页岩气钻井技术
页岩气钻采技术综述
1前言页岩气是从页岩层中开采出来的，主体位于暗色泥页岩或高碳泥页岩中，以吸附或游离状态存在于泥岩、高碳泥岩、页岩及粉砂质岩类夹层中的天然气聚集。
近年来由于天然气供需关系、价格上涨、开采技术进步等因素的影响，页岩气的开采已成为全球资源开发的一个热点。
2开采特点页岩气产自渗透率极低的沉积岩中，大部分产气页岩分布范围广、厚度大，且普遍含气，使得页岩气井能够长期地稳定产气。
一般情况下，页岩气开采具有3个特点：①生产能力低或无自然生产能力。
由于页岩气储集层通常呈低孔、低渗透率，气流阻力比常规天然气大，难以开采，因此所有的井都需要实施储层压裂改造才能开采出来。
目前，在页岩气井中实施2次以上增产措施的尝试已在美国实现了。
②井的寿命和生产周期长。
页岩气在泥页岩地层中主要以游离态和吸附态存在。
游离气渗流速度快，初期产量较高，但产量下降快；相反，吸附气解析、扩散速度慢，产量相对较低，但属于页岩气稳产期，进入该时期后产量递减速度慢，使得生产周期变长，一般页岩气井生产寿命可达30~50年[1]。
③采收率变化较大，并且低于常规天然气采收率。
根据埋藏深度、地层压力、有机质含量和吸附气量等，不同页岩气藏的采收率不同(见图1)[1]。
而且相关数据还表明，页岩气采收率通常低于常规天然气采收率，常规天然气采收率可达60%以上，而页岩气仅为5%～60%。
页岩气钻采技术综述张卫东1，郭敏1，杨延辉2(1.中国石油大学(华东)石油工程学院，山东东营257061；2.中国石油华北油田勘探开发研究院，河北任丘062552)摘要页岩气开采已成为全球资源开发的一个热点。
页岩气储集层通常呈低孔、低渗透率，开采寿命长，生产周期长，采收率变化较大，且低于常规天然气采收率。
不同于常规天然气的开采特点决定了页岩气开发具有其独特的方式。
水平井技术对于扩大页岩气开发具有重大意义，水平井的成本一般是垂直井的1～1.5倍，而产量是垂直井的3倍左右。
水平井技术结合geoVISION 随钻成像服务和RAB 钻头附近地层电阻率仪器等LWD 技术可进行更高效、更合理的开采。
页岩气钻井技术
页岩气钻井技术作者：达瑞来源：《石油知识》 2017年第6期钻井工程无疑是工业中的“大哥大”，它们的进步与否直接影响着石油天然气勘探开发的成果与进展。
随着能源需求的不断增大，常规化石能源的日益消耗及消费结构的转变，导致非常规油气资源的开发利用日益升温，钻井技术也取得了—系列进步与提高。
美国、加拿大等国开发利用页岩气的成功经验在全球引发了“页岩气革命”；2009年国土资源部重庆綦江页岩气资源勘查项目的启动，中石油第一口页岩气井一威201井的开钻，2010年中石化第一口页岩气井一河页l井的开钻，标志着我国正式开始页岩气资源的勘探开发。
2012年3月国土资源部《页岩气“十二五”规划》公布我国页岩气可采资源为25.08×1012m3，展现了页岩气开发利用的良好远景，也预示着我国页岩气的勘探开发已进入机遇或黄金期。
结合国内外页岩气的勘探开发实践，页岩气井钻井工程中需解决的技术难题主要有以下几个方面。
水平井井眼轨迹的优化页岩气勘探开发钻井中，不仅要钻遇更多的裂缝，获得更大的储层泄流面积，显著改善储层流体在井筒周围的渗流状态；利用最小的丛式井井场，使开发井网覆盖区域最大化，以简化地面工程及后期生产管理，为批量化钻井、压裂施工作业奠定基础，以减少地面设施，延伸开采范围，规避地面不利条件的干扰等。
页岩气水平井井眼优化设计的关键是充分利用三维地震及储层应力资料选择井位和井眼方位，规避井漏、断层等工程复杂问题，确保后期压裂裂缝与井眼方向垂直，以提高储层压裂改造效果，提高页岩气的采收率。
