页岩气低成本高效钻完井技术基础研究

the long and regular horizontal well and volume stimulated technology are the key technologies and significant technological difficulties which has not be solved in developing of shale gas. Rock mechanics properties and failure characteristic of shale, and rock mechanics characteristic and failure mode of shale when it was exposed to operating fluid, especially water based operating fluid are the common fundamental questions of the two engineering technologies. Core experiment and numerical simulation technology were took into use in the project, on the basis of experimental research on rock static mechanical properties in the different conditions, effect of anisotropy of reservoir rock and principle stress, hole trajectory, drilling unloading and synergistic effect of operating fluid on wellbore stability of shale gas horizontal wells will be reserach. And then reveal the borehole collapse instability mechanism, establish the theory and method of formation collapse pressure regulation; effect of shale reservoir geological and geomechanical factors, hole trajectory, horizontal well sections and perforation parameters on the formation of net fractures around the hole of horizontal wells was also considered, and then reveal the main controlling factors of forming fracture network, which provide a basis theoretical support for the low-cost, high efficient, safe, and environmental horizontal drilling and fracturing stimulated technology, what’s more, promote the exploitation of shale gas. Research results also have guiding and reference significance in low-cost, efficient development of dense oil and gas resources.

低成本钻成长井段规则水平井及体积改造技术是页岩气开发至今未能很好解决的核心关键技术及重大技术难点。页岩储层岩石力学特性与破坏模式及工作液（尤其水基工作液）作用下的岩石力学特性与破坏模式变化是两大工程技术面临的共同基础问题。本项目拟采用岩心实验与数值模拟计算相结合的方式，从不同条件下的岩石动静态力学性质实验研究出发，研究页岩储层岩石非均质性、地应力各向异性、井眼轨迹、钻井卸荷以及工作液协同作用对页岩气藏水平井井壁稳定性的影响，揭示井眼垮塌失稳机理，建立地层坍塌压力调控理论与方法；研究页岩储层地质及地质力学因素，井眼轨迹、水平井分段及射孔参数等协同作用对水平井井周网状压裂缝形成的影响，揭示缝网形成的主控因素及条件，为形成低成本、高效、安全、环保的水平井钻井和压裂改造方法和技术提供岩石力学的基础理论支撑，推动页岩气开发。研究成果对致密油气资源的低成本、高效开发也具有指导和借鉴意义。

低成本钻成长井段规则水平井及体积改造技术是页岩气开发至今未能很好解决的核心关键技术及重大技术难点。页岩储层岩石力学特性与破坏模式及工作液（尤其水基工作液）作用下的岩石力学特性与破坏模式变化是两大工程技术面临的共同基础问题。围绕该问题，本项目在页岩矿物组成、结构特征分析的基础上，物理实验与数值模拟相结合研究了页岩气藏地层岩石强度特性、破坏特征，以及岩石结构（层理、微裂隙）、孔隙流体压力、加卸载作用、工作液（尤其水基工作液）等单因素及多因素协同作用的影响与控制.研究建立了页岩力学参数预测评价方法，形成了页岩井壁稳定性力学评价理论与方法；系统研究了层理结构、水平井轨迹、地应力状态、钻井卸荷等因素对页岩井壁稳定的影响与控制，形成了利于保持井壁稳定的水平井轨迹优化及安全钻井液密度确定的理论与方法；建立了全新的稳定井壁钻井液体系性能室内评价方法及水基钻井液引起页岩地层坍塌压力增量的室内评价方法；研发了大幅提升页岩地层井壁稳定性的化学剂、工作液，形成了页岩气储层水平井坍塌压力调控理论和方法，为低成本水平井钻井技术的建立和完善提供理论和实验依据。.数值仿真与理论分析结合，系统研究了天然裂缝、层理、地应力等地质力学因素以及水平井眼轨迹、布缝参数（数量、间距和均匀程度）、完井参数（射孔孔径、孔数）等工程因素对井周压裂缝网形成的影响；明确了恰当的井眼轨迹、层理、微裂缝发育及水-岩相互作用引起的裂缝扩展是页岩地层体积改造形成复杂缝网的重要条件；充分考虑地层的特点，并通过改变井眼轨迹调整近井地带地应力分布，以及井筒与层理相互关系，合理处理水平井、地应力与弱结构面之间的关系，是实现复杂诱导裂缝网的关键。从岩石力学角度建立了压裂缝网调控方法，为低成本、高效、环保页岩气藏体积压裂技术的建立提供科学指导。.研究成果将极大提升我国页岩气开发系列配套技术的自主创新能力和核心竞争力，促进页岩气规模化、工业化开发。