頁巖氣鉆井技術

■ 達 瑞

頁巖氣鉆井技術

■ 達 瑞

鉆井工程無疑是工業(yè)中的“大哥大”，它們的進步與否直接影響著石油天然氣勘探開發(fā)的成果與進展。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結構的轉變，導致非常規(guī)油氣資源的開發(fā)利用日益升溫，鉆井技術也取得了一系列進步與提高。

美國、加拿大等國開發(fā)利用頁巖氣的成功經驗在全球引發(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)利用的良好遠景，也預示著我國頁巖氣的勘探開發(fā)已進入機遇或黃金期。

結合國內外頁巖氣的勘探開發(fā)實踐，頁巖氣井鉆井工程中需解決的技術難題主要有以下幾個方面。

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)井網覆蓋區(qū)域最大化，以簡化地面工程及后期生產管理，為批量化鉆井、壓裂施工作業(yè)奠定基礎，以減少地面設施，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)化設計的關鍵是充分利用三維地震及儲層應力資料選擇井位和井眼方位，規(guī)避井漏、斷層等工程復雜問題，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。

測量與導向工具的選擇

水平井鉆井是一項綜合工作，需要工具、測量、鉆井與油藏等學科有機結合，涉及測量和導向工具的選擇、使用與控制問題。合理選擇測量和導向工具用于水平井井眼的精確定位、地層評價，以引導中靶地質目標。及時根據地層條件的變化，實時調整井眼軌跡，滑動復合交替進行以提高水平井段的機械鉆速，避免井下復雜和事故。地質導向可根據隨鉆測量和隨鉆地質評價的測井數據，控制井眼軌跡使鉆頭始終沿儲層鉆進。

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，也可以采用強抑制性的水基鉆井液，關鍵是解決井壁穩(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，保證井眼穩(wěn)定性的關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)域化學變化的協(xié)同作用提高井眼穩(wěn)定作性；對裂隙裂縫或層理發(fā)育的高滲透性頁巖應使用有效的封堵劑進行封堵。油基鉆井液可提高水潤濕性頁巖的毛細管壓力，防止鉆井液對頁巖的侵入從而有效保持井壁穩(wěn)定，同時還具有良好的潤滑防卡和降阻作用，是國內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，目前多以三級結構套管完井為主。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，提高固井質量的關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)的關鍵技術是確定合理的管串結構，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計。常規(guī)水泥固井就是使用傳統(tǒng)的水泥漿進行井作業(yè)的方法，成本低、技術成熟；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，水泥就會依隨溶解度和接觸時間而溶解，水泥溶解度高達92%，便于清除，防止堵塞射孔孔洞和壓裂裂縫。當需要密度更低的水泥漿時，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。