■吴强吴章利

（1中国水电顾问集团贵阳勘测设计研究院贵州贵阳550081；2贵州省煤田地质局地质勘察研究院贵州贵阳550081）

页岩气开发地质与工程一体化技术分析

■吴强1吴章利2

（1中国水电顾问集团贵阳勘测设计研究院贵州贵阳550081；2贵州省煤田地质局地质勘察研究院贵州贵阳550081）

页岩气在全球范围内分布广泛，且开发潜力巨大。我国页岩油气勘探开发仍处于起步阶段，钻完井周期长、压裂改造效果不理想、开发成本高等问题普遍存在。必须采取地质与工程一体化技术，以实现页岩气的经济有效开采，推动我国页岩气勘探开发进程及发展目标的实现。

地质工程一体化技术路线页岩气

1　页岩气工程地质环境描述技术

页岩气工程地质环境描述技术有效指导了重点地区页岩油气井钻井优化设计、可压性评价、完井方式选择及压裂方案设计等。

1.1岩石力学特征评价技术

针对页岩地层非均质性强、各向异性突出的特点，以测井资料处理和岩心测试为重点，研究形成了包括岩石力学特征宏细观分析评价技术、页岩地层力学各向异性评价技术和考虑地层层理裂隙、工作液、地层压力等因素影响的页岩地层井壁稳定性分析预测技术等的岩石力学特征评价技术，为页岩气水平井钻完井与压裂设计提供依据与指导。

1.2建立了页岩可压性评价方法

考虑岩石脆性、岩石力学参数、有机碳含量、总含气量等因素，将地质上的甜点与影响压裂裂缝起裂及延伸难易程度的岩石脆性有机结合起来，建立了页岩可压性评价方法。

应用页岩可压性评价方法，对中国石化不同区块的页岩进行了初步计算评价，得到涪陵、泌阳、元坝、新场、彭水区块的页岩地层可压性指数分别为 0.42、0.56、0.51、0.45、0.57，均低于国外的Barnett页岩的可压性指数（0.64）。

1.3开展了页岩裂缝扩展规律物模试验研究

以露头页岩岩心为试验对象，在模拟不同井下工况下进行了系列物模试验研究，在岩石脆性与剪切破坏形式、压裂液类型与水力裂缝复杂程度的关系等方面得到了初步认识。

1.4初步建立了页岩储层综合评价标准

通过与国外大学合作，结合中国石化页岩储层特殊性及压裂效果等因素，初步得出考虑页岩品质、完井品质与压裂品质的页岩储层综合评价标准。

2　地质与工程一体化关键技术

鉴于页岩的强非均质性，在评价地质“甜点”的基础上，水平井井眼轨道设计及井眼轨迹控制至关重要。钻完井除了要考虑地质“甜点”因素外，更要考虑到后期压裂改造时裂缝延伸方向的问题，换言之，要实现地质与工程的一体化，须从整体上考虑钻完井及储层改造技术一体化，才能最大限度地挖掘页岩储层的潜力，达到经济有效开发的目的。

2.1钻完井设计

目前，国内外主要利用水平井技术来开采页岩气，虽然该技术并不是一项新技术，但是页岩气水平井设计有其特殊的要求。

2.1.1井位与方位的设计

页岩气水平井井位与方位的选择既要考虑有机质与硅质富集、裂缝发育程度高的页岩地质“甜点”区，同时也要考虑地应力、脆性和可压性等完井“甜点”区。理论上讲，方位应与最大水平主应力或裂缝的方向垂直，可以使井眼穿过尽可能多的地层而与更多的裂缝接触，同时有利于体积压裂，形成网络缝，提高页岩气采收率。

2.1.2井眼轨道设计

利用三维地震资料能够更好地设计水平井井眼轨道，使水平段尽可能穿越有机质、硅质和裂缝富集区等“甜点”区，但要避开断层和大漏失层位。一般来说，水平段越长，控制储量和初始开采速度也就越高，但设计时要综合考虑工程成本和施工能力，原则上要求水平段一只钻头一趟钻完钻。

2.2网络压裂设计

总的来说，压裂设计要结合地震资料、测井资料、岩心资料进行全方位的数据处理及分析，建立综合的地质模型。通过岩石力学及地应力的分析研究建立三维力学模型，预测裂缝网络，利用微地震监测技术记录实际的裂缝形态，然后循环利用这些信息建立动态油藏模型，以最终实现整个油藏不断优化开发的目的。

2.2.1射孔位置的确定

射孔位置的确定主要依据是富含页岩气的地质“甜点”与页岩可压性剖面有机结合，首选地质“甜点”与可压性好的地层。目前的页岩气水平井分段压裂动辄压裂十几段甚至二十几段，但国外页岩气井压后产气剖面测试结果表明，一般遵循“三七”或“二八”原则，即30%的段数贡献70%的产量或20%的段数贡献80%的产量。因此，如何把产气能力高的少数地质“甜点”精准地寻找出来，显得尤为重要。换言之，确定好射孔位置，再集中力量优选地质“甜点”段形成充分延伸的三维网络裂缝，既能最大限度地提高页岩气井产量，也能最大限度地降低成本。

2.2.2施工参数的设计

如形成不了网络裂缝，常规的对称双翼的水力裂缝参数优化问题比较简单，在此不赘述。针对网络裂缝而言，如何优化裂缝参数，确保最佳的产量、有效期及采收率，是工程设计的目标。网络裂缝参数优化不但要考虑渗流干扰，更要考虑应力干扰，最好是考虑渗流干扰与应力干扰的耦合效应。根据已经优化的网络裂缝参数，可对施工参数进行相应的优化，如排量、液量、支撑剂量及泵注程序等。尤其是支撑剂段塞技术的合理应用，可减轻近井筒扭曲效应及避免多裂缝的早期形成。后期的支撑剂段塞式加砂模式，要根据页岩的岩石力学参数，合理优化段塞体积、砂比等，在最大限度节约压裂材料的同时，确保足够大的裂缝导流能力，类似于高通道压裂技术的变形应用。

2.2.3网络裂缝控制技术

三维网络裂缝如何最大限度地扩展和高效支撑，既取决于地质条件，又取决于工程参数。即使应力差异系数很小，容易形成网络裂缝，但网络裂缝的延伸范围可能非常有限。理想的网络裂缝，必须是较长高导主缝与复杂分支缝的有效沟通。采取滑溜水与胶液交替注入的方式可实现预期的网络裂缝。

3　结束语

页岩气储层地质与工程一体化，即地质特征与钻完井及压裂设计有机融合的一体化技术，是实现页岩气经济有效开发的保证。完善技术本身及技术配套，形成完整的技术链，实现技术的规范化、有形化、标准化，逐步形成页岩油气勘探开发一体化的工作流程及配套技术标准，是降低勘探开发成本、提高压裂效果、实现页岩油气科学开发有效措施。

［1］陈海力，王琳，周峰，赵昊，张华.四川盆地威远地区页岩气水平井优快钻井技术 ［J］.天然气工业.2014（12）.

［2］曾义金.页岩气开发的地质与工程一体化技术 ［J］.石油钻探技术.2014（01）.

F407.1文献码］ B

1000-405X（2016）-8-143-1

吴强（1984～），男，中国地质大学（武汉） 工学硕士，工程师，研究方向为地质、工程地质方面。