頁(yè)巖氣與鉆井技術(shù)

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1、頁(yè)巖氣與水平井鉆井技術(shù)石工10-9班林鑫2010022116(中國(guó)石油大學(xué)石油工程學(xué)院，北京102249)摘要：頁(yè)巖氣在世界油氣資源中占有巨大的比重，但因其滲透率低，開采難度大。目前對(duì)頁(yè)巖氣的開采方式主要是以水平井為主。水平井與直井相比，具有與油層接觸面積大，采油率高等特點(diǎn)，因而被廣泛的應(yīng)用到非常規(guī)油氣和老井增產(chǎn)中去。本文分析介紹了水平井鉆井技術(shù)中的一些關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)水平井技術(shù)中存在的問(wèn)題進(jìn)行了探討，并對(duì)水平井的幾個(gè)研究的方向進(jìn)行了介紹。1.目的：頁(yè)巖氣是從頁(yè)巖層中開采出來(lái)的天然氣，主體位于暗色泥頁(yè)巖或高碳泥頁(yè)巖中，頁(yè)巖氣是主體上以吸附或游離狀態(tài)存在于泥巖、高碳泥巖、頁(yè)巖及粉砂質(zhì)巖

2、類夾層中的天然氣，它可以生成于有機(jī)成因的各種階段天然氣主體上，以游離相態(tài)（大約50%）存在于裂縫、孔隙及其它儲(chǔ)集空間，以吸附狀態(tài)（大約50%）存在于干酪根、粘土顆粒及孔隙表面，極少量以溶解狀態(tài)儲(chǔ)存于干酪根、瀝青質(zhì)及石油中天然氣也存在于夾層狀的粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、甚至砂巖地層中為天然氣生成之后，在源巖層內(nèi)的就近聚集表現(xiàn)為典型的原地成藏模式，與油頁(yè)巖、油砂、地瀝青等差別較大。與常規(guī)儲(chǔ)層氣藏不同，頁(yè)巖既是天然氣生成的源巖，也是聚集和保存天然氣的儲(chǔ)層和蓋層。因此，有機(jī)質(zhì)含量高的黑色頁(yè)巖、高碳泥巖等常是最好的頁(yè)巖氣發(fā)育條件。中國(guó)主要盆地和地區(qū)頁(yè)巖氣資源量約為15萬(wàn)億－30萬(wàn)億立

3、方米，經(jīng)濟(jì)價(jià)值巨大。另一方面，生產(chǎn)周期長(zhǎng)也是頁(yè)巖氣的顯著特點(diǎn)。頁(yè)巖氣的儲(chǔ)量巨大，但開采難度也很高，為能充分開采頁(yè)巖氣，目前采用的技術(shù)有水平井技術(shù)和壓裂技術(shù)，為此，對(duì)頁(yè)巖水平井鉆井技術(shù)的研究具有重要的意義。2.技術(shù)進(jìn)展水平井是定向井的一種，指井眼軌跡達(dá)到水平后，井眼繼續(xù)眼神一定長(zhǎng)度的定向井。這里所說(shuō)的“達(dá)到水平”是指井斜角達(dá)到90°左右（一般大于85°）?！把由煲欢ㄩL(zhǎng)度”一般是在油層里延伸，并且延伸的長(zhǎng)度要大于有層厚度的六倍。根據(jù)垂直段向水平段轉(zhuǎn)彎時(shí)的曲率半徑的大小，將水平井分為五類，分別為：類別造斜率/（°/30m）井眼曲率半徑/m水平段長(zhǎng)度/m長(zhǎng)半徑2~6860~280300~

