页岩气水平井钻井技术探究

1、页岩气水平井钻井技术探究【摘要】作为开发页岩气的有效方式之一，水平井 在能源开发中作用突出，但是在水平井钻井技术中仍然存在 摩阻扭矩大、井壁失稳、地层容易垮塌等问题的存在，尚未 得到完全解决，论文以某水平井钻井施工为例，从油基钻井 液、旋转导向钻井技术等方面对水平井钻井技术进行了研 究。【关键词】页岩气水平井油基钻井液页岩气作为一种储量丰富的、非常规的重要能源，在现 代生产中作用突出，油气勘探行业对页岩气的开发使用程度 也在不断增加。从90年代中期页岩气被发现以来，其生产 产量增速惊人，将会在未来实现新的突破。页岩气在盆地中 的储量最为丰富，根据不完全统计，世界页岩气储量突破 456*1012

2、m3,利用空间巨大。当前在页岩气钻井、完井，特 别是水压裂、连续油管的射孔以及水平井钻井技术的研发 下，页岩气的应用范围越来越广，据估算最终全球的页岩气 将突破1000*1012 m3,加强页岩气钻井技术的研究，加强资 源开发，具有重要意义。1工程情况说明某地区施工完成的页岩气一1井位于四川东部地区自流 井组大安寨。水平井钻至弧形高陡褶皱带拔山寺向斜地层最 终完钻，从实际钻井情况分析，施工过程中存在难以处理井 斜角、机械钻井速率低等问题，使得最终周期较之施工计划 周期时间延长，达到145天，全井最大斜度为89.5°，钻进 底部的位移数据位1000mo页岩气一1井的位置位于四川盆 地重

3、要的两套炷源岩之一位置，总体岩层发育为100m,为黑 色页岩，产气潜力较大。在进行水平井钻井过程中，运用油 基钻井液、双凝水泥浆、旋转导向钻井等技术能有效加强水 平井钻井效率，这些水平井技术有着不低的应用成本，多是 用作于解决常见的处理难度较大的钻井技术问题。2水平井钻井过程遇见的问题其一，水平钻井过程中摩阻扭矩较大。进行水平井施工 时，由于钻井水平段比较长，摩阻扭矩成为钻井难题，而1 号井位井身质量不高，扭矩、摩阻问题更为突出，必须解决 这一问题1。其二，该地段的井壁水平段长，加之井身质量低，在进 行固井步骤时，容易出现套管居中度不理想，难以顶替、水 泥浆胶结情况不理想等问题。其三，水平井井

4、壁容易出现失稳现象。该项目技术人员 对该地段的岩心进行了分析，得出该区域主要岩石矿物组成 为石英和黏土成分，其中黏土主要由伊蒙混层以及伊利石构 成，钻井过程中井壁会吸收大量水分产生膨胀出现失稳现 象，另外目的层的向应力存在差异，增加了钻井施工的难度。其四，施工地段地表较为疏松容易垮塌。该地段位于四 川盆地，沟壑交错，存在地表冲蚀沉积、风蚀情况，地表的 成岩性能不理想，部分地段的页岩水敏性较强，侵入钻井液 后已形成井壁垮塌现象，为后续钻井工程带来困难；部分地 段主要组成部分砂质页岩、页岩，存在严重掉垮、剥蚀情况, 尤其在大斜度水平段井眼位置稳定性更差，容易出现坍塌现 象。3水平钻井技术研究3.1

5、旋转导向式钻井技术作为当前先进的页岩气钻井技术，特殊油藏条件的深井 以及钻井难度较高的水平分支井、水平井、定向井以及大位 移井等条件下比较适合运用旋转导向式钻井技术进行钻井 施工。这一钻井技术主要是利用远端计算机进行调整工具面 的数值，通过脉冲向井底仪器传送数据，调整工具面角，对 井眼的轨迹进行控制3。这一技术相对于传统的螺杆导向 更加及时和准确，大幅度提高了控制井眼轨迹的准确程度， 而在进行钻井过程时，钻柱始终处于旋转状态，可以有效降 低扭矩和摩阻。3. 2水平钻井的特色固井技术将该页岩气井的施工难题和固井技术、井眼进行结合， 该项目使用了 1. 90kg/l的防窜气高胶结弹性水泥浆以及 1

6、.40kg/l的缓凝低密度水泥浆混合而成的双密度双凝水泥 浆，将1. 40kg/1的返浆带至地面，降低水泥浆的液柱压力, 1. 90kg/l的尾浆送至深井处，确保下层页岩气产层的固定程 度，这一方法可以确保较低液柱压力，避免出现固井过程漏 失水泥浆问题，提升防止窜气和胶结水平，提升固井质量， 为下一阶段压裂过程提供前提条件。3. 3油基钻井液的运用针对该钻井施工过程出现的问题，决定利用具有高性能 的油基钻井液，这一技术的突出特色在于：第一，为了抑制页岩出现水化膨胀问题，对高压高温的 失水量进行严格监控，确保失水量小于7. 8ml,从实际施工 钻井遇见页岩的情况出发逐步提高钻井液的密度，利用较大

7、 的破乳电压，确保工程维护时油水比例的平衡稳定；其二，为了保证油基钻井液的电稳定性较高，必须保证 拥有超过2000v的破乳电压，如果地层存在严重的水侵现象, 必须添加石灰、润湿剂、乳化剂机械处理，保持电稳定和电 平衡。其三，施工遇见较大斜度的井段以及水平段时，保持高 水平的动切力以及黏度，强化油基钻井液的悬浮携砂力，利 用有机土、白油、润湿剂、增粘剂以及结构剂调控流变性能, 与短程下钻等阶段制定的措施，最大程度将岩屑床进行消 除，以便保持井眼的顺畅通透。其四，利用脂肪酸和其共聚物作为重要材料，取代传统 的有机膨胀土，能明显改善泥饼固相含量和质量，降低井壁 黏度。5务必保持油基钻井液的胶凝切力，

8、以便最大程度 降低井漏的可能性。4结语在川东地区水平井钻井过程中，利用油基钻井液、旋转 导向钻井技术以及优选钻头等方式方法，有效降低了扭矩和 摩阻，在确保井壁稳定性的基础上提高了机械钻的工作效 率，加之用双密度双凝水泥浆确保了套管居中程度，获得了 很好的固井质量，值得推广和应用。值得注意的是，油基钻 井液以及旋转导向技术付出成本较高，在地层裂缝发育地 段，由于堵漏技术还需完善，传统堵漏采气技术无法发挥应 有作用，这些都是页岩气水平井钻井技术应用还需要强化研 究的问题。参考文献1姜政华,童胜宝，丁锦鹤彭页hf-1页岩气水平井 钻井关键技术j.石油钻探技术，2012, 40 (4)； 285-2882董大忠，程克明，王世谦，吕宗刚气资源评价方 法及其在四川盆地的应用j.天然气工业，2009 (5)： 125-1283代绪，赵金海，王华，等.美国barnett页岩气开 发中应用的钻井工程技术分析与启示j.中外能源，2011,