張旭東

2012年集團(tuán)公司增儲(chǔ)上產(chǎn)五大會(huì)戰(zhàn)正式啟動(dòng)，非常規(guī)頁巖氣開采無疑會(huì)迎來一個(gè)嶄新的契機(jī)。如何做好頁巖氣鉆井施工，對(duì)生產(chǎn)技術(shù)和經(jīng)營(yíng)管理都是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)。伴隨著涪頁HF-1H井的完井，新頁HF-1H井、焦頁1井的施工，西南鉆井公司在川東北地區(qū)，積累了寶貴的鉆井施工經(jīng)驗(yàn)。

一、頁巖氣鉆井技術(shù)難點(diǎn)

中原西南鉆井公司目前承擔(dān)了三口頁巖氣井的鉆井施工任務(wù)，分別為涪頁HF-1井、新頁HF-1井、焦頁1井。其中涪頁HF-1井于2011年9月24日開鉆，2012年1月22日完井，完井周期119.71天；新頁HF-1井、焦頁1井已經(jīng)竣工。地域上主要分布在重慶梁平涪陵區(qū)塊和四川德陽新場(chǎng)區(qū)塊。頁巖氣作為一種新型的礦產(chǎn)資源，雖然潛力巨大，但在鉆井施工中存在諸多難點(diǎn)。

（一）井壁穩(wěn)定性差

井眼周圍的應(yīng)力場(chǎng)發(fā)生改變，引起應(yīng)力集中，井眼未能建立新的平衡。頁巖層理和微裂縫較發(fā)育，水或鉆井液濾液極易進(jìn)入微裂縫破壞其原有的平衡，進(jìn)入后破壞泥頁巖膠結(jié)性，導(dǎo)致巖石的碎裂。頁巖氣井埋深淺、泥頁巖膠結(jié)差、井斜大、穩(wěn)斜段長(zhǎng)等特點(diǎn)，導(dǎo)致各種相應(yīng)井下事故或復(fù)雜情況（井漏、井塌、鉆具阻卡、埋鉆具）的增加，從而限制了鉆頭、鉆具組合、鉆井液以及鉆井參數(shù)的選擇。

（二）摩阻和扭矩高

鉆具與井壁的摩擦、鉆頭扭矩、機(jī)械扭矩和動(dòng)態(tài)扭矩等都會(huì)引起摩阻和扭矩的增高。導(dǎo)致起鉆的負(fù)荷明顯增加，下鉆的阻力增大；在定向滑動(dòng)鉆進(jìn)時(shí)，無法明確判定鉆頭實(shí)際工作的鉆壓；鉆具在過高的軸向力下發(fā)生屈曲。

（三）巖屑床難清除

泥頁巖的崩塌、鉆井液性能及返速及鉆井巖屑重力效應(yīng)，使得巖屑床難以清除，進(jìn)一步增加了摩阻和扭矩。同時(shí)也增加了井下事故復(fù)雜發(fā)生的幾率。

（四）井眼軌跡控制難

造斜點(diǎn)淺，井壁穩(wěn)定性差；目的層疏松，機(jī)械鉆速高，井徑變化大、扭矩規(guī)律性不強(qiáng)；定向工具面擺放困難，頻繁變化的扭矩嚴(yán)重干擾實(shí)際的定向效果；頁巖氣井井眼軌跡控制困難。

（五）鉆具組合選擇局限性大

淺層大位移水平井，由于造斜點(diǎn)淺，上部地層疏松，膠結(jié)質(zhì)量差，同時(shí)頁巖易垮塌的特性，上部鉆具自身重量輕，加壓困難，導(dǎo)致整個(gè)鉆具組合的選擇更加受限制。如果鉆具組合選擇不恰當(dāng)，極易偏磨套管。扭矩、摩阻過大，也將極易導(dǎo)致發(fā)生鉆具事故。

（六）套管居中程度差

由于造斜點(diǎn)淺，從造斜點(diǎn)至A靶點(diǎn)，井斜將達(dá)最大井斜，下套管時(shí)，斜井段套管易與井壁發(fā)生大面積接觸。當(dāng)井斜超過70°時(shí)套管重量的90%將作用于井眼下側(cè)，套管嚴(yán)重偏心，居中度難以達(dá)到66.7%以上。

