页岩气水平井钻井液技术的难点及选用原则

芦旭

摘 要：随着社会经济不断发展，我国针对页岩气的勘探开发工作已经全面展开，就勘探开发实践操作而言，页岩气开发主要以丛式水平井和浅层大位移井为主，以满足页岩气相应的成藏特征需求。页岩气开发是一项复杂、系统的工作，受页岩地层发育复杂性影响，其在长水平段钻井过程中，容易出现井漏、缩径、垮塌等问题。笔者从页岩气水平钻井入手，结合工作实践，就其井液技术难度及解决对策，发表几点看法，以供相关单位参考。

关键词：页岩气；水平井；非常规油气；井液技术

页岩气具体是指以多种相态存在，于泥页岩地层中富集的天然气，其具有生产周期长、储量大等特点。我国对于頁岩气的研究和开发起步相对较晚，针对页岩气独有的成藏特征，目前页岩气開发以丛式水平井和浅层大位移井两种布井方式为主，在实际操作过程中，受多方面因素影响，较容易发生井漏、缩径和垮塌问题。因此，从水平井钻井特点和难点入手，结合钻井液技术实际需求，探索相应技术优化措施，提高井壁稳定度、减少摩擦，具有重要的现实意义。

1 水平钻井井液技术常见难点分析

1.1 井壁稳定问题概述

相关统计数据表明，页岩稳定性差是页岩气钻井井眼问题的主要成因，约占总问题数量的70.0%左右。就钻井操作而言，当钻井液穿过地层裂隙、裂缝以及较弱层面后，在页岩及钻井液相互作用下，页岩对应的强度和孔隙压力遭到改变，从而对页岩整体的稳定性造成相应的影响，具体原因如下：一，孔隙压力影响因素分析。孔隙液体与页岩间的相互作用，会导致黏土层间膨胀应力和水花应力的改变。一方面，层理间隙内部流入滤液后，页岩内部黏土矿物与水接触发生膨胀，产生膨胀压力导致张力上升影响井壁稳定。另一方面，如相应减小水化应力，还会导致张力降低，进而导致泥页岩收缩问题影响稳定；二，就具有低渗透性特征的页岩地层而言，滤液渗入较为缓慢，通常需要几天的时间完成近井壁对应的孔隙压力与钻井液压力的平衡，故而会丧失部分钻井液柱压力的支撑效果。

1.2 高摩阻和高扭矩问题概述

就浅层大位移布井而言，鉴于其定向造斜段对应的斜率相对较高，故而在斜井段滑动钻进定向过程中，容易出现小台阶问题，从而影响相关数据的准确性，导致键槽问题。针对水平井段而言，在定向滑动钻进过程中，井壁与钻具间的摩擦作用较大，从而导致钻进过程中钻头扭矩过大的问题，相应提高了对于钻井液润滑效果的实际要求，以满足水平钻井过程中实际的降阻减摩要求。另一方面，受井眼曲率大、套管自身重力小、水平段长以及摩擦阻力大等因素影响，下套管操作过程中，较容易出现粘、卡问题，也对钻井液的润滑效果提出了更高的效果。

1.3 岩屑清除问题概述

水平井造斜段普遍具有井斜变化大地特点，井眼清洁较为困难，并且岩屑自身的重力作用以及页岩坍塌也会对井眼清洁产生一定的影响。另外，小井眼具有的环空间隙较为狭小，且泵压力较高，易对排量造成限制导致岩屑床地产生，最终导致摩擦阻力的进一步增加，客观提高了对于钻井液携岩清砂能力以及流变性的实际要求。

2 页岩气水平井井液技术优化措施分析

2.1 井壁稳定性优化措施分析

针对井壁的稳定性问题，相关工作人员可使用化学方法（封堵和抑制）、环控压力控制法以及钻井液密度控制法进行调整和控制，尤其是使用化学方法，针对页岩中的水化应力进行控制，优化页岩强度和孔隙压力，在实际操作中十分必要。首先，针对具有低渗透性特性的页岩而言，操作人员可使用CaCl2钻井液或高矿化度聚合物钻井液进行操作，以达到降低钻井液活性，减少总压力产生的目的。也可以使用Al3+盐或KCOOH井液，协调井壁范围内的化学关系，达到稳定井眼的目的；其次，对于层理发育和裂隙性发育的，具有高渗透性特征的页岩，工作人员可使用相应的封堵剂进行封堵以提高井壁的稳定性。

2.2 钻井液体系选择概述

就页岩气水平钻井而言，其可以选择的井液种类众多，如油基钻井液、合成基钻井液、水基钻井液等等，其挑选原则主要从井壁稳定性、防卡、润滑、以及井眼清洗等方面入手。

对于水基钻井液来说，控制其井壁稳定性的关键措施，在于封堵能力和抑制性控制。从实际操作的角度分析，操作人员可以通过减少钻井液流入的方式，提高页岩的整体稳定性，同时也可使用相应的化学试剂控制降低页岩地渗透率，以达到维持井壁稳定的目的。

此外，确保井液良好的润滑性、控制降低其内部摩擦阻力，也是井液选择时关键性的性能要求。无黏土相或低固相强抑制性钻井液在润滑性能方面具有突出优势，可有效防止粘卡问题的发生。铝基钻井液、甲基葡萄糖甙钻井液以及硅酸盐钻井液等在润滑性、封堵性以及抑制性综合性能方面，具有良好的表现。

3 结语

综上所述，页岩气是一种储量丰富的非常规能源，目前我国对其的研究和开发工作已经全面展开。从工作实践的角度分析，受页岩气独特的储藏特性影响，在实际开发过程中，容易出现井漏、缩径、垮塌等问题，影响开发效率和安全。因此，相关单位需从开发现场实际需求入手，综合考虑润滑性、抑制性、封堵性等钻井液使用需求，科学选择钻井液及使用技术，以确保页岩气的顺利开采。

参考文献：

[1]王中华.页岩气水平井钻井液技术的难点及选用原则[J].中外能源，2012（04）.

[2]何斌.页岩气水平井钻井液技术的难点及选用原则[J].化工管理，2016（02）.

[3]张振友，王吉文，牛春等.KAM油田水平井井液技术[J].西部探矿工程，2011（10）.