测量与导向工具的选择水平井钻井是一项综合工作，需要工具、测量、钻井与油藏等学科有机结合，涉及测量和导向工具的选择、使用与控制问题。
合理选择测量和导向工具用于水平井井眼的精确定位、地层评价，以引导中靶地质目标。
及时根据地层条件的变化，实时调整井眼轨迹，滑动复合交替进行以提高水平井段的机械钻速，避免井下复杂和事故。
地质导向可根据随钻测量和随钻地质评价的测井数据，控制井眼轨迹使钻头始终沿储层钻进。
页岩气钻井技术(中)PPT课件
完钻日期
2000.4.17 2001.5.5 2011.3.23 2011.1.26
完钻 井深m
1423
2030
1433
3145
水平 位移m
1150
1090.8
613.5
509.3
钻井 周期d
28
28
9
14
科学钻探 永无止境
提
纲
一、
页岩气基本情况
二、
页岩气开发情况
三、 页岩气钻井关键技术 四、 页岩气钻井技术难点 五、 页岩气钻井技术措施
8、钻具组合选择局限性大 浅层大位移水平井，由于造斜点浅，上部地层疏松，胶结质量差，同时页 岩易垮塌的特性，上部钻具自身重量轻，加压困难，导致整个钻具组合的 选择更加受限制。如果钻具组合选择不恰当，极易偏磨套管。扭矩、摩阻 过大，也将极易导致发生钻具事故
科学钻探 永无止境
四、页岩气钻井技术难点
9、套管居中程度差
由于造斜点浅，从造斜点至至A靶点，井斜将达最大井斜，下套管时，斜井段套 管易与井壁发生大段面积接触。当井斜超过70°时套管重量的90%将作用于井眼 下侧，套管严重偏心，居中度难以达到66.7％以上
10、固井前洗井、驱替效果差，水泥浆胶结质量差
岩屑床中的岩屑也难以清洁干净。 油气层顶界埋深浅，顶替时接触时间短， 不容易顶替干净。 井斜角大、水平位移长，套管在井眼内存 在较大偏心，低边泥浆难以驱动，产生“拐 点绕流”现象 油基钻井液必须进行润湿反转后，水泥浆 才能有够胶结
科学钻探 永无止境
四、页岩气钻井技术难点
7、套管受损 套管柱通过水平井弯曲段时随井眼弯曲承受弯曲应力作用。 同时，套管属 于薄壁管或中厚壁管,套管柱随井眼弯曲变形时,即使弯曲应力未超过其材 料的屈服极限,但套管截面已成为椭圆形状而丧失稳定性。由于椭圆的短轴 小于套管公称尺寸,故一些工具无法下入。套管柱弯曲严重时也有可能产生 屈曲变形破坏
页岩气三代钻井技术、压裂技术
页岩气三代钻井技术、压裂技术怎样开采页岩气？页岩气是充填于页岩裂隙、微细孔隙及层面内的自然气。
开采页岩气通常要先打直井到几千米的地下，再沿水平方向钻进数百米到上千米，并采纳大型水力压裂技术，也就是通过向地下注入清水、陶制颗粒、化学物等混合成的压裂液，以数十到上百兆帕的压力，将蕴含自然气的岩层“撬开”，就像在致密的页岩中建设一条条“高速大路”，让深藏于页岩层中的页岩气沿“高速大路”跑到水平井段，最终从直井中采出来。
页岩气井钻井示意图页岩气三代钻井技术●一代技术2023年~2023年，勘探开发初期，水平段1000~1500米，周期80~100天。
主要以常规油气钻井技术工艺+水平井钻井技术+油基钻井液为主。
●二代技术2023年~2023年，一、二期产能建设时期，水平段1500~2200米，周期60~80天。
针对页岩气开发特点，开展页岩气工程技术“一次革命”，攻关完成了“井工厂作业+国产化工具+自主化技术+系列化工艺”，实现提速降本增产。
