页岩气钻井技术

■ 达 瑞

页岩气钻井技术

■ 达 瑞

钻井工程无疑是工业中的“大哥大”，它们的进步与否直接影响着石油天然气勘探开发的成果与进展。随着能源需求的不断增大，常规化石能源的日益消耗及消费结构的转变，导致非常规油气资源的开发利用日益升温，钻井技术也取得了一系列进步与提高。

美国、加拿大等国开发利用页岩气的成功经验在全球引发了“页岩气革命”；2009年国土资源部重庆繤江页岩气资源勘查项目的启动，中石油第一口页岩气井—威201井的开钻，2010年中石化第一口页岩气井—河页1井的开钻，标志着我国正式开始页岩气资源的勘探开发。2012年3月国土资源部《页岩气“十二五”规划》公布我国页岩气可采资源为25.08×1012 m 3，展现了页岩气开发利用的良好远景，也预示着我国页岩气的勘探开发已进入机遇或黄金期。

结合国内外页岩气的勘探开发实践，页岩气井钻井工程中需解决的技术难题主要有以下几个方面。

水平井井眼轨迹的优化

页岩气勘探开发钻井中，不仅要钻遇更多的裂缝，获得更大的储层泄流面积，显著改善储层流体在井筒周围的渗流状态；利用最小的丛式井井场，使开发井网覆盖区域最大化，以简化地面工程及后期生产管理，为批量化钻井、压裂施工作业奠定基础，以减少地面设施，延伸开采范围，规避地面不利条件的干扰等。页岩气水平井井眼优化设计的关键是充分利用三维地震及储层应力资料选择井位和井眼方位，规避井漏、断层等工程复杂问题，确保后期压裂裂缝与井眼方向垂直，以提高储层压裂改造效果，提高页岩气的采收率。

测量与导向工具的选择

水平井钻井是一项综合工作，需要工具、测量、钻井与油藏等学科有机结合，涉及测量和导向工具的选择、使用与控制问题。合理选择测量和导向工具用于水平井井眼的精确定位、地层评价，以引导中靶地质目标。及时根据地层条件的变化，实时调整井眼轨迹，滑动复合交替进行以提高水平井段的机械钻速，避免井下复杂和事故。地质导向可根据随钻测量和随钻地质评价的测井数据，控制井眼轨迹使钻头始终沿储层钻进。

井眼稳定与钻井液的选择

目前我国页岩气开发以浅层大位移井、丛式水平井为主页岩气水平井即可采用油基钻井液或合成基钻井液，也可以采用强抑制性的水基钻井液，关键是解决井壁稳定、减摩降阻、润滑防卡和清除岩屑床等问题。采用水基钻井液的时，保证井眼稳定性的关键是提供良好的抵制性和封堵能力。可利用低活性高矿化度聚合物钻井液，以降低页岩和钻井液相互作用的总压力；可利用浓甲酸钾盐脱水孔隙压力降低和影响近井壁区域化学变化的协同作用提高井眼稳定作性；对裂隙裂缝或层理发育的高渗透性页岩应使用有效的封堵剂进行封堵。油基钻井液可提高水润湿性页岩的毛细管压力，防止钻井液对页岩的侵入从而有效保持井壁稳定，同时还具有良好的润滑防卡和降阻作用，是国内外目前采用最多的钻井液体系。

完井工艺方法的选择

页岩气井的完井方式分裸眼完井和套管完井，目前多以三级结构套管完井为主。裸眼完井虽能够有效避免水泥对储层的伤害，但易发生井壁垮塌，后期压裂作业的难度大要求高；套管完井井筒稳定，在储层改造时可选择性射孔，以满足常规或连续油管压裂等储层改造要求。完井方式受后期压裂改造工艺方法影响，套管完井主要包括组合式桥塞完井、水力喷射射孔完井和机械式组合完井等。

固井工艺方法的选择

页岩气水平井固井面临着自由水控制、钻屑清除、管柱居中等不利因素，提高固井质量的关键是有效控制自由水、有效清除岩屑床、对套管柱扶正和切断可能的窜槽通道，可利用套管扶正器、刮泥器、紊流器、管外封隔器、旋转尾管下入工具等水平井固井工具来提高水泥浆顶替效率和强化套管环空的窜槽通道密封。水平井固井可以分为常规水泥固井、泡沫水泥固井和酸溶性水泥固井等，固井作业的关键技术是确定合理的管串结构，确保套管柱居中，降低水泥浆析水，优化隔离液和前置液及顶替排量的设计。常规水泥固井就是使用传统的水泥浆进行井作业的方法，成本低、技术成熟；泡沫水泥完井有良好的防窜效果，能解决低压易漏长封固段复杂井的固井问题，而且水泥侵入距离短，可以减小储层损害；酸溶性水泥与盐酸接触时，水泥就会依随溶解度和接触时间而溶解，水泥溶解度高达92%，便于清除，防止堵塞射孔孔洞和压裂裂缝。当需要密度更低的水泥浆时，酸溶性水泥还可以泡沫化，形成泡沫酸溶性水泥，使之具有泡沫水泥和酸溶性水泥的双重优点。