頁巖氣水平井鉆井技術(shù)探究

1、頁巖氣水平井鉆井技術(shù)探究【摘要】作為開發(fā)頁巖氣的有效方式之一，水平井 在能源開發(fā)中作用突出，但是在水平井鉆井技術(shù)中仍然存在 摩阻扭矩大、井壁失穩(wěn)、地層容易垮塌等問題的存在，尚未 得到完全解決，論文以某水平井鉆井施工為例，從油基鉆井 液、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)等方面對水平井鉆井技術(shù)進(jìn)行了研 究?！娟P(guān)鍵詞】頁巖氣水平井油基鉆井液頁巖氣作為一種儲量豐富的、非常規(guī)的重要能源，在現(xiàn) 代生產(chǎn)中作用突出，油氣勘探行業(yè)對頁巖氣的開發(fā)使用程度 也在不斷增加。從90年代中期頁巖氣被發(fā)現(xiàn)以來，其生產(chǎn) 產(chǎn)量增速驚人，將會在未來實(shí)現(xiàn)新的突破。頁巖氣在盆地中 的儲量最為豐富，根據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，世界頁巖氣儲量突破 456*1012

2、m3,利用空間巨大。當(dāng)前在頁巖氣鉆井、完井，特 別是水壓裂、連續(xù)油管的射孔以及水平井鉆井技術(shù)的研發(fā) 下，頁巖氣的應(yīng)用范圍越來越廣，據(jù)估算最終全球的頁巖氣 將突破1000*1012 m3,加強(qiáng)頁巖氣鉆井技術(shù)的研究，加強(qiáng)資 源開發(fā)，具有重要意義。1工程情況說明某地區(qū)施工完成的頁巖氣一1井位于四川東部地區(qū)自流 井組大安寨。水平井鉆至弧形高陡褶皺帶拔山寺向斜地層最 終完鉆，從實(shí)際鉆井情況分析，施工過程中存在難以處理井 斜角、機(jī)械鉆井速率低等問題，使得最終周期較之施工計(jì)劃 周期時間延長，達(dá)到145天，全井最大斜度為89.5°，鉆進(jìn) 底部的位移數(shù)據(jù)位1000mo頁巖氣一1井的位置位于四川盆 地重

3、要的兩套炷源巖之一位置，總體巖層發(fā)育為100m,為黑 色頁巖，產(chǎn)氣潛力較大。在進(jìn)行水平井鉆井過程中，運(yùn)用油 基鉆井液、雙凝水泥漿、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井等技術(shù)能有效加強(qiáng)水 平井鉆井效率，這些水平井技術(shù)有著不低的應(yīng)用成本，多是 用作于解決常見的處理難度較大的鉆井技術(shù)問題。2水平井鉆井過程遇見的問題其一，水平鉆井過程中摩阻扭矩較大。進(jìn)行水平井施工 時，由于鉆井水平段比較長，摩阻扭矩成為鉆井難題，而1 號井位井身質(zhì)量不高，扭矩、摩阻問題更為突出，必須解決 這一問題1。其二，該地段的井壁水平段長，加之井身質(zhì)量低，在進(jìn) 行固井步驟時，容易出現(xiàn)套管居中度不理想，難以頂替、水 泥漿膠結(jié)情況不理想等問題。其三，水平井井

4、壁容易出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象。該項(xiàng)目技術(shù)人員 對該地段的巖心進(jìn)行了分析，得出該區(qū)域主要巖石礦物組成 為石英和黏土成分，其中黏土主要由伊蒙混層以及伊利石構(gòu) 成，鉆井過程中井壁會吸收大量水分產(chǎn)生膨脹出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn) 象，另外目的層的向應(yīng)力存在差異，增加了鉆井施工的難度。其四，施工地段地表較為疏松容易垮塌。該地段位于四 川盆地，溝壑交錯，存在地表沖蝕沉積、風(fēng)蝕情況，地表的 成巖性能不理想，部分地段的頁巖水敏性較強(qiáng)，侵入鉆井液 后已形成井壁垮塌現(xiàn)象，為后續(xù)鉆井工程帶來困難；部分地 段主要組成部分砂質(zhì)頁巖、頁巖，存在嚴(yán)重掉垮、剝蝕情況, 尤其在大斜度水平段井眼位置穩(wěn)定性更差，容易出現(xiàn)坍塌現(xiàn) 象。3水平鉆井技術(shù)研究3.1

