叢 科

中海油能源發(fā)展工程技術(shù)分公司 天津 300452

頁巖氣藏是一種低孔、低滲透氣藏，為了提高油氣產(chǎn)量,必須采用壓裂和其他措施,并要求高質(zhì)量的固井。隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展,人們對天然氣的需求越來越大。頁巖氣鉆完井技術(shù)必須在短時間內(nèi)及時解決, 既要保證新工藝的穩(wěn)定性和耐久性,又要保證生產(chǎn)能力,提高固井質(zhì)量。頁巖氣鉆完井技術(shù)具有以下特點：（1）系統(tǒng)性強。鉆完井技術(shù)的應用范圍非常廣泛和系統(tǒng)。在學科方面,涉及化學、地質(zhì)、機械、流體力學等多個學科,許多學科都將打下堅實的基礎。在運行中,通常需要多個部門協(xié)同工作,管理、交通、建設等多個部門的設立形成了較為完整的體系;從施工工藝來看,需要提前準備,下鋼管、套管、注水泥等,工藝繁瑣。（2）隱蔽性強,頁巖氣鉆完井技術(shù)具備顯著隱蔽性，體現(xiàn)在施工地點在井下完成，觀測困難；而質(zhì)量控制只能通過設計與籌劃來實現(xiàn)；施工中的隱患控制難度大，預估困難，施工危險程度高。（3）施工成本較高，該技術(shù)在建設期間需要投入較高，頁巖氣固井成本占鉆井成本的1/ 3,占固井勘探總成本的1/ 5。（4）一次性,該技術(shù)的實際應用呈現(xiàn)一次性特征。一方面,如果固井質(zhì)量達不到標準, 將直接作廢。另一方面利用水泥等材料完善，其間也需要消耗大量時間與物資，對成本消耗較高。

1 頁巖氣鉆完井技術(shù)難點

1.1 作業(yè)現(xiàn)場穩(wěn)定性低

頁巖結(jié)構(gòu)具有一定的特殊性,在一定程度上決定了頁巖氣穩(wěn)定性差,導致固井工程難度大、穩(wěn)定性差。頁巖層中土壤和沉積物的成本較高,導致頁巖氣內(nèi)部穩(wěn)定性的缺乏和不足。在固井過程中,頁巖與井壁之間的膠結(jié)作用較低,使得機制內(nèi)部無法形成相對穩(wěn)定的整體。頁巖氣中含有大量黏土礦物,與鉆井液接觸后會迅速膨脹,影響頁巖的滲透性,破壞正常的構(gòu)造狀態(tài)。若在此過程中水泥體積縮小,微腫脹如果水泥體積在此過程中收縮, 可能會出現(xiàn)微環(huán)空,可能會出現(xiàn)微環(huán)空現(xiàn)象而內(nèi)部引發(fā)串槽問題。

1.2 水平段下套管難度系數(shù)較大

在固井施工中下套管是一個難點, 因此需要有較高的套管技術(shù)水平。但現(xiàn)實生活中存在許多不可控因素,增大了施工的難度系數(shù)比較高。首先,由于穩(wěn)定性較差,井壁發(fā)生巖石坍塌的概率也相應增加, 巖屑會影響井口的清理工作,從而影響套管的下入質(zhì)量。其次,淺傾斜斷面會使井壁結(jié)構(gòu)呈不可控方向,整體呈階梯狀分布。最后,井眼結(jié)構(gòu)曲率較大,水平段位移也明顯增大,導致套管與井壁摩擦增大,影響了水平段套管下入結(jié)構(gòu)的開展。

1.3 頂替效率低下

井斜角是固井作業(yè)中的一個關鍵因素。這一因素會影響套管下入的重力方向和水平井段, 導致套管和重心偏移,排量低。此外,鉆井液的特性在很大程度上影響著固井工作的發(fā)展。特別是油基鉆井液的驅(qū)油效率會嚴重偏離標準值, 這主要是由于鉆井液與水泥漿的融合過程困難,影響膠結(jié)面的形成。如果井中有很多礦物殘留物,也會影響鉆井液的滲透。

1.4 水泥環(huán)的破壞程度顯而易見

水泥環(huán)因采用射孔、壓裂技術(shù)而在整個固井段受到嚴重破壞。大多數(shù)頁巖氣井都是射孔作業(yè), 表明它們在固井中起著重要的作用。在射孔過程中, 可能會出現(xiàn)高溫,對水泥環(huán)產(chǎn)生較大影響。通過疊加反應閾值,使水泥環(huán)局部壓力過高,當壓力超過水泥環(huán)的容忍度時,就會出現(xiàn)裂縫。水泥環(huán)內(nèi)的超載裂縫嚴重影響了工程的穩(wěn)定性,有利于提高整個工程的質(zhì)量。作為射孔施工的一部分,頁巖氣必須通過多層裂縫獲得。這種技術(shù)使水泥環(huán)具有彈性,但也會導致應力問題。骨折后,水泥鞘可能發(fā)生輕微變化,甚至造成損傷。首先,水泥環(huán)的變形與套管的變形明顯不同。水泥環(huán)的斷裂方向通常為縱向。水泥環(huán)不能因大沖擊波和斷裂碎片而危害井筒施工的整體安全。