●三代技术2023年至今，页岩气大进展时期，水平段2000~3000米，周期40~60天，围绕“四提”目标，开展页岩气工程技术“二次革命”，主要技术路线是“个体突破向综合配套转变，单项提速向系统提速进展”，技术要点是两个方向（钻井工艺+钻井工具）、三大核心（激进参数+精益施工+超常工艺）、三大基础（地面装备+井下工具+钻具组合）。
页岩气三代压裂技术●一代技术2023年~2023年，渐渐形成自主化的以“桥塞分段大规模体积压裂+井工厂运行”为核心的页岩气长水平井高效压裂技术系列。
●二代技术2023年~2023年，自主页岩气压裂技术转变为追求改造体积裂缝简单度最大化，攻关形成了“多簇亲密割+簇间暂堵+长段塞加砂”主体压裂工艺等低成本分段工具及工艺为代表的二代压裂技术系列。
●三代技术2023年至今，为满意多层立体开发和不同类型储层要求，乐观开展全电驱压裂装备配套适应性讨论，推广牵引器射孔技术和延时趾端滑套工艺，优化高效可溶桥塞结构，研发井口快速插拔装置、多级选发点火装置、高效连续油管钻塞液体系，持续更新升级压裂装备及其配套工具，全面提升了装备作业水平，实现低成本、规模化、绿色施工。
页岩气开采原理
页岩气开采原理
页岩气开采原理是通过水平钻井和水力压裂技术将水和添加剂注入页岩岩层，使岩层裂缝扩大并释放出内部储存的天然气。
具体步骤如下：
1. 水平钻井：首先，在地表选择合适的位置进行垂直钻井，当钻杆到达目标页岩层时，钻井工程师会改变钻头方向，将钻孔延伸成水平方向。
这样可以增加页岩岩层与钻孔的接触面积，提高天然气的开采效率。
2. 水力压裂：完成水平钻井后，高压水和添加剂（如砂岩颗粒）被泵送到井中，进入页岩岩层。
压力和添加剂的作用下，岩石发生裂缝和断裂，从而使天然气能够逸出。
水力压裂也可以同时增加岩石孔隙的连接性，便于天然气在岩层内流动和采集。
3. 采集天然气：一旦页岩层被水力压裂，天然气开始从岩石毛细孔隙中释放出来，并通过新形成的裂缝流向水平井筒。
然后，运用抽油泵等装置将天然气输送到地面设备进行储存和处理。
4. 环境保护：在整个开采过程中，需要严格控制水和添加剂的使用，以减少对地下水资源的污染。
此外，储存和处理阶段也要采取相应的措施，以确保环境不受污染。
以上就是页岩气开采的基本原理。
通过水平钻井和水力压裂技术，能够充分利用页岩岩层内部的天然气资源，提高天然气开采效率，促进能源产业的发展。
页岩气钻井技术浅析
页岩气钻井技术浅析我国页岩气勘探开发技术处于初级发展阶段，缺乏新技术及丰富经验。
本文介绍了国外页岩气钻完井技术的发展历程，从直井、单多支水平井到目前应用范围较广的丛式水平井钻井即PAD水平井。
通过对国外的页岩气钻完井技术及难点进行分析，从而阐述了国内的页岩气钻井的重点是解决井壁稳定、事故预防、降低成本、仪器研发及钻井液配方选择等问题上。
标签：页岩气;钻完井技术;现状;难点1 页岩气钻井的发展美国的页岩气开发技术处在世界前列，已经进入了快速发展的阶段，其产量在天然气总产量中占据较大比例。
美国自1821年完钻世界上第一口页岩气井以后，页岩气钻井经历了直井、单多支水平井到目前应用范围较广的丛式水平井钻井即PAD水平井。
直井主要运用于了解页岩气特征的试验，并对水平井钻井技术进行优化，从而获得更多的钻井和投产的经验，直井是美国在2002年以前主要的开发页岩气的钻井方式;在2002年Devon能源公司7口Barnett页岩气实验水平井取得成功之后，水平井便成为页岩气开发的主要钻井方式，它主要运用于生产，其优点是储层泄流面积更大，且天然气产量更高;PAD水平井钻井是一种将一个钻井平台作为基点钻多口水平井的技术，可以降低成本并节约时间。
2 页岩气钻井液技术页岩气区别于常规天然气的特征之一是以吸附和自由气的形式存在于页岩之中。