（七）固井前洗井、驅(qū)替效果差，水泥漿膠結(jié)質(zhì)量差

巖屑床中的巖屑難以清潔干凈。油氣層頂界埋深淺，頂替時(shí)接觸時(shí)間短，不容易頂替干凈。井斜角大、水平位移長(zhǎng)，套管在井眼內(nèi)存在較大偏心，低邊泥漿難以驅(qū)動(dòng)，產(chǎn)生“拐點(diǎn)繞流”現(xiàn)象。油基鉆井液必須進(jìn)行潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)后，水泥漿才能夠膠結(jié)。

二、頁巖氣鉆井技術(shù)措施

（一）優(yōu)化井身剖面設(shè)計(jì)

井口的水平投影與A、B靶點(diǎn)在同一條直線上，減少方位上的拐點(diǎn)。嚴(yán)格控制鉆具外徑，并盡量簡(jiǎn)化鉆具結(jié)構(gòu)，保證井下施工安全。

（二）優(yōu)化鉆具組合

采用倒裝柔性鉆具結(jié)構(gòu)，鉆具下部使用斜坡鉆桿，將加重鉆桿放在井斜角30°以上井段，上部加重鉆桿提供鉆壓，下部鉆桿代替鉆鋌傳遞軸向載荷，從而減少鉆柱與井壁之間的作用力，降低摩阻和扭矩。

（三）井眼軌跡控制

根據(jù)井眼軌跡的控制要求，鉆具造斜率變化要求頻繁以及盡可能減少起下鉆次數(shù)，以及有效降低鍵槽的發(fā)生。對(duì)于水平段后期施工過程的扭矩、摩阻明顯增加，鉆壓無法傳遞到鉆頭時(shí)，可采用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆進(jìn)的方法，通過旋轉(zhuǎn)從而實(shí)現(xiàn)及時(shí)清理巖屑床，降低摩阻的目的。

（四）井壁穩(wěn)定

二開采用強(qiáng)抑制、高封堵、高潤(rùn)滑鉆井液體系，達(dá)到穩(wěn)定頁巖井壁的目的。三開采用油基泥漿體系。油基泥漿具有熱穩(wěn)定性、井壁穩(wěn)定性、抑制性、潤(rùn)滑性、失水控制能力強(qiáng)等特點(diǎn)，并具有卡鉆趨勢(shì)低、抗污染性能好、無腐蝕性、能有效保護(hù)儲(chǔ)層等優(yōu)點(diǎn)。油基泥漿重點(diǎn)做好電穩(wěn)定性、HTHP濾失量、潤(rùn)濕性、堿度、固相控制等參數(shù)。在配置和使用油基泥漿過程，開鉆前要清洗循環(huán)罐，油基泥漿所接觸到的所有橡膠元件均換成耐油件。

（五）井眼清洗、降摩減阻

監(jiān)測(cè)振動(dòng)篩上返出巖屑的變化、扭矩和摩阻的變化、鉆井液循環(huán)系統(tǒng)體積的變化。可采取多短起下鉆、更換柔性鉆具組合進(jìn)行通井和劃眼，特別是對(duì)50度井斜以后的井段，起鉆過程中分段循環(huán)，高粘度的鉆井液洗井，或者大排量洗井，倒劃眼等技術(shù)措施，提高井眼清潔程度。

（六）提高固井質(zhì)量

下套管時(shí)根據(jù)井眼的彎曲程度、井徑變化率情況合理設(shè)計(jì)扶正器使用數(shù)量、類型和安放位置。提高頂替效率和優(yōu)選水泥漿體系。

