)結(jié)合工程技術(shù)進步及時修訂

隨著技術(shù)進步，現(xiàn)有標準的部分條款與頁巖氣鉆井工程的現(xiàn)場實際情況存在不一致。在現(xiàn)場情況和行業(yè)通行做法合理的情況下，現(xiàn)有標準需要進行更新與修訂，使標準能夠落地，以便更好地指導(dǎo)頁巖氣鉆井工程的現(xiàn)場工作。例如，在NB/T 10252-2019《頁巖氣水平井鉆井作業(yè)技術(shù)規(guī)范》[10]中，要求“完鉆電測連續(xù)測斜距離讀值不超過25 m，特殊情況加密測斜”，目前頁巖氣井普遍采用隨鉆測量，測量間距短，數(shù)據(jù)齊全。所以標準要求的電測連續(xù)測斜數(shù)據(jù)比隨鉆測量測斜數(shù)據(jù)誤差更大。建議水平井完鉆后以隨鉆測量數(shù)據(jù)為準，不電測井斜方位數(shù)據(jù)。在NB/T 10252-2019《頁巖氣水平井鉆井作業(yè)技術(shù)規(guī)范》[10]中對頁巖氣鉆井中彎殼體動力鉆具復(fù)合鉆進轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速給出了推薦值，但是隨著技術(shù)的進步，目前頁巖氣鉆井現(xiàn)場頂驅(qū)逐漸普及，施工方也在越來越多地使用強化鉆井參數(shù)。建議在標準中增加適用于頂驅(qū)復(fù)合鉆進，并能體現(xiàn)強化鉆井參數(shù)的推薦值。

有些標準在文中引用了其他現(xiàn)有標準，但是其他標準可能已經(jīng)被更新的標準取代，或規(guī)定范圍與更晚發(fā)布的標準有重疊。例如在NB/T 14012.2-2016《頁巖氣工廠化作業(yè)推薦作法第2部分：鉆井》[11]中規(guī)定井控的相關(guān)要求應(yīng)參考SY/T 6426-2005《鉆井井控技術(shù)規(guī)程》，而目前SY/T 6426-2005《鉆井井控技術(shù)規(guī)程》[12]發(fā)布時間較久，雖然尚未廢止，但內(nèi)容與GB/T 31033-2014《石油天然氣鉆井井控技術(shù)規(guī)范》[13]基本重疊，且后者發(fā)布較晚，屬于國標。所以建議NB/T 14012.2-2016《頁巖氣工廠化作業(yè)推薦作法第2部分：鉆井》[11]應(yīng)引用更新的國標GB/T 31033-2014《石油天然氣鉆井井控技術(shù)規(guī)范》[13]。

3.2 部分技術(shù)指標應(yīng)體現(xiàn)頁巖氣特殊性

現(xiàn)有標準在設(shè)定指標時，有些指標設(shè)置值過于嚴格，或仍然沿用常規(guī)油氣鉆井標準，不符合頁巖氣鉆井工程的特點，以至于無法有效指導(dǎo)頁巖氣鉆井工程。所以建議指標應(yīng)該根據(jù)頁巖氣鉆井工程實際需要，對現(xiàn)有標準中的指標進行相應(yīng)的修改，以便更好地指導(dǎo)頁巖氣鉆井工程的設(shè)計與施工。例如在NB/T 14009-2016《頁巖氣 鉆井液使用推薦作法油基鉆井液》[14]中，推薦油基鉆井液性能為：高溫高壓（120℃）濾失量≤5。在實際頁巖氣鉆井中，此指標較為寬泛，會導(dǎo)致油基鉆井液濾失量大，不能滿足油基鉆井液的入井性能要求。

3.3 標準之間應(yīng)避免重復(fù)和沖突

在現(xiàn)有標準中，針對某些指標，不同的標準都同時作出了規(guī)定，有時不同標準的規(guī)定還有沖突。有些技術(shù)要求雖然已經(jīng)在現(xiàn)有標準中作出了規(guī)定，但是技術(shù)要求的歸類錯誤，可能會造成認識不清和技術(shù)實施主體混淆，不利于現(xiàn)場作業(yè)與管理。建議把同一個技術(shù)方面的內(nèi)容在單獨一項標準中作出規(guī)定，其他標準引用此標準而不另外作出規(guī)定；對同一技術(shù)內(nèi)容的要求有沖突的標準，應(yīng)該在考慮工區(qū)實際情況和技術(shù)科學性的前提下將標準規(guī)定統(tǒng)一化。例如在標準NB/T 14010-2016《頁巖氣叢式井組水平井安全鉆井及井眼質(zhì)量控制推薦做法》[15]與NB/T 10252-2019《頁巖氣水平井鉆井作業(yè)技術(shù)規(guī)范》[10]都涉及分段軌跡控制，內(nèi)容有重復(fù)的地方。在NB/T 14012.2-2016《頁巖氣工廠化作業(yè)推薦作法第2部分：鉆井》[11]中規(guī)定防噴器遠程控制臺距離為25 m，與NB/T 14010-2016《頁巖氣叢式井組水平井安全鉆井及井眼質(zhì)量控制推薦做法》[15]規(guī)定防噴器遠程控制臺距離為15 m有沖突。

