論述頁巖氣水平井提速技術(shù)研究

賀鑫

關(guān)鍵詞：頁巖氣;水平井;鉆井;提速技術(shù)

由于我國在頁巖氣研發(fā)方面還處在起步階段，與國外發(fā)達國家仍存在不小差距，但隨著我國在頁巖氣工程領(lǐng)域不斷的投入，在應用領(lǐng)域已然初步形成了頁巖氣工程的配套技術(shù)，而隨著現(xiàn)實地質(zhì)的復雜化，工程技術(shù)還需要進行不斷的優(yōu)化提升，進一步實現(xiàn)頁巖油氣的經(jīng)濟性和有效性。涪陵地區(qū)現(xiàn)如今已經(jīng)被國家比準為國家頁巖氣示范區(qū)域，開發(fā)和利用頁巖氣的重要性需引起重視，合理規(guī)劃該區(qū)域已經(jīng)國家和行業(yè)關(guān)注的焦點。但是在涪陵區(qū)，頁巖氣海相的地層相對古老，并且對巖層進行分析得知頁巖擁有很高的硬度，從而導致鉆遇地層復雜多樣，極容易發(fā)生漏失以機械鉆速難以提升的問題，這些在頁巖氣水平井鉆井過程中是不可回避的問題。

1 鉆井技術(shù)難點

1.1 難以控制井眼的運動軌跡

開發(fā)和利用礁石壩區(qū)塊的主要方式是叢式水平井，這種方法在是使用的過程中具有靶前位移長的特征，井軌道的設計特點為長穩(wěn)斜段，長度在600～1400m不等。另外，在縱向地層之上，擁有相對較多的薄層和互層，后期方位在變化的時候也相對較大。砂頁巖與泥巖兩者之間的相互交替而形成變化，使得在控制運動軌跡的時候難度提升。不僅如此，位于二開定向段位置的井眼，擁有過大的尺寸，并且地層在自然的狀態(tài)之下也表現(xiàn)出顯著的傾斜現(xiàn)象，從而造成在控制常溫斜段軌跡的時候，難度較大。井下摩阻大及托壓明顯、定向速度慢等問題加大了打井斜條件下的方位角度調(diào)整難度。

1.2 機械鉆速低

礁石壩地區(qū)的地質(zhì)情況所表現(xiàn)出來的特點則是擁有時代久遠的頁巖氣海相地層，巖石也具有很高的硬度，并且膠結(jié)也十分致密。巖性交替，致使鉆頭工作過程中所受沖擊過大，比較容易導致鉆井過程中的跳鉆問題。部分地區(qū)還容易出現(xiàn)鉆頭崩齒、失效快的問題。不僅如此，在進行大井眼的鉆井過程中，因為泥頁巖的水化作用相對較強，并且表現(xiàn)出來的定向托壓也十分嚴重，所以也會相對較為容易的造成在鉆進的過程中二出現(xiàn)蹩鉆的現(xiàn)象，這些問題出現(xiàn)以后若是不能快速解決，將會造成機械破巖所需要的能量不足，機械鉆速低，拖慢了整體鉆井速度。

1.3 井漏

由于受到上部位置的陸相地層的溶洞發(fā)育以及裂縫生長的影響，地層普遍的存在著破碎帶現(xiàn)象，進而造成漏失問題相當嚴重，部分區(qū)域即使加強堵漏作業(yè)也不能實現(xiàn)徹底的成功，只能選擇填井側(cè)鉆。此外，在龍馬溪組-五峰組，泥頁巖是其最為主要的巖性特征，這種巖性特征主要體現(xiàn)在發(fā)育層理裂縫，從而容易造成油基鉆井液巨大的損失。

2 鉆井提速技術(shù)分析

2.1 鉆頭與輔助破巖工具的選擇

鉆頭的選擇需要根據(jù)該區(qū)域鉆頭的使用特點，并結(jié)合所鉆遇地層的巖性、地層可鉆性剖面來對該地層的可鉆性特征進行準確的分析和評價，并以此為基礎(chǔ)進行與該地層可鉆性匹配度比較高的鉆頭類型的選定。在此過程中，可以根據(jù)完鉆井的錄井資料，進行虛擬強度指數(shù)鉆頭性能評價方法的搭建，進行鉆頭類型的輔助性選擇。此外，為了對鉆頭進行有效保護，要進行輔助破巖工具的精準選擇，該區(qū)域采用水力加壓器、耐油基螺桿對破巖的工作進行合理輔助，通過使用輔助性質(zhì)的設備，盡可能的降低井下的振動情況，從而更進一步的將破巖能量的使用效率提升。水力加壓器的原理是將鉆頭加壓的方式進行改變，從而實現(xiàn)了鉆頭增加的穩(wěn)定性，同時能起到減少震動、延長使用壽命的效果。耐油基螺桿是為了避免常規(guī)螺桿易脫膠、失效快的問題，其平均使用壽命高于100h，并且憑借自身較強的扭矩，可以極大的幫助提升機械鉆速。

2.2 井眼軌跡控制

2.2.1 預彎曲動力學防斜打快鉆井技術(shù)