由于页岩的致密性，具有商业开发价值的页岩气藏储层厚度都比较大。
自从页岩气产业化以来，国内外都在储层评价、水平井增产、射孔优化和压裂增产技术上不断创新以寻求最佳的经济效益。
2.1储层评价技术页岩气储层评价的两种主要手段是测井和取心应用测井数据，包括EC （Elemental Capture Spectroscopy）来识别储层特征。
单独的GR 不能很好地识别出粘土，干酪根的特征是具有高GR 值和低Pe 值。
成像测井可以识别出裂缝和断层，并能对页岩进行分层。
声波测井可以识别裂缝方向和最大主应力方向，进而为气井增产提供数据。
页岩气井施工技术总结
页岩气井施工技术页岩气属于非常特殊的天然气类型，它通常被嵌藏在岩石之中，难以开采。
在过去，技术难以突破，需要耗费大量时间和资金才能提取出来。
但是，页岩气却是未来能源的一个非常重要的来源，因此我们需要了解更多关于页岩气的井施工技术来提高开采效率。
一、井底钻探井底钻探技术对于页岩气井的施工非常重要，因为只有在掌握了页岩岩层信息的同时，才能够制定出合理的施工方案。
在井底钻探过程中，需要在钻头周围布置一些传感器来进行测量，以便收集相关数据。
在采集到数据后，需要进行分析和处理，以便更准确地进行井斜、方向和位置控制。
二、地质特征分析在进行井底钻探时，需要将收集到的岩层特征和井口到井底的井眼轨迹分析。
这样可以进一步准确了解到岩层的厚度、硬度、稳定性和孔隙度等参数信息。
这些参数信息是制定后续井施工方案的重要基础。
三、深度呼吸深度呼吸是指在施工过程中采取的为保障施工人员安全而进行的一种技术措施。
当井底深度达到1000米或更深时，井内空气中的氧气含量会减少，其中二氧化碳和甲烷的含量则会增加。
这种深度呼吸技术可以调节井内空气成分，从而保证施工人员的安全。
四、水力压裂水力压裂（Fracking）是进行页岩气开采的一种重要技术。
在施工水力压裂之前，需要对井眼进行钻孔，然后启动一个产生压力的泵。
具体操作需要在钻孔周围注入含有砂和水的液体钻井泥浆，以产生压力,从而形成裂缝以便天然气出现和流动到井眼内。
然后将砂和水混合物继续注入，以保持这些裂缝的开放状态。
五、固井固井是指在进行页岩气井施工时用于保护井身的管道并防止岩石塌方的一种技术。
它涉及到将水泥和其它添加剂注入到井中，以填满井中空间并稳定周围地层。
固井技术不仅可以加强结构，还可以保护井壁和限制压力泄漏。
六、气井开发气井开发是指将页岩气井从钻探状态转化为生产状态的过程。
它需要采取一系列的技术措施，以便将气体从岩石中提取出来。
根据页岩气井不同的特征，气井开发的具体技术会有所不同。
川庆页岩气钻井技术
面积：543.35km2,资源：2576亿
威远区块龙马溪组资源量7290亿立方。
二 、四川油气田页岩气气藏概况
类比美国页岩气，长宁-威远区块页岩储层具有良好的开发前景
资料说明2021年Haynesville页岩气产量已到达518亿方，已经成为第一大页岩气产量盆地。 Haynesville与长宁-威远区块页岩储层指标相近。
2、页岩气开发的特点
“制造业〞的开发模式： 与常规油气开发相比、页岩气投资、生产规模大，利润低，是制造业的运行模式；技术、管理的高效是规模效益开发的关键。
一 、前 言
3、国外页岩气钻井关键技术
降低井场占用面积，快速钻进、工厂化作业，降低综合本钱。
国外形成了“丛式水平井工厂化钻井、页岩气防塌钻井液、高效地质导向、页岩气井长水平段固井、清洁化生产〞五大关键钻井技术
位于盆地南部，面积3800km2 主要目的层：S1l 与壳牌公司合作
富顺-永川区块
二 、四川油气田页岩气气藏概况
