岳 陽

（大慶鉆探工程公司鉆井生產(chǎn)技術(shù)服務(wù)一公司，黑龍江大慶163000）

頁巖氣屬于我國一個(gè)新的天然氣礦種，經(jīng)過調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，我國頁巖氣的開采儲(chǔ)量十分豐富，頁巖氣屬于低孔低滲透氣藏的一種，通常情況下采用水平井開采的方式，與其他油氣井開采相比，固井質(zhì)量要求更加嚴(yán)格、完井更加復(fù)雜。頁巖氣井有著易塌易漏、增產(chǎn)措施多、生產(chǎn)周期長等特點(diǎn)，因此與其他油氣井開采相比難度更大、困難更多。我們主要從我國頁巖氣井水平井固井技術(shù)難點(diǎn)、水泥環(huán)完整性及水泥漿體等方面進(jìn)行分析研究，為我國頁巖氣固井技術(shù)的開發(fā)提供重要的依據(jù)。

1 頁巖氣水平井固井技術(shù)難點(diǎn)及井筒完整性影響因素

頁巖氣水平井鉆完井施工特點(diǎn)主要取決于頁巖氣藏地質(zhì)儲(chǔ)層特點(diǎn)及單井產(chǎn)能勘探目標(biāo)，同時(shí)頁巖氣井固井所面臨的難點(diǎn)和挑戰(zhàn)也是因?yàn)轫搸r氣藏地質(zhì)儲(chǔ)層特點(diǎn)和鉆完井工藝特點(diǎn)導(dǎo)致的。

頁巖氣井地質(zhì)儲(chǔ)層特點(diǎn)及固井技術(shù)難點(diǎn)主要有以下幾個(gè)方面：①頁巖氣具有較高的地層壓力、可壓性比較差，后期壓裂時(shí)壓力可能比較高，會(huì)影響井筒后期的密封效果；②頁巖儲(chǔ)層通常情況下其強(qiáng)度、泊松比異性比較突出，呈現(xiàn)出薄片狀層理，頁巖氣開采中容易引發(fā)垮塌現(xiàn)象，下管難度較大，無法有效地保障固井頂替效率。③井眼條件差，我國南方地區(qū)頁巖氣的儲(chǔ)量比較豐富，頁巖氣藏具有構(gòu)造活動(dòng)劇烈、儲(chǔ)層埋藏深等特點(diǎn)，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)作用下，因?yàn)轫搸r中混有石英等脆弱物質(zhì)，很容易造成頁巖出現(xiàn)微裂縫，增加了鉆井過程中井下漏失風(fēng)險(xiǎn)幾率。頁巖氣通常情況下采取的是水平鉆井技術(shù)，井眼方向與最小水平地應(yīng)力方向保持水平，避免后期在壓裂施工階段，產(chǎn)生的天然氣裂縫與誘導(dǎo)裂縫之間形成連通，保障頁巖氣的開采效率和采收質(zhì)量。因?yàn)轫搸r氣有著粘土含量高、非均質(zhì)性強(qiáng)、穩(wěn)定性差等特點(diǎn)，在鉆進(jìn)的過程中沿著最小水平應(yīng)力方向很容易引發(fā)井壁坍塌的情況發(fā)生。同時(shí)受到地層漏失和井壁穩(wěn)定條件差等因素的影響，固井施工時(shí)要充分的落實(shí)井眼準(zhǔn)備工作，尤其是固井前大排量循環(huán)鉆井液、鉆井液性能調(diào)整等具有較大的難度。

頁巖氣井鉆完井工藝特及固井中的技術(shù)難點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：①固井過程中在長頁巖水平段，套管的下入比較困難，無法保障套管居中；②頁巖地層井壁穩(wěn)定性較差、儲(chǔ)層保護(hù)措施不到位等問題突出，通常情況下在頁巖段鉆井施工中油基鉆井液應(yīng)用的十分普遍。油基鉆井液有著附著能力強(qiáng)、粘度高等特點(diǎn)，與常規(guī)的水基前置液相比較，清洗性能和驅(qū)替效果更加顯著，同時(shí)油基鉆井液與水泥漿之間相互不相容。井壁和套管會(huì)因?yàn)橛突@井液不能有效驅(qū)替而無法形成水潤濕表面，對(duì)水泥環(huán)的一二界面膠結(jié)有著嚴(yán)重的影響，對(duì)儲(chǔ)層在后期的改造也有著一定的阻礙；③頁巖氣井中水泥環(huán)受到體積壓裂的作用，因此對(duì)于其力學(xué)性能的要求比較高，井筒在高壓壓裂的作用下，溫度會(huì)出現(xiàn)不斷的變化，這就對(duì)套管抗外擠強(qiáng)度有著很大的影響，套管失效的風(fēng)險(xiǎn)增大，水泥環(huán)對(duì)套管內(nèi)壓強(qiáng)度有著極高的標(biāo)準(zhǔn)和要求，因此一旦壓力超出，就會(huì)造成套管的變形和環(huán)空帶壓等問題出現(xiàn)；④頁巖氣井固井過程中，高壓力固井裝置與壓裂清水車配套使用，這就要求對(duì)固井工具配件嚴(yán)格篩選，涉及到耐磨膠塞、高反向承壓浮箍等。