預彎曲動力學防斜打快鉆組合中包含穩(wěn)定期和預彎曲短節(jié)，鉆頭的降斜力超過地層增斜力時可以實現(xiàn)降斜的目的，而預彎曲的設置則是為了降低鉆頭偏向造成的偏向力。在該工藝中，憑借單彎螺桿扭矩大、轉(zhuǎn)速高及過載能力強的特點，進行防斜能力的優(yōu)勢發(fā)揮，同時，也可以實現(xiàn)鉆壓值高過鐘擺鉆具，從而實現(xiàn)機械鉆進的效率有效提升。

2.2.2 長穩(wěn)斜段軌跡控制技術(shù)

通過有機結(jié)合穩(wěn)斜段鉆和具有高自然造斜能力的地層微增，可以對長穩(wěn)斜段鉆進作業(yè)實現(xiàn)增斜率的高效控制。并且為了提高軌道控制技術(shù)能力，進行井斜角和全角變化率的有效控制，從而幫助提升井眼軌跡的光滑度和井眼的平滑度，不僅能夠降低井下事故率，同時能夠提高機械鉆速。

2.2.3 長水平段穩(wěn)平控制技術(shù)

長水平段水平控制需要充分結(jié)合該區(qū)域長水平段特點，進行小角度單彎螺桿--欠尺寸雙扶穩(wěn)定鉆具的組合型創(chuàng)新，這個組合也充分的對大變形、變截面/變剛度縱橫彎曲梁理論作出了詳細的參考，并且與彎外殼螺桿動力鉆具組合所具備的導向能力相結(jié)合作出研究。這個組合可以有效的將長水平段穩(wěn)平控制的效果予以提升，不僅僅可以將復合鉆進的比例進行大幅度提升，更可以盡可能的將滑動鉆進的比例進行降低，高效提升控制長水平段軌跡的精準度。

2.3 防漏技術(shù)

2.3.1 上部縫洞型地層堵漏

在這個地區(qū)之中，當一開鉆進的時候，會很容易的發(fā)生溶洞性漏失以及裂縫性的漏失現(xiàn)象。當井眼處于穩(wěn)定狀態(tài)，并且清水較為充足的時候，那么便可以充分的利用清水強鉆實現(xiàn)對漏層鉆穿的目的，進而有效規(guī)避因為井漏而發(fā)生污染倘若是出現(xiàn)清水漏失或者是清水不足的現(xiàn)象，那么便需要控制清水流失的情況，做好封堵。

2.3.2 二次開鉆低密度鉆井液防漏

韓家店組--小河壩組巖性特征主要為泥巖、砂質(zhì)巖，其漏失情況多見于層理縫漏失。另外，井段地層預測而得到的壓力系數(shù)將會與實際地層的壓力系數(shù)之間表現(xiàn)出較大的差距，需要基于保障上部地層位置的井下安全情況，降低鉆井液的密度值，將密度值降低到安全窗口的下限位置，盡可能的保持與鉆井的平衡。

2.3.3 控壓鉆井

就涪陵地區(qū)的儲層段而言，坍落與漏失等現(xiàn)象比比皆是，通過運用控壓鉆井技術(shù)能夠快速實現(xiàn)安全鉆進水平段的目的。控壓鉆井及數(shù)采用低密度鉆井液，通過提供井口回壓的方式來對井底壓力進行控制，從而保持井底能夠處于微平衡的狀態(tài)，進一步解決井底和地層之間過大的壓差而帶來的卡鉆或井漏問題，避免井塌等復雜情況發(fā)生，幫助實現(xiàn)水平段的安全高效鉆進。

3 應用效果

3.1 井眼軌跡精細控制得以提高

通過設計的優(yōu)化，直井段預彎曲動力學防斜打快鉆井工藝有效提升了機械鉆速，且井斜控得到了有效控制。定向段優(yōu)化剖面上設計，縮短了穩(wěn)斜段長度，水平段提高長水平段的穩(wěn)平控制能力和符合鉆進比例，有效提高了長水平段軌跡的有效控制。

3.2 鉆井速度大幅度提高

2014-2015年間，涪陵頁巖氣水平鉆井提速技術(shù)進行了28口井的現(xiàn)場應用實踐，進行改善性技術(shù)的采用，并在此基礎(chǔ)上逐漸形成了頁巖氣水平鉆井提速集成配套方案，幫助鉆井速度實現(xiàn)了有效提升，各口井不論從井深還是從鉆井周期等各方面都先后刷新工區(qū)鉆井的最高紀錄，由此可見其提速提效的成果非常顯著。

4 結(jié)束語

涪陵頁巖氣水平井提速配套技術(shù)是在頁巖氣水平鉆井提速過程中，建立基于地層可鉆性和實鉆效果的鉆頭選型方法，幫助進行鉆頭類型的定性，從而優(yōu)選鉆頭類型和輔助破巖工具，幫助有效提升機械鉆速。此外，通過經(jīng)驗軌道剖面的優(yōu)化，使其更加符合自然造斜能力，從而提升復合鉆進比例。通過以上主體措施，進行該區(qū)塊針對性的鉆井提速技術(shù)的設置。

參考文獻：

[1]李永耀，李國榮，羅紅芳，等.延長陸相頁巖氣水平井提速技術(shù)研究[J].探礦工程-巖土鉆掘工程，2020，47（3）：9-15.