4、1700中半徑6~20280~85200~1000中短半徑20~8085~20200~500短半徑30~15060~10100~300超短半徑特殊轉(zhuǎn)換器0.330~602.1水平井的優(yōu)勢(shì)1.水平井的突出特點(diǎn)是井眼穿過(guò)油層的長(zhǎng)度長(zhǎng)，大大增加了井與油層的接觸表面積，從而使油井的單井產(chǎn)量高，油井的生產(chǎn)速度快，減少了生產(chǎn)時(shí)間。2.水平井在具有天然裂縫的巖層中，可以將天然裂縫相互連接起來(lái)，由于天然裂縫的滲透率要遠(yuǎn)大于巖石基質(zhì)的滲透率，降低了油氣流入井筒的壓力損耗，形成阻力很小的輸油線路，從而可以使一大批用直井或普通定向井無(wú)開采價(jià)值的油藏具有工業(yè)開采價(jià)值。3.如果產(chǎn)層為水驅(qū)動(dòng)，當(dāng)原油粘度比水

5、高的多時(shí)，垂直井可能會(huì)遇到水錐的問(wèn)題，水平井可以在油層的中上部造斜，然后在生產(chǎn)層中鉆一定長(zhǎng)度的水平段，這樣不僅可以減少水錐的可能性，延長(zhǎng)無(wú)水采油期，而且每單位長(zhǎng)度的產(chǎn)油段的壓力降比垂直井產(chǎn)油段低，其他效果也都有所提高。同時(shí)水平井還能減少氣錐的有害影響，提高油井產(chǎn)量。4.水平井可以連續(xù)貫穿幾個(gè)薄油層，從而使不具有工業(yè)開采價(jià)值的油層也能進(jìn)行生產(chǎn)，提高了原油的采收率。2.2水平井設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)順序水平井設(shè)計(jì)與一般定向井、大斜度井設(shè)計(jì)概念及設(shè)計(jì)程序是不同的。它是一門綜合性多學(xué)科的、極其復(fù)雜的、相互關(guān)聯(lián)的技術(shù)。涉及許多學(xué)科門類，如油藏工程、地質(zhì)工程、采油工程、鉆井工程等。具體設(shè)計(jì)可分成垂直

6、階段、造斜階段、、水平井眼階段和完井階段。垂直井眼階段所做的設(shè)計(jì)要與造斜階段、水平階段、完井階段等工藝措施相配套，特別要盡可能打直，為以后各階段施工創(chuàng)造條件。造斜、穩(wěn)斜階段設(shè)計(jì)要側(cè)重于造斜點(diǎn)和增斜率的選擇，以及與水平段設(shè)計(jì)相同的各種技術(shù)要求。水平井眼階段應(yīng)包括鉆具設(shè)計(jì)、井下動(dòng)力鉆具性能要求、鉆井液選擇、水力參數(shù)、鉆頭選擇、井控等。完井階段主要提出對(duì)完井工具、工藝技術(shù)及采油設(shè)備等的要求，以確定最小井眼尺寸、套管程序。但是在水平井設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)按照從儲(chǔ)集層物性、完井方法、曲率半徑、套管程序、井下測(cè)量?jī)x器和工具、地面設(shè)備的順尋從上到下的順序進(jìn)行設(shè)計(jì)，但是在鉆井過(guò)程中，設(shè)計(jì)的順序正好與之相反

7、。2.3鉆井技術(shù)在頁(yè)巖氣中的應(yīng)用頁(yè)巖氣水平井鉆井是一項(xiàng)綜合技術(shù)，需要與測(cè)井、油藏等學(xué)科結(jié)合起來(lái)在鉆井過(guò)程中，F(xiàn)MI全井眼微電阻率掃描成像測(cè)井顯示出水平井鉆遇的裂縫和層理特征，鉆井誘發(fā)的裂縫沿著鉆井軌跡頂部和底部，沿應(yīng)力最高的井筒側(cè)面終止；MWD在鉆井過(guò)程中提供井斜角和方位角信息；LWD隨鉆測(cè)井實(shí)時(shí)獲得所鉆地層巖性和巖石中流體的狀況；SWD隨鉆地震提供鉆頭前方待鉆地層巖石類型巖石孔隙度、孔隙壓力與其他聲學(xué)敏感的巖石參數(shù)；通過(guò)三維地震解釋技術(shù)能夠更好地設(shè)計(jì)水平井井眼軌跡，鉆遇更多的產(chǎn)