天然裂縫系統(tǒng)發(fā)育程度是影響頁巖氣開采效益的直接因素,因此頁巖氣水平井井位應選擇在裂縫發(fā)育程度高的頁巖地區(qū)及層位,特別是垂直裂縫發(fā)育的地方,除此之外,還應盡量選擇在有機質富集、黏土含量中等,脆性成分含量高,泊松比低和楊氏模量高的地方(圖1)。在作業(yè)過程中,一般選擇與主要裂縫網(wǎng)絡系統(tǒng)大致平行的方位鉆井,這樣能夠產(chǎn)生較多的橫向誘導裂縫,使天然或誘導裂縫網(wǎng)絡彼此連通,沿垂直最大水平應力方向鉆井可以增加井筒與裂縫相交的可能性,增大氣體滲流面積,從而提高頁巖氣的采收率。通常情況下,頁巖氣井的水平段越長,初始開采速度和最終采收率就會越高,美國Barnett頁巖水平井水平段長為 457.20~1371.60m,據(jù)資料統(tǒng)計,頁巖氣井最有效的造斜及水平段總長度一般為914~1219m。
在頁巖地層的鉆井中,作業(yè)者面臨著井塌、扭矩和阻力方面的問題,難度比普通鉆井更大,特別是完井方案的設計,這是在井身設計階段就必須考慮好的問題,它對井眼的穩(wěn)定性及能否獲得持續(xù)產(chǎn)量至關重要。
頁巖水平井完井方式有裸眼完井、滑動套管完井、連續(xù)油管完井、井下鉆具組合完井等。裸眼完井的后期壓裂作業(yè)難度大,對水力壓裂技術的要求較高,往往需要與先進的現(xiàn)代水力壓裂技術結合使用,如使用滑動套管壓裂,適用于黏土含量小的井。套管完井井筒穩(wěn)定,在儲層改造時能夠選擇性地射孔,從而進行優(yōu)化增產(chǎn)作業(yè),套管完井后,可以采用連續(xù)油管壓裂對頁巖儲層進行改造。頁巖氣井的水平井段多采用套管完井。不同完井方式對鉆井工藝要求不同,因此在鉆井設計時應注意考慮完井方式這一因素。在頁巖氣井固井和分段隔離作業(yè)時,作業(yè)者一般使用酸溶性水泥(ASC)作為常規(guī)水泥的替代品。酸溶性水泥物理性能和常規(guī)水泥十分相似,但不會抑制裂縫的產(chǎn)生,它在酸基壓裂液里溶解度很高(>90%),容易清除。