三、涪頁HF-1井應(yīng)用分析

涪頁HF-1井是中石化勘探南方分公司部署在重慶市梁平縣，川東弧形高陡褶皺帶拔山寺向斜構(gòu)造一口重點(diǎn)預(yù)探井，2011年9月2日開始設(shè)備搬遷，9月23日進(jìn)行設(shè)備安裝。2011年9月24日開導(dǎo)管，2011年9月27日一開空氣鉆進(jìn)。2011年10月11日二開開鉆，2011年12月15日18：00三開，三開使用油基泥漿， 12月30日鉆至完鉆井深3570m，2012年1月22日完井。完井周期119.71天，建井周期142.33天。全井平均機(jī)械鉆速3.67米/時(shí)。

涪頁HF-1井在二開定向井段受地層影響，在定向過程中出現(xiàn)方位漂移，每10m漂0.7-0.9°。為保證井眼軌跡，均采用大段定向，小段復(fù)合的方式進(jìn)行施工，特別是井斜達(dá)到40°以后，方位角調(diào)整難度非常大，定向鉆進(jìn)井眼軌跡控制困難，增加了施工難度。在定向鉆進(jìn)初期，鉆具組合的選擇至關(guān)重要，剛性過大，造斜率低造斜效果不明顯，剛性太小，造斜率高井眼軌跡不易控制。在二開定向段由于井眼軌跡控制困難和該地層軟硬交錯(cuò)鉆頭選型困難，平均機(jī)械鉆速僅0.84m/h。在準(zhǔn)備中完時(shí)頁巖層垮塌，長(zhǎng)時(shí)間通井、劃眼，影響該井鉆井周期。

三開水平段鉆進(jìn)，采用油基鉆井液體系。油基鉆井液具有強(qiáng)抑制性，有利于保持井壁穩(wěn)定；鉆速快、對(duì)產(chǎn)層損害小，能最大限度地保護(hù)氣層，特別是水敏性地層；抗污染能力強(qiáng)，有良好的潤(rùn)滑性，壓差卡鉆的幾率小。同時(shí)油基鉆井液性能穩(wěn)定，易于維護(hù)，熱穩(wěn)定性好。本井實(shí)鉆證明，油基鉆井液性能穩(wěn)定，抑制性強(qiáng)，在大段頁巖層鉆進(jìn)過程中井下施工順利，井壁穩(wěn)定，對(duì)井眼清洗效果尤為顯著，在三開施工過程中，通過和深圳百勤公司的合作，使用高性能無土相反轉(zhuǎn)乳化油基鉆井液體系，僅一只鉆頭鉆完三開水平段。

涪頁HF-1井合同周期91天，合同價(jià)款3379萬元，單位價(jià)9536元/米。實(shí)際施工119.71天，超合同周期28.71天。超周期主要有以下三方面原因：

1.一開鉆進(jìn)期間，進(jìn)至井深96.52m，地層出水后轉(zhuǎn)換霧化鉆井，霧化鉆進(jìn)至井深696.00m一開完鉆。霧化鉆井比空氣鉆井機(jī)械鉆速低，增加周期1.40天。

2.二開定向機(jī)械鉆速0.84m/h，遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)機(jī)械鉆速2.50m/h，影響周期23.8天。

3.在準(zhǔn)備二開中完期間，長(zhǎng)時(shí)間通井、劃眼，影響鉆井周期3.55天。

西南鉆井公司和深圳百勤公司合作，本井三開使用油基泥漿較為成功，但配置和維護(hù)成本達(dá)到了1.1萬元/m3。如何降低油基泥漿使用成本，或者油基泥漿的回收利用，定向井段解決方位漂移的問題縮短鉆井周期，將成為我們以后工作的重點(diǎn)。

頁巖氣已經(jīng)成為一種重要的接替資源，頁巖氣開發(fā)也將在很長(zhǎng)一段時(shí)間，占據(jù)重要的戰(zhàn)略地位。西南鉆井公司站在非常規(guī)頁巖氣會(huì)戰(zhàn)的最前沿，從經(jīng)濟(jì)和技術(shù)兩方面，不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，細(xì)化經(jīng)營(yíng)管理，爭(zhēng)取為集團(tuán)公司頁巖氣開發(fā)做出新的更大的貢獻(xiàn)。（作者單位為中石化中原石油工程有限公司西南鉆井分公司）