2 保證水泥環(huán)完整性難點(diǎn)分析

2.1 壓裂作業(yè)時(shí)水泥環(huán)完整性差

頁巖氣儲(chǔ)層具有低孔、低滲透的特點(diǎn)，與常規(guī)的油氣田相比較氣流的阻力更大，所有的頁巖氣井都需要經(jīng)過壓裂改進(jìn)才能實(shí)現(xiàn)開采，無法自然產(chǎn)能。我國頁巖氣儲(chǔ)層較深，走滑斷層與受逆斷層對(duì)地應(yīng)力的影響比較大，儲(chǔ)層破裂壓力較高。例如我們對(duì)某一地區(qū)的頁巖氣破裂壓力進(jìn)行計(jì)算得知，壓力大約為70MPa，水泥環(huán)在壓裂施工過程中承受較大的套管內(nèi)壓。經(jīng)過我們對(duì)其結(jié)論進(jìn)行分析研究，想要水泥石在壓裂施工時(shí)滿足水泥環(huán)完整性的需求，就要對(duì)其彈性模量及彈性變形能力進(jìn)行控制，造成了可選擇的水泥漿體系范圍比較小。

2.2 水泥環(huán)長期完整性保持難

在泥頁巖地層中，頁巖氣主要的存在形式為吸附狀態(tài)和游離狀態(tài)，游離狀態(tài)下的頁巖氣有著初期產(chǎn)量高、滲流速度快的特點(diǎn)，缺點(diǎn)是產(chǎn)能下降的速度也快；吸附狀態(tài)下的頁巖氣有著擴(kuò)散速度慢、吸附氣解析的特點(diǎn)，缺點(diǎn)就是產(chǎn)量較低但是產(chǎn)量比較穩(wěn)定。通常情況下頁巖氣的生產(chǎn)周期為30~50年之間。頁巖氣井在生產(chǎn)期間，一般都要經(jīng)過多次、重復(fù)的壓裂，才能保障頁巖氣井產(chǎn)量的穩(wěn)定。我們目前在考慮水泥環(huán)完整性的時(shí)候，需要高度重視完鉆后井周邊地應(yīng)力情況，找到套管內(nèi)壓力短期變化對(duì)水泥環(huán)完整性的影響。在構(gòu)造運(yùn)動(dòng)長時(shí)間的影響下，地應(yīng)力在水泥環(huán)邊界上會(huì)變得越來越大，我們要高度的重視地應(yīng)力對(duì)水泥環(huán)的影響，這就需要我們使用高強(qiáng)度的水泥石滿足水泥環(huán)的完整性需求，短期壓裂作業(yè)時(shí)水泥石的力學(xué)需求又有所差異。目前我們通常根據(jù)壓裂作業(yè)的實(shí)際情況，水泥石的力學(xué)性能滿足需求即可。

3 水泥漿體系選擇難點(diǎn)分析

3.1 水泥漿性能要求高

影響頁巖氣固井水泥漿性能的因素比較多，主要分為施工性能、井壁穩(wěn)定性、水泥環(huán)完整性、儲(chǔ)層保護(hù)等，水泥漿體系設(shè)計(jì)的難度較高，要求比較嚴(yán)格，主要的技術(shù)難點(diǎn)有以下幾個(gè)方面：①井壁穩(wěn)定性，嚴(yán)格控制水泥漿的密度，避免水泥漿密度受到井下溫度壓力變化的影響，嚴(yán)格控制水泥漿失水現(xiàn)象，保障固井施工中井壁的穩(wěn)定性；②施工性能，嚴(yán)格控制水泥漿自由水、沉降穩(wěn)定性等數(shù)據(jù)參數(shù)，保障水平井固井技術(shù)滿足設(shè)計(jì)需求；③儲(chǔ)層保護(hù)，水泥漿體系想要降低滲流對(duì)儲(chǔ)層污染的影響，就要具有一定的滲流阻力，能夠形成有效的薄而密的濾餅，同時(shí)水泥漿體系為了酸化壓裂施工作業(yè)的順利開展，還要有著良好的酸溶率；④水泥環(huán)完整性，保障壓裂施工和長時(shí)間的使用效果，水泥石要具有較高的強(qiáng)度和較低的彈性模量。

3.2 水泥漿成本控制嚴(yán)格

頁巖氣的開采有著開采周期長、采收效率低的特點(diǎn)，因此我們需要高度的重視鉆井完井的成本控制，我國的頁巖氣儲(chǔ)量南方比較豐富，經(jīng)常受到地形因素的影響，固井材料的選擇和設(shè)計(jì)上受到一定的限制，成本的控制有著很大的困難。

4 結(jié)論與建議

經(jīng)過以上的研究和分析發(fā)現(xiàn)，我國頁巖氣儲(chǔ)量十分豐富，結(jié)合頁巖氣開采的實(shí)際情況，頁巖氣固井的技術(shù)難點(diǎn)主要表現(xiàn)在：①頂替方面：井眼條件較差、管柱無法保障居中、油基鉆井液清洗不易、頂替效率提升措施實(shí)施難度大；②水泥環(huán)完整性方面：壓力作業(yè)時(shí)壓力較高、長期完整性評(píng)價(jià)技術(shù)不夠完善、水泥石力學(xué)性能標(biāo)準(zhǔn)較高；③水泥漿體系方面：水泥漿的成本控制比較困難、體系性能標(biāo)準(zhǔn)和要求高、設(shè)計(jì)比較困難。我們要從全方面、多角度對(duì)頁巖氣固井技術(shù)進(jìn)行深入的研究，提高我國頁巖氣井開采效率，促進(jìn)我國油田企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。