油田页岩气水平井钻井关键技术分析

陈超

摘要：本文在研究中以油田页岩气水平井钻井关键技术为核心，列举工程案例，分析油田页岩气水平井钻井关键技术，明确该技术的应用效果，钻井效率高、成本低，值得被广泛应用，并为相关研究人员提供一定的借鉴和帮助。

关键词：油田页岩气;水平井;钻井技术

一、工程概况

某油田页岩气水平井钻进施工中，基于导眼井实施水平井侧钻，以“导管+四开制”为主进行布设，完工后井深为5179m，施工周期为45.38天，机械钻进均速为7.19m/h。如图1为井身结构。导眼井属于直井型，以“导管+三开制”为主进行布设，运用导管钻进，完工后井深为3433m，施工周期为74.33天，机械钻进均速为4.59m/h。

二、油田页岩气水平井钻进关键技术

（一）旋转导向钻井技术

当前，旋转导向钻井技术应用中，具有较大的应用优势，技术水平比较先进，大多应用在特殊油藏的高难度定向井、大位移井、水平井、超深井以及水平分支井。在实际应用中，旋转导向钻井技术主要通过远端计算机，在计算机界面输入工具参数值，由脉冲传至井底仪器，优化工具面角，以实现井眼轨迹的控制。相比于传统螺杆导向钻井方式而言，旋转导向钻井技术具有极强的准确性和及时性，可以实现经验轨迹控制的最大精度，保证导向钻井中的持续性旋转，实现摩阻扭矩的控制。

（二）固井技术

通过对本油田页岩气水平井钻进难点的分析，参考国内外固井技术，选择双凝双密度水泥浆，配置比例為1.38：1.88=低密度缓凝水泥浆：髙胶结弹性防气窜水泥浆，二者配合使用，不仅可以降低水泥浆液柱压力，还可以提高下部产层固井质量，避免固井中出现水泥浆泄露问题。且由于髙胶结弹性防气窜水泥浆具有极强的胶结能力与防气窜能力，便于后续压裂施工，提高固井综合质量。

（三）激进式钻井技术

为了环节环空压耗较高的问题，本钻进工程中选择激进式钻井技术，在设置钻井水力参数中，将钻井参数和水力参数的实际值都超出其设计值。与此同时，必须对现有钻井设备进行升级，把原有35MPa地面高压管提高到52MPa，根据井深大于5000m的水平井应用大功率F-2200型钻井泵，符合激进式水力参数要求。选择Landmark软件进行岩屑床厚度和井斜角关系进行模拟，发现若井斜角高于50°，则岩屑床厚度激增后提高了井眼清洁程度要求，必须优化钻井液排量与钻具转速，进而保证钻进效率和水平井质量。

1.钻具转速设计

设井斜角65°下，钻井液排量达到40L/s，其机械转速设定5.2m/h，通过Landmark软件模拟，获得岩屑床厚度和钻具转速间的关系，如图1。

由图中可得，在钻具钻速不断增加后，岩屑床厚度与悬浮岩屑浓度呈逐渐下降趋势，基本判定当前增加钻具钻速可以促进井眼清洁度的提升，结合井壁稳定性，确定钻具钻速要从60-80r/min增加到80-100r/min。

2.排量设计

设井斜角65°下，钻井液排量达到40L/s，其机械转速设定5.2m/h，通过Landmark软件模拟，获得岩屑床厚度和钻井液排量间的关系，如图2。

由图中可以得到，随着钻井液排量不断增加后，岩屑床厚度呈现持续下降的趋势，基本判定钻井液排量可以促进井眼清洁程度的提高。按照水平井钻井要求，将钻井液排量由原来的30L/s，增加到32L/s，在水平段钻进过程中要增加到3532L/s，进而有效控制岩屑沉降，达到最佳的井眼清洁情况。

三、油田页岩气水平井钻进施工中的注意事项

（一）使用油基钻井液

考虑到本油田页岩气水平井施工难度，选择高性能油基钻井液，这是因为页岩具有亲水性特征，吸水后迅速膨胀，造成井壁掉块脱落的情况，降低井壁的稳定性，钻进中必须使用高性能的钻井液，而高性能油基钻井液在高温高压环境下30分钟的虑失量达到1.8ml，大大提高了井壁稳定性。与此同时，在实际应用中，油基钻井液主要以柴油为基础油，以脂肪酸和共聚物为原材料，对传统油基钻井液进行了改进，取替有机膨润土，将固相含量控制在5%-9%之间，有效提升了泥饼质量，实现摩阻扭矩的控制。除此之外，油基钻井液的凝胶强度高，有效预防井漏问题。

（二）合理选择钻具组合

由于本水平井的水平段长，且井眼轨迹控制难度大，需要配备斜坡钻杆进行同步钻进，通过倒装钻具组合，可以保证井身质量，控制摩阻扭矩，进而提高钻进效率。水平段钻具组合设计中，设置：钻头+“旋转导向+MWD”组合+加重钻杆×1根。

（三）选择适宜的钻头

由于该区域地层可钻性不高，在钻进过程中，必须要合理选择适宜的钻头，使得钻头符合地层岩性特征，配备相应的旋转导向工具，保证钻进施工中的机械转速为6.54m/h，值得注意的是，旋转导向工具要和PDC钻头共同使用，使用在钻进井段中，保证机械钻进速度为7.52m/h。综合考量油田页岩气水平井目的层钻头使用情况，由于PDC钻头的适用性更优于牙轮钻头，在本次钻进施工中选择WH-MGE951-3型PDC钻头。

结束语：

综上所述，在油田页岩气水平井钻进过程中，要不断优化钻井关键技术，改变原有的钻进方式，综合分析水平井轨迹控制、摩阻扭矩以及固井质量等方面因素，确定机械钻进速度，将摩阻扭矩控制在合理范围内，配合旋转导向钻井技术，实现油田页岩气水平井可以成功钻进，提高施工质量，保证施工进度，进而达到最佳的应用效益。