页岩气水平井固井技术难点与对策分析

王婷

【摘  要】我国页岩气资源量丰富，勘探开发潜力巨大?近年来，在川渝地区页岩气开发取得了较好的经济效益?页岩气储层物性差，为了提升开发效益，多使用水平井开发，给固井施工作业带来了难题?为此，对页岩气水平井固井过程中存在的岩屑床堆积?套管下入难?套管居中度差?水泥浆顶替效率低等问题进行了探讨，采取相应的技术措施提升固井质量，保证后续施工作业的顺利进行，对提升页岩气井开发效益及使用寿命具有较大意义?

【关键词】页岩气;水平井;固井;技术难点;对策

最近一些年来，页岩气资源作为非常规能源得到了世界各国的重视，但页岩中有较多的泥质，存在着易破碎和膨胀的特点，地下储层孔隙度和渗透度都不高，多在固井完成以后进行射孔作业，利用压裂增产手段来提升页岩气产量，这就是对固井技术提出了更高的要求?与普通固井方式不同，页岩气固井对水泥性能要求很高，还需要对水平井段进行固井，保证套管位于井壁中间位置，固井完成后还需要把油基钻井液驱替出来?

1固井流程及技术要点

固井的目的就是要保护油气井套管?稳固井壁，封隔地层内的油气，避免出现油气水窜层的情况，提升开采效果，延长油气井使用寿命?同时固井也是为接下来的试油试采?压裂及采油生产打下基础，固井质量好坏不仅影响接下来的施工作业，还影响油气井产量及使用寿命，固井质量必须得到保障?

固井的一般流程是先向井筒内下入套管，然后装上水泥头，循环钻井液做好固井的准备工作?然后在向井筒内先注入隔离液，水泥浆泵车作用下向井筒内泵入水泥浆，注入足够量水泥浆（满足填充套管外环空间的需求），然后向井筒内注入钻井液，顶替井筒内的水泥浆?水泥浆达到套管外环空间一定需要一定的时间达到凝固的效果，这个时间称为候凝时间，时长通常为24h或48h，或者更长时间?当水泥浆充分凝固，强度达到要求后，就可以开展后续施工作业?

固井过程中有几个施工要点，对于水平井来说，由于井身结构复杂，如何保证套管顺利下入，在造斜段套管下入的摩擦阻力较大?套管在井筒内的居中度影响后期注水泥效果，需要采取相应技术措施来保障套管居中度满足要求，避免出现居中度不好，导致出现窜槽现象?此外，水泥浆性能也比较关键，影响水泥环强度?

2页岩气水平井固井技术难点

水平井井身结构特殊，由于其具有较长的水平段，能够保持井眼在储层中穿行，与储层接触面积大，控制储量范围较广，采用效果好，增产效果明显?但特殊的井身结构也给固井施工带来了难题?

2.1页岩气水平井易形成岩屑床

水平井具有较大水平段，在钻井过程中，由于目的层地层变化，使得钻探目的不明确，当地层起伏较大，钻头轨迹需要频繁调整，以控制轨迹在储层中穿行，以保证储层钻遇率?由此导致井眼轨迹不能按照预定轨迹进行，导致井眼结构更加复杂?由于井眼结构复杂，岩屑在返回过程中，在重力作用下，在水平段容易在井壁下方大量堆积，形成岩屑床使得井眼愈加不规则，在注水泥时，由于岩屑床的存在，在这些部位钻井液顶替效果不好，使得水泥胶结后，形成的水泥环中会有间隙，不仅影响了水泥环的完整性，还会导致油气水窜槽，影响固井质量?

针对岩屑床的问题，对于水平井，在固井前应进行井眼清洁，对于岩屑床比较严重的部位，应进行划眼清除岩屑床，划眼清除岩屑床的效果比较好，能够有效改善井眼状况?

