■ 達(dá) 瑞

頁巖氣鉆井技術(shù)

■ 達(dá) 瑞

鉆井工程無疑是工業(yè)中的“大哥大”，它們的進(jìn)步與否直接影響著石油天然氣勘探開發(fā)的成果與進(jìn)展。隨著能源需求的不斷增大，常規(guī)化石能源的日益消耗及消費(fèi)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變，導(dǎo)致非常規(guī)油氣資源的開發(fā)利用日益升溫，鉆井技術(shù)也取得了一系列進(jìn)步與提高。

美國、加拿大等國開發(fā)利用頁巖氣的成功經(jīng)驗(yàn)在全球引發(fā)了“頁巖氣革命”；2009年國土資源部重慶繤江頁巖氣資源勘查項(xiàng)目的啟動，中石油第一口頁巖氣井—威201井的開鉆，2010年中石化第一口頁巖氣井—河頁1井的開鉆，標(biāo)志著我國正式開始頁巖氣資源的勘探開發(fā)。2012年3月國土資源部《頁巖氣“十二五”規(guī)劃》公布我國頁巖氣可采資源為25.08×1012 m 3，展現(xiàn)了頁巖氣開發(fā)利用的良好遠(yuǎn)景，也預(yù)示著我國頁巖氣的勘探開發(fā)已進(jìn)入機(jī)遇或黃金期。

結(jié)合國內(nèi)外頁巖氣的勘探開發(fā)實(shí)踐，頁巖氣井鉆井工程中需解決的技術(shù)難題主要有以下幾個(gè)方面。

水平井井眼軌跡的優(yōu)化

頁巖氣勘探開發(fā)鉆井中，不僅要鉆遇更多的裂縫，獲得更大的儲層泄流面積，顯著改善儲層流體在井筒周圍的滲流狀態(tài)；利用最小的叢式井井場，使開發(fā)井網(wǎng)覆蓋區(qū)域最大化，以簡化地面工程及后期生產(chǎn)管理，為批量化鉆井、壓裂施工作業(yè)奠定基礎(chǔ)，以減少地面設(shè)施，延伸開采范圍，規(guī)避地面不利條件的干擾等。頁巖氣水平井井眼優(yōu)化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是充分利用三維地震及儲層應(yīng)力資料選擇井位和井眼方位，規(guī)避井漏、斷層等工程復(fù)雜問題，確保后期壓裂裂縫與井眼方向垂直，以提高儲層壓裂改造效果，提高頁巖氣的采收率。

測量與導(dǎo)向工具的選擇

水平井鉆井是一項(xiàng)綜合工作，需要工具、測量、鉆井與油藏等學(xué)科有機(jī)結(jié)合，涉及測量和導(dǎo)向工具的選擇、使用與控制問題。合理選擇測量和導(dǎo)向工具用于水平井井眼的精確定位、地層評價(jià)，以引導(dǎo)中靶地質(zhì)目標(biāo)。及時(shí)根據(jù)地層條件的變化，實(shí)時(shí)調(diào)整井眼軌跡，滑動復(fù)合交替進(jìn)行以提高水平井段的機(jī)械鉆速，避免井下復(fù)雜和事故。地質(zhì)導(dǎo)向可根據(jù)隨鉆測量和隨鉆地質(zhì)評價(jià)的測井?dāng)?shù)據(jù)，控制井眼軌跡使鉆頭始終沿儲層鉆進(jìn)。

井眼穩(wěn)定與鉆井液的選擇

目前我國頁巖氣開發(fā)以淺層大位移井、叢式水平井為主頁巖氣水平井即可采用油基鉆井液或合成基鉆井液，也可以采用強(qiáng)抑制性的水基鉆井液，關(guān)鍵是解決井壁穩(wěn)定、減摩降阻、潤滑防卡和清除巖屑床等問題。采用水基鉆井液的時(shí)，保證井眼穩(wěn)定性的關(guān)鍵是提供良好的抵制性和封堵能力?？衫玫突钚愿叩V化度聚合物鉆井液，以降低頁巖和鉆井液相互作用的總壓力；可利用濃甲酸鉀鹽脫水孔隙壓力降低和影響近井壁區(qū)域化學(xué)變化的協(xié)同作用提高井眼穩(wěn)定作性；對裂隙裂縫或?qū)永戆l(fā)育的高滲透性頁巖應(yīng)使用有效的封堵劑進(jìn)行封堵。油基鉆井液可提高水潤濕性頁巖的毛細(xì)管壓力，防止鉆井液對頁巖的侵入從而有效保持井壁穩(wěn)定，同時(shí)還具有良好的潤滑防卡和降阻作用，是國內(nèi)外目前采用最多的鉆井液體系。

完井工藝方法的選擇

頁巖氣井的完井方式分裸眼完井和套管完井，目前多以三級結(jié)構(gòu)套管完井為主。裸眼完井雖能夠有效避免水泥對儲層的傷害，但易發(fā)生井壁垮塌，后期壓裂作業(yè)的難度大要求高；套管完井井筒穩(wěn)定，在儲層改造時(shí)可選擇性射孔，以滿足常規(guī)或連續(xù)油管壓裂等儲層改造要求。完井方式受后期壓裂改造工藝方法影響，套管完井主要包括組合式橋塞完井、水力噴射射孔完井和機(jī)械式組合完井等。

固井工藝方法的選擇

頁巖氣水平井固井面臨著自由水控制、鉆屑清除、管柱居中等不利因素，提高固井質(zhì)量的關(guān)鍵是有效控制自由水、有效清除巖屑床、對套管柱扶正和切斷可能的竄槽通道，可利用套管扶正器、刮泥器、紊流器、管外封隔器、旋轉(zhuǎn)尾管下入工具等水平井固井工具來提高水泥漿頂替效率和強(qiáng)化套管環(huán)空的竄槽通道密封。水平井固井可以分為常規(guī)水泥固井、泡沫水泥固井和酸溶性水泥固井等，固井作業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)是確定合理的管串結(jié)構(gòu)，確保套管柱居中，降低水泥漿析水，優(yōu)化隔離液和前置液及頂替排量的設(shè)計(jì)。常規(guī)水泥固井就是使用傳統(tǒng)的水泥漿進(jìn)行井作業(yè)的方法，成本低、技術(shù)成熟；泡沫水泥完井有良好的防竄效果，能解決低壓易漏長封固段復(fù)雜井的固井問題，而且水泥侵入距離短，可以減小儲層損害；酸溶性水泥與鹽酸接觸時(shí)，水泥就會依隨溶解度和接觸時(shí)間而溶解，水泥溶解度高達(dá)92%，便于清除，防止堵塞射孔孔洞和壓裂裂縫。當(dāng)需要密度更低的水泥漿時(shí)，酸溶性水泥還可以泡沫化，形成泡沫酸溶性水泥，使之具有泡沫水泥和酸溶性水泥的雙重優(yōu)點(diǎn)。