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打铁还需自身硬 盘点页岩气开发的技术和装备

未知 2019-06-09 14:04

  自美国实现页岩气大规模开发,并成为世界天然气生产第一大国以来,页岩气迅速进入中国油气行业的视野。随着中国页岩气开发利用补贴政策等一系列页岩气扶持政策的出台,页岩气的产业前景被寄予了很大希望。

  页岩气主要是以游离状态存在于页岩层中,由于页岩是淤泥沉积形成的岩石,质地坚硬,因而页岩气开采难度很高。开采的关键技术主要包括水平钻井、水力压裂、随钻测井、地质导向钻井、微地震检测等,目前,我国只是初步掌握了水平井钻井、分段压裂等技术,尚未形成页岩气开发关键技术体系,离规模化开发还有很长一段路要走。

打铁还需自身硬 盘点页岩气开发的技术和装备

  我国在页岩气的开采研发方面,最近几年来刚刚起动,起步比较晚,但是建立在石油勘探开采技术基础上的页岩气开采技术装备已有一定基础,我国在钻机、压裂车组、井下设备等装备制造方面已有较强的技术和生产能力,国内公司的钻井设备已批量出口美国用于页岩气开发,国产大马力压裂泵机组也有效解决了效率低和成本高的难题。目前我国在页岩气开采技术方面的短板主要在系统成套技术和一些单项配套技术设备方面存在差距,这可通过大量的应用实践来不断积累经验,同时也可通过国际合作和自主创新实现领先。

  页岩气开发难度大,对技术有很高的要求

  分析人士认为,未来中国页岩气开发将催生我国页岩气产业链各个环节的市场需求,其中水平井钻井、水平井完井、压裂等的设备及服务相关上市公司有望最先受益。

  页岩气开发的两个技术关键点,其一是水平井技术,其二是多级压裂。近几年,美国页岩气勘探开发技术取得全面突破,特别是页岩气水平井钻完井和多段压裂技术成功应用,页岩气产量快速增加,已经改变了美国天然气以及能源格局,对国际天然气市场供应和世界能源格局产生了巨大影响。美国的页岩气勘探开发,如果从最开始算起,有近30年的时间。上述两项关键性技术,就是这30年探索的总结,通过水平井和多级压裂,人工形成一个新的产气通道。

  水平井是页岩油气开采的关键技术之一。以往一般的水平井钻井可以用常规定向装置,或者定向马达,或者螺杆钻具。在页岩油气藏开发过程中,这些也能够起到作用,但是它的效率不足以满足页岩油气藏的开发。页岩油气藏作为商业开发,必须满足的一个条件就是低成本、大规模,这其中的一个很重要因素就是速度。

页岩气开采示意图

  为了提高定向钻井的速度,需要有新的或者革命性的工具。目前,对整个页岩气开发来讲,使用最多、最好的一个工具,就是旋转导向工具。由于旋转导向工具能够在连续不停旋转过程中,达到造斜和水平钻进的目的,所以旋转钻井工具钻出来的井眼是平滑、完整的。这样的钻井工具在以前虽然能够进行有效定向控制,但是它的造斜率较低。新一代的旋转导向工具解决了这个问题,目前已达到一般螺杆钻具的水平。

  完井技术在非常规油气田开发中至关重要,分段改造是整个技术的核心。它分为两种,一种是对裸眼井进行分段,另一种是对套管井进行分段。

  目前,很多公司已经开发出了相当成熟的技术,并且技术还在不断更新,比如套管本身便具有分段改造的潜力,这又是一个新的挑战和机遇。

油气藏分布图

  所有页岩油气田在没有进行压裂改造之前,没有任何商业开采价值。因此,压裂设备,特别是大马力压裂设备,是整个页岩油气田开发或者商业开采关键中的关键。

  同时,它对设备也提出更苛刻的要求,必须能够承受大排量、高泵压,甚至在某种程度上还有一定的砂比,这样对压裂使用是非常严峻的考验。

  压裂效果究竟如何?压裂是否是按照预先设计规律来进行,如何指导下一步压裂?这个时候压裂的检测技术变得至关重要。

  压裂检测有两种:第一种是常用的微地震检测,了解压裂过程中形成的岩石错列;第二种是光纤一体化温度压裂检测技术。采用后一种技术,除了可以获知压裂发生的空间位置外,还能判断压裂液到了什么地方、出气还是出油。这两个技术的结合,可以让我们更加有效地感知地下的压裂情况,了解油气层改造的效果。

  进行页岩气经济性的开发,规模是它的核心之一。

  页岩气的开采,具有开发难度大和巨大的开采成本投入,如若不能实现规模经济开采,单位开采成本过高,也终将会制约页岩气的开采。

  目前,在世界范围内,可以提供规模经济开采技术方案的国家中,美国最为成熟。中国目前在页岩气的规模经济开采技术方案方面,尚未能突破关键技术瓶颈,而这则是制约目前我国页岩气开采最大的瓶颈。

  而解决这个瓶颈,除了加大自主攻关之外,我国也加大了对外合作方面的方法探讨,目前已与美国展开了合作。2007年10月份,中国石油与美国新田石油公司签署了中国第一个页岩气对外合作协议《威远地区页岩气联合研究》;2009年11月中国石油与壳牌合作开发的富顺永川区块页岩气项目在成都启动;2009年11月由中国石油勘探开发研究院设计实施的我国首口页岩气取心浅井在四川宜宾顺利完钻,这也标志着我国在页岩气开采方面实现了一定的突破。

  由于整个页岩油气藏需要人工进行改造,这种特殊的开发手段意味着,不成规模的开发难以最大限度地把页岩气藏中的油气开发出来。因此,可以看到,随之而来是需要一种新型的开发方式。与以前丛式井不同,它是通过成规模的井组对整个地下油气藏进行有规模、大体积的改造。

  根据统计,如果页岩气真正能够形成商业开采规模,它需要有一定的指标,而所有数据指标的确定,都有赖于新型测井装置,这将给油气勘探装备带来一个很大的机遇和挑战。

  按照规模化的要求,中国的页岩气开发对成套钻井装备需求急迫且数量巨大。

  中石化石油工程机械公司承担的国家十二五重大科技专项3000型成套压裂装备项目突破开发的关键技术,满足连续施工、大负载、长时间的页岩气压裂特殊需求

  3000型压裂车主要解决了功率的问题,中国的页岩气产区地表和路况条件都不好,通过这个项目的研究能够确保在有限的井场区域内,使用较少的装备和足够的功率,完成大型压裂施工作业

3000型压裂车

  目前在页岩气的开发方面,国内企业探讨出了小井场大作业的压裂新概念解决方案,该方案是对目前传统页岩气压裂方案的革命性突破,将更适合于在苛刻地质环境下进行非常规油气开采。它与传统方案相比,整体作业面积将节省50%,施工人员将节省40%,整体开发费用将大大降低。

  随着页岩气勘探权逐步向民间开放,未来十年页岩气开发将有望迎来快速发展的黄金十年。业内人士表示,目前,国内在装备领域,同质化竞争的趋势日趋严重,竞争非常激烈,企业逐渐意识到未来一定要形成自己的特色,高端高效的发展,这样每一个企业才有发展的空间。过去是单一的制造商,现在要不断的转变自己的角色,来实现制造服务一体化。

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