2.2注水泥窜槽

注水泥过程中，水泥浆顶替效率直接影响固井质量?由于注水泥浆时水泥浆在井眼内是呈尖峰状向前流动的，不是平行向前顶替，会导致套管外环空间中部分井段没有被水泥完全封堵，固井水泥环完整性难以保证，这些水泥间隙为油气水流动提供了通道，会诱发水泥窜槽?造成窜槽的原因归结起来有以下几种：一是套管居中度不好?由于井眼不规则，套管下入时没有安装扶正器，造成套管贴近一边井壁，不仅影响水泥浆顶替效果，在套管外环空间的狭窄部位，容易出现窜槽的情况;二是水泥浆密度不够，水泥浆配置太稀，导致水泥浆流动性强，在井眼内与钻井液相混，使得固井质量受到影响，导致出现窜槽的情况;三是井壁不规则，页岩地层遇水膨胀，使得出现缩径?地层坍塌等情况，井壁不规则，在这些部位水泥浆顶替呈尖峰状，顶替效果差，容易出现窜槽;四是由于顶替不彻底，套管外部环空中残存大量游离水，这些游离水聚集在一起，容易形成窜槽的情况?

3提升页岩气水平井固井质量技术对策

3.1提升页岩气水平井套管居中度

对于页岩气水平井，在造斜段井眼曲率较大，套管下入过程中在造斜段受到重力?摩擦阻力?钻井液浮力作用，下入难度较大，套管易发生变形?在造斜段和水平段，受到井壁侧向作用力的影响，套管下入的摩擦阻力较大，并且随着套管下入深度的增加，侧向摩擦阻力增大，使得套管难以准确下入到预定的部位?由于套管下入过程中受到摩擦阻力及应力形变，套管居中度难以保证，套管居中度差造成环形空间形态不规则，影响水泥浆顶替效率?为了提升套管居中度，可以在套管下入过程中安装扶正器，扶正器安装的距离越小，套管的居中度越好，但安装过密会影响套管的正常下入，因此，要控制扶正器合理安放?

3.2使用油基前置液顶替

由于页岩气水平井钻井过程中，为了提升井壁稳定性，同时兼顾润滑性?携砂性及储层保护效果，多使用油基钻井液，油基钻井液保护井壁效果好，润滑性好?对储层保护效果好，但容易在套管外壁或井壁上形成含油泥饼或油膜，使亲水性界面变为亲油性界面，导致水泥浆凝固时，一?二界面的胶结质量变差?为了改善这种情况，可以使用油基前置液，通过前置液改善界面亲水性，使得水泥浆能够吸附在套管外壁或井壁上，提升一二界面胶结质量，达到固井质量要求?

3.3优化固井水泥浆性能

水泥浆性能对固井质量起到至关重要的作用，水泥浆性能如密度?失水量?流变性等对固井质量影响较大?在固井过程中，水泥浆失水过多，会导致析出的自由水在环空中聚集，出现窜槽的情况?在水平段，水泥浆固结时，容易发生沉降，导致水泥环上部的水泥浆少，固结强度低，当地层压力系数大时，在这些部位容易发生气窜?对于页岩气井，通常采用大规模压裂的增产措施，固井水泥浆胶结质量达不到要求，会影响压裂效果?为了保证页岩气水平井固井质量要求，水泥浆性能要求具有零析水?低失水?流变性好?高沉降稳定性?稠化时间短等，同时还要求具有一定的触变性?

3.4水泥浆体系优化

普通的水泥环有着很高的脆性，具备的抗拉强度小于抗压强度?射孔作业完成以后，水泥环受到冲击而形成裂纹，这就导致水泥环完整性受到影响，无法对页岩气起到很好的封固效果?提高水泥环的韧性和抗冲击性能，是减小水泥环破裂的有效手段?可以在水泥浆中添加具备塑性的材料来改善水泥石变形能力，优化后的水泥浆体系可以更好地改进水泥浆性能，还可以提升水泥石性能?

4结束语

随着我国加大了对非常规油气资源的勘探与开发力度，页岩气?页岩油等非常规油气资源成为勘探的热点，页岩气储层物性差，采用普通直井开发产量较低，达不到边界经济效益，为了提升单井产量，多使用长水平段水平井，增产效果明显?针对页岩气水平井固井中存在的问题，诸如岩屑床问题?套管下入难题?套管居中度差?水泥浆顶替效率低等，需要采取针对性措施，提升固井质量，保证后续施工作业的顺利进行，提升頁岩气井的使用寿命?

参考文献：

[1]毛爱杰.页岩气水平井固井技术难点与措施[J].石化技术，2019，26（7）：298，291.

[2]姚泊汗，刘源，杨增民.页岩气水平井固井技术难点与对策分析[J].中国石油和化工标准与质量，2017，37（16）：175-176.