长宁区块龙马溪组资源量6699亿立方。
埋深<4000米，去合作区剩余面积2430Km2，资源7290亿
面积：215.71km2,资源：1041亿
面积：383.11km2,资源：1832亿
确保井壁稳定，利于回收利用，降低本钱，不污染环境
一 、前 言
〔3〕高效低本钱的地质导向技术：
采用MWD+伽马到达提高优质储层钻遇率和降低本钱的作用。
一 、前 言
〔4〕页岩气井长水平段固井：
开发出顶驱下套管、划眼引鞋、高效油基泥浆冲洗液、泡沫水泥浆、塑性水泥浆等技术，确保套管顺利下入、固井质量、和压裂改造效果。
纯钻时效%
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二、页岩气开发情况
2、加拿大页岩气勘探开发情况
加拿大是第二个开发页岩气勘探、研究和开发的国家。据估算加拿大西部沉 积盆地页岩气原资源量约24.4×1012m3。加拿大不列颠哥伦比亚东北部页 岩气资源量超过28.3×1012m3，保守估计也有7.1×1012m3，占该地区未发 现天然气资源(包括常规和非常规)的34%。目前加拿大商业开采还处于起步 阶段，1998 年底开始页岩气商业开采，2008年的日产量超过2.3× ×106 m3；而欧洲才刚刚起步。
二、页岩气开发情况 2011年4月18日，勘探南方分公司第一口页岩气水平井——涪页HF1 井通过集团公司专家审查。该井构造位于川东弧形高陡褶皱带拔山寺向斜， 以页岩气勘探有利层系下侏罗统自流井组大安寨段页岩层为目的层，设计 完钻井深3692米，水平段长度1200米左右，钻井的目的是评价该地区页 岩气产能，准确获取页岩气评价指标参数，力争涪陵地区页岩气勘探突破， 为页岩气开发奠定基础。 勘探南方从2010年开始着手页岩气的勘探研究，通过与Weather Ford和国内高校共同研究后认为，涪陵地区页岩气分布广，厚度大，总资 源量达到1.028亿方，有着良好的勘探开发前景。
2011年 2010
2009
2007
二、页岩气开发情况 页岩气钻井近况
2009年12月18日中石油第一口页岩气井威201井开钻， 2010年4月 18日完钻。此井是四川盆地威远构造上的一口评价直井，设计井深2851 米钻探此井的目的是为了获取黑色页岩的地化、岩矿、物性、岩石力学等 资料，了解志留系龙马溪组和寒武系九老洞组含油气性资源
一、
页岩气基本情况
二、
页岩气开发情况
内 容
五、
三、
四、
页岩气钻井关键技术
页岩气钻井技术难点页岩气钻井技术措施来自 二、页岩气开发情况 1、国外
单位：亿m3 900 500
2009 2007年 2004年 1999年 70年代
200
107.5
19.6
二、页岩气开发情况
二、页岩气开发情况
页岩气挽救了美国乙烯产业
新世纪初，石油20$/桶，后来当时 电力不足的美国新电厂大半使用天 然气，致使天然气的价格一度涨到 10美元/百万英热单位。由于后来 的经济衰退以及原料上涨的问题， 导致美国的乙烯产品失去了竞争优 势，石化工业随之陷入困境。随着 页岩气的开发，2006年左右天然气 产量大幅度增加，并且价格稳定， 与原油价格联动淡化。尽管2008年 经济危机程度超过前次，相反价格 大幅度低于原油的页岩气成为美国 石化工业复苏的“援军”。2010年 石油平均价格在80$/桶，但由于页 岩气供应的大幅度增加，天然气的 价格仅约4美元/百万英热单位，于 是美国乙烯产业的竞争力复活
赋存状态
吸附气20% ～85%
生成、运移、聚集 气藏特征
渗透率
1、页岩气
自生、自储、自保
无明显的盖层和圈闭 低孔、低渗
一、页岩气基本情况