1.5 其他

水泥環(huán)的損傷程度非常明顯。射孔、壓裂等技術(shù)在后期會對水泥環(huán)造成較大的破壞；此外,泥漿性能的滯后也非常顯著。泥漿的流動和沉降在固井作業(yè)中起著至關重要的作用。如果泥漿選擇不符合實際要求,可能會導致井壁缺水而坍塌,增加了固井作業(yè)的安全隱患和施工難度。

2 頁巖氣鉆完井主要技術(shù)對策優(yōu)化和建議

2.1 上部直井井段空氣錘鉆井及泡沫鉆井提速

頁巖氣鉆完井技術(shù)是指一套采用高壓可壓縮氣體的欠平衡鉆井技術(shù)頁巖氣鉆完井技術(shù)是指利用高壓可壓縮氣體介質(zhì)傳遞能量,實現(xiàn)空氣錘對巖層的高頻沖擊,外加旋轉(zhuǎn)靜水壓力、動載荷和斜向沖擊破巖的一套欠平衡鉆井技術(shù)。它是在傳統(tǒng)空氣鉆井技術(shù)的基礎上發(fā)展起來的。由于巖體的剪切強度和硬度是只有10%的壓力阻力,沖擊旋轉(zhuǎn)鉆機可以有效打破巖石, 主要采取沖擊動載荷為主體,及其機械鉆井速度通常是大約兩到三倍的旋轉(zhuǎn)鉆探。空錘鉆進也是克服硬巖鉆進中最難提速的一種極其合理的方式,不僅可以進一步降低鉆進成本,還可以縮短鉆進時間限制,從而提高整體工作效率,節(jié)約成本。利用氣體作為循環(huán)介質(zhì),在鉆井過程中保護儲層，由于部分地層可能鉆遇水層、氣層，甚至可能鉆遇溶洞?？諝忮N鉆井無法按設計要求實施到位，繼續(xù)進行空氣錘鉆井存在卡鉆風險影響了機器鉆速，所以當出水量足夠時候，就可以轉(zhuǎn)換為氣泡鉆井持續(xù)鉆進，而氣泡鉆探所要求的設備則是在傳統(tǒng)氣體鉆探裝置的技術(shù)基礎上、提高了液態(tài)注水的過程，在此處還可通過將霧化泵成鉆井泥漿泵完成。

2.2 上部直井井段應用空氣錘泡沫鉆井的獨特優(yōu)越性

（1）鉆井效率高,速度快(沖擊+ 旋轉(zhuǎn)),成本低。面對頁巖氣分布區(qū)表層堅硬巖石,能起到良好的破巖效果,大大優(yōu)化了鉆井速度, 降低了鉆井作業(yè)總成本。鉆得越深,優(yōu)化效果越明顯。與淺層泡沫鉆井相結(jié)合,可以解決淺層鉆井用水問題。泡沫鉆井液的侵徹率比常規(guī)鉆井液高19.39%?？諝忏@井段的機械鉆速比常規(guī)鉆井液和氣體鉆井段提高了140.3%,純鉆井時間縮短了56.4%。泡沫鉆井段鉆速較常規(guī)鉆井液提高203.45%, 鉆井時間縮短78.1%。

（2）降低了鉆具的鉆進時間和使用壽命,在一定程度上降低了鉆具的磨損。

（3）氣錘鉆井技術(shù)克服了上直井段鉆井過程中存在的井斜問題。在鉆直井時,由于凹陷角大,由于活塞的磨損,鉆頭直接受到?jīng)_擊,鉆桿不受較大的軸向力。速度明顯降低。隨著鉆探的深入, 可以保持更多的凹陷角度,以保護生產(chǎn)層,減少儲層損失。鉆遇裂隙巖層可避免循環(huán)滲漏。鉆井水敏巖層可避免下部沉井井壁垮塌,有利于減少漏失對鉆井作業(yè)環(huán)境的影響,減少對生產(chǎn)層的破壞,提高勘探生產(chǎn)效率。

（4）能有效地清理井底巖屑。由于鉆桿是主要輸出工作介質(zhì),不能承受大的壓應力和扭矩,產(chǎn)品應設計輕,允許較大的外徑,減少環(huán)空間隙，增加攜石速度。