有一些標準的內(nèi)容組織結(jié)構(gòu)可能與同類標準的慣例不一致。在NB/T 14010-2016《頁巖氣叢式井組水平井安全鉆井及井眼質(zhì)量控制推薦做法》[15]中，4.3條款（二級章節(jié)）名為“安全管理”，內(nèi)容涵蓋健康、安全、環(huán)境管理（HSE）。參考其他同類型標準，此內(nèi)容一般會單獨放在一級章節(jié)“健康、安全、環(huán)境管理（HSE）”中?？梢钥紤]重新組織內(nèi)容結(jié)構(gòu)。

3.4 建立針對性頁巖氣井控管理相關(guān)標準

頁巖氣由于地質(zhì)特殊性，自然產(chǎn)能低，通常需要采用體積壓裂才能獲得產(chǎn)能，相比常規(guī)天然氣井，鉆井井控風險相對較小，但目前并沒有制定一個涵蓋頁巖氣鉆井各個環(huán)節(jié)井控要求的標準，僅在其他相關(guān)技術(shù)標準中部分涉及，井控技術(shù)及管理要求主要參照常規(guī)天然氣鉆井井控管理規(guī)范及各作業(yè)公司規(guī)范文件執(zhí)行，綜合考慮鉆井安全及經(jīng)濟性，有必要建立頁巖氣專項井控管理規(guī)范，加強行業(yè)統(tǒng)一規(guī)范。

4 結(jié) 語

（1）在頁巖氣標委會、全國天然氣標準化技術(shù)委員會等標準委員會與中石油等石油天然氣企業(yè)的協(xié)同努力下，我國已經(jīng)建立了頁巖氣技術(shù)標準體系，覆蓋頁巖氣全產(chǎn)業(yè)鏈業(yè)務(wù)發(fā)展，涉及頁巖氣地質(zhì)分析、地震與測井、鉆井工藝、儲層改造、氣藏開發(fā)、安全清潔生產(chǎn)等頁巖氣勘探開發(fā)過程，整體技術(shù)已達到國際先進水平。

（2）在頁巖氣鉆井工程方面，相關(guān)技術(shù)標準已經(jīng)比較全面地覆蓋了頁巖氣鉆井工程各個專業(yè)方向（鉆前工程，鉆井設(shè)計，固井等），為頁巖氣鉆井工程起到了重要的指導(dǎo)和規(guī)范作用。

（3）目前頁巖氣鉆井工程的相關(guān)標準尚存在一些問題（和現(xiàn)場情況和工程技術(shù)進步不一致，設(shè)定指標未體現(xiàn)頁巖氣鉆井工程特殊性，現(xiàn)有標準之間重復(fù)沖突，以及尚未形成針對頁巖氣鉆井工程井控管理的相關(guān)標準），建議根據(jù)工區(qū)實際情況和頁巖氣鉆井的技術(shù)要求進行適當修訂。

（4）建議未來頁巖氣鉆井工程標準相應(yīng)地要及時更新修訂，并將適用于頁巖氣鉆井工程的科研成果有形化為標準，以適應(yīng)技術(shù)進步在現(xiàn)場的普及應(yīng)用和未來深層頁巖氣鉆井的需求。未來可形成標準的科研成果，包括旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向、地質(zhì)導(dǎo)向，深層頁巖氣鉆井提速技術(shù)，高性能水基鉆井液等。

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作者簡介

李紫劍，博士，博士后，主要從事鉆井工程與巖石力學研究。

蘇昱，博士，博士后，主要從事鉆井工程與井控研究。

羅越耀，本科，工程師，主要從事鉆井工程與鉆井工藝研究。

沈欣宇，通信作者，碩士，高級工程師，主要從事鉆井工程研究與科研管理。

（責任編輯：袁文靜）