5、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向式鉆井技術(shù)作為當(dāng)前先進(jìn)的頁巖氣鉆井技術(shù)，特殊油藏條件的深井 以及鉆井難度較高的水平分支井、水平井、定向井以及大位 移井等條件下比較適合運(yùn)用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向式鉆井技術(shù)進(jìn)行鉆井 施工。這一鉆井技術(shù)主要是利用遠(yuǎn)端計(jì)算機(jī)進(jìn)行調(diào)整工具面 的數(shù)值，通過脈沖向井底儀器傳送數(shù)據(jù)，調(diào)整工具面角，對 井眼的軌跡進(jìn)行控制3。這一技術(shù)相對于傳統(tǒng)的螺桿導(dǎo)向 更加及時和準(zhǔn)確，大幅度提高了控制井眼軌跡的準(zhǔn)確程度， 而在進(jìn)行鉆井過程時，鉆柱始終處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，可以有效降 低扭矩和摩阻。3. 2水平鉆井的特色固井技術(shù)將該頁巖氣井的施工難題和固井技術(shù)、井眼進(jìn)行結(jié)合， 該項(xiàng)目使用了 1. 90kg/l的防竄氣高膠結(jié)彈性水泥漿以及 1

6、.40kg/l的緩凝低密度水泥漿混合而成的雙密度雙凝水泥 漿，將1. 40kg/1的返漿帶至地面，降低水泥漿的液柱壓力, 1. 90kg/l的尾漿送至深井處，確保下層頁巖氣產(chǎn)層的固定程 度，這一方法可以確保較低液柱壓力，避免出現(xiàn)固井過程漏 失水泥漿問題，提升防止竄氣和膠結(jié)水平，提升固井質(zhì)量， 為下一階段壓裂過程提供前提條件。3. 3油基鉆井液的運(yùn)用針對該鉆井施工過程出現(xiàn)的問題，決定利用具有高性能 的油基鉆井液，這一技術(shù)的突出特色在于：第一，為了抑制頁巖出現(xiàn)水化膨脹問題，對高壓高溫的 失水量進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)控，確保失水量小于7. 8ml,從實(shí)際施工 鉆井遇見頁巖的情況出發(fā)逐步提高鉆井液的密度，利用較大

7、 的破乳電壓，確保工程維護(hù)時油水比例的平衡穩(wěn)定；其二，為了保證油基鉆井液的電穩(wěn)定性較高，必須保證 擁有超過2000v的破乳電壓，如果地層存在嚴(yán)重的水侵現(xiàn)象, 必須添加石灰、潤濕劑、乳化劑機(jī)械處理，保持電穩(wěn)定和電 平衡。其三，施工遇見較大斜度的井段以及水平段時，保持高 水平的動切力以及黏度，強(qiáng)化油基鉆井液的懸浮攜砂力，利 用有機(jī)土、白油、潤濕劑、增粘劑以及結(jié)構(gòu)劑調(diào)控流變性能, 與短程下鉆等階段制定的措施，最大程度將巖屑床進(jìn)行消 除，以便保持井眼的順暢通透。其四，利用脂肪酸和其共聚物作為重要材料，取代傳統(tǒng) 的有機(jī)膨脹土，能明顯改善泥餅固相含量和質(zhì)量，降低井壁 黏度。5務(wù)必保持油基鉆井液的膠凝切力，

8、以便最大程度 降低井漏的可能性。4結(jié)語在川東地區(qū)水平井鉆井過程中，利用油基鉆井液、旋轉(zhuǎn) 導(dǎo)向鉆井技術(shù)以及優(yōu)選鉆頭等方式方法，有效降低了扭矩和 摩阻，在確保井壁穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上提高了機(jī)械鉆的工作效 率，加之用雙密度雙凝水泥漿確保了套管居中程度，獲得了 很好的固井質(zhì)量，值得推廣和應(yīng)用。值得注意的是，油基鉆 井液以及旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向技術(shù)付出成本較高，在地層裂縫發(fā)育地 段，由于堵漏技術(shù)還需完善，傳統(tǒng)堵漏采氣技術(shù)無法發(fā)揮應(yīng) 有作用，這些都是頁巖氣水平井鉆井技術(shù)應(yīng)用還需要強(qiáng)化研 究的問題。參考文獻(xiàn)1姜政華,童勝寶，丁錦鶴彭頁hf-1頁巖氣水平井 鉆井關(guān)鍵技術(shù)j.石油鉆探技術(shù)，2012, 40 (4)； 285-2882董大忠，程克明，王世謙，呂宗剛氣資源評價方 法及其在四川盆地的應(yīng)用j.天然氣工業(yè)，2009 (5)： 125-1283代緒，趙金海，王華，等.美國barnett頁巖氣開 發(fā)中應(yīng)用的鉆井工程技術(shù)分析與啟示j.中外能源，2011,