3 頁巖氣鉆完井技術(shù)難點應采取措施

3.1 提高水泥漿的穩(wěn)定性

在整個作業(yè)過程中,水泥漿的穩(wěn)定性是非常關鍵的,必須加以重視。工程施工人員需根據(jù)料漿情況對現(xiàn)場進行多次試驗分析,并將料漿強度調(diào)整到合適的密度值。根據(jù)實際經(jīng)驗得出了水泥漿的密度。此外,流動性也是非常重要的,所以工作人員必須控制水泥漿的穩(wěn)定性,確保頁巖氣鉆完井技術(shù)的合理使用。

3.2 改善套管技術(shù)

為了實現(xiàn)古井作業(yè)的高質(zhì)量完井, 作業(yè)人員應采用套管下入,并根據(jù)實際情況優(yōu)化放空工藝。在選擇雨刷行程材料時,一定要注意剛度。在施工狀態(tài)下所選擇材料剛度應該比實際剛度更大，在通井工作中組合鉆具是非常關鍵的設備，而且也可以重復操作，為套管下入做準備。套管下入作業(yè)中科學合理設置管串位置和方式，規(guī)范套管的設置，保證引斜居中。在水平段套管可能出現(xiàn)位移，因此要使用扶正器。

3.3 頂替技術(shù)效率的提升

解決這一問題的途徑是合理選擇鉆井液。由于鉆井液相對突出,成分多樣,施工中可選用預液,并可使用預液增加井壁的清潔度和便利性,從而提高驅(qū)替效率。

3.4 降低鉆柱的扭矩與摩阻

為了有效降低鉆柱的扭矩和摩擦, 可以在水平井的斜段使用斜面鉆桿, 以減少井壁與鉆桿之間的摩擦。此外,還可以優(yōu)化鉆具結(jié)構(gòu),采用加重鉆桿代替鉆鋌。在水平井小斜度井段采用加重鉆桿時, 可采用倒立鉆具減小摩擦阻力。使用倒置鉆井工具時, 注意在鉆頭上施加鉆壓,保持鉆頭穩(wěn)定,盡量減少鉆頭的振動和擺動,避免卡鉆。最后,要有效改善鉆井液性能,提高鉆井液的潤滑性。目前,該鉆井系統(tǒng)主要是通過鉆井液將巖屑帶出井外,使鉆具工作時,鉆柱的扭矩和摩擦力自然降低。

3.5 鉆井液體系的合理應用

為了提高井筒穩(wěn)定性,可以合理使用鉆井液體系。鉆井液體系分為油基鉆井液、合成基鉆井液和強抑制性水基鉆井液。油基鉆井液體系是目前用于頁巖氣鉆井施工的鉆井液體系。它能有效提高水濕頁巖的毛細壓力,防止鉆井液滲透到頁巖中,保證井筒良好的穩(wěn)定性。在應用油基鉆井液體系時, 應注意對舊礦漿回收工藝進行改進和優(yōu)化,既能降低有害固體含量,又能減少油基鉆井液的污染,從而有效提高鉆井液性能。

3.6 提升井眼軌跡的控制精度

（1）鉆具在鉆進過程中可交替使用滑動鉆進和復合鉆進。鉆井工具應減少滑動,增加旋轉(zhuǎn)。在調(diào)整過程中要注意鉆進范圍,確保鉆進孔的完整性和規(guī)律性,從而有效地控制井眼軌跡。

（2）選擇合理的鉆井工具,實時掌握鉆井工具的鉆進情況,有效分析地層巖性與鉆井工具的關系,合理調(diào)整和分配滑動鉆和復合鉆的鉆進時間, 從而有效控制井眼軌跡。

（3）造斜點會給井眼軌跡控制帶來一定的影響，因此,在選擇井段時,盡量選擇地層穩(wěn)定性好、巖性好的井段,可以為井斜的穩(wěn)定性提供保障。

（4）旋轉(zhuǎn)導向鉆井技術(shù)可以應用,和滑動和旋轉(zhuǎn)的工作模式可以用來保持旋轉(zhuǎn)鉆探狀態(tài), 這不僅提高了機械效率,而且能夠準確地控制井眼軌跡,和鉆井筒會更順利。另外，積極優(yōu)化固井泥漿，保護水泥環(huán)，在實際作業(yè)中,作業(yè)者應積極優(yōu)化,從水泥漿密度控制和流動性方面入手,避免堵塞環(huán)空。

4 結(jié)語

綜上所述, 頁巖氣鉆完井技術(shù)是一項系統(tǒng)而復雜的施工技術(shù),在實際應用過程中還有很多問題需要解決。對其進行了分析,并對重要部分進行了深入的描述?；诖?頁巖氣鉆完井技術(shù)的應用需要進一步研究。