分布范围广
厚度大
早期以游离气为主，产量 较高，递减快（第一年产量 降到65%） 后期以吸附气产出为主， 产量相对较低，年递减率 2%～3%，产量稳定 预测页岩气田开采寿命可 达50～80年
资源潜力
开采特点
456×1012m3
排气降压解析开采
37×1012m3
排水降压解析开采
44×1012m3
自然压力开采
一、页岩气基本情况
3、页岩气运移特征
流动机理
微小的基质孔隙中的气体向大孔隙和裂缝作扩散运动，达西定律; 基质孔隙表面的吸附气一定压力下发生解吸。
从基质表面解吸
通过基岩和微孔隙扩散
页岩气钻井技术
勘查关键技术
一、 二、
页岩气基本情况
页岩气开发情况
内 容
五、
三、 四、
页岩气钻井关键技术
页岩气钻井技术难点
页岩气钻井技术措施
一、页岩气基本情况 1、页岩气 黑色页岩 碳质页岩 页岩 主要类型 油页岩
主要产气页岩
硅质页岩 铁质页岩
粘土 页岩 成份
主要成份
泥质
砂岩
一、页岩气基本情况
在天然裂缝中的达 西渗流
一、页岩气基本情况 4、世界页岩气分布情况
总量：456 单位： 1012m3 （千亿）
一、页岩气基本情况
5、中国页岩气分布情况
我国探明储量约30千亿立方米，超过常规天然气4.1千亿立方 米
一、页岩气基本情况 6、页岩气开采方式
页岩气层低孔、低渗，多数含气页岩都需要实施水力压裂
二、页岩气开发情况 3、中国
建111，建页HF-1井、涪页1等大量页岩气井陆续生产 、开钻和通过井位论证
2010年4月16日至17日，国土资源部油 气战略研究中心在重庆市组织召开全国页 岩气资源战略调查和勘探开发学术研讨会 ， 2009年8月，国土资源部在重庆 市綦江县启动了中国首个页岩气 资源勘查项目 2004年开始前期基础性研究 工作，2007年10月中国石油 与美国新田石油公司签署了《 威远地区页岩气联合研究》
普遍含气
一、页岩气基本情况 2、页岩气、煤层气、天然气对比 页岩气
成因类型 主要成分 成藏特点 分布特点 储集方式 储层特征 埋藏深度
有机质热演化成因，生物成因 甲烷为主，少量的乙烷丙烷等 自生、自储、自保 受页岩分布控制，有广布性 吸附气和游离气并存，吸附气占 20%～85%
煤层气
有机质热演化成因，生物成因 甲烷为主 自生、自储、自保 受煤层分布控制，有广布性 吸附气为主，占85%以上
天然气
有机质热演化成因，生物成因，原油裂解 成因 甲烷为主，乙烷、丙烷等含量变化较大 生、储、盖合理组合 受生、储、盖组合控制 受生、储、盖组合控制
低渗：φ 为8%—20%，k为0.1—50md; 低孔、低渗特征，φ 为4%-6%， 双重孔隙（基质和割理系统），φ 为1%— 中渗:φ 为20%—25%，k为50—300md; k<0.001md 5%，k为0.5—5.0md 高渗：φ >25%，k>300md 较浅，最浅8.2米 一般大于300米 一般大于500米
二、页岩气开发情况
由国土资源部油气资源战略研究中心 组织施工的第一口井深超千米战略调查井 －岑页1井，于2011年4月13日在贵州省 黔东南州开钻，设计垂深1500m。钻探 目的是为开展页岩气资源潜力评价和有利 区优选提供依据。
二、页岩气开发情况
中石化第一口页岩气水平井通过 论证，并于2011年6月3日开钻。 在建111井侏罗系自流井组东 岳庙页岩段钻探获工业气流之后， 为了加快鄂西渝东建南地区页岩气 勘探步伐，获取页岩气评价参数， 整体评价该区勘探潜力提供地质依 据，通过科研人员精心准备，部署 建页HF-1井，目的是进一步落实单 井产气能力，探索页岩气钻井工程 及储层改造工艺技术。