论述页岩气水平井提速技术研究

贺鑫

关键词：页岩气;水平井;钻井;提速技术

由于我国在页岩气研发方面还处在起步阶段，与国外发达国家仍存在不小差距，但随着我国在页岩气工程领域不断的投入，在应用领域已然初步形成了页岩气工程的配套技术，而随着现实地质的复杂化，工程技术还需要进行不断的优化提升，进一步实现页岩油气的经济性和有效性。涪陵地区现如今已经被国家比准为国家页岩气示范区域，开发和利用页岩气的重要性需引起重视，合理规划该区域已经国家和行业关注的焦点。但是在涪陵区，页岩气海相的地层相对古老，并且对岩层进行分析得知页岩拥有很高的硬度，从而导致钻遇地层复杂多样，极容易发生漏失以机械钻速难以提升的问题，这些在页岩气水平井钻井过程中是不可回避的问题。

1 钻井技术难点

1.1 难以控制井眼的运动轨迹

开发和利用礁石坝区块的主要方式是丛式水平井，这种方法在是使用的过程中具有靶前位移长的特征，井轨道的设计特点为长稳斜段，长度在600～1400m不等。另外，在纵向地层之上，拥有相对较多的薄层和互层，后期方位在变化的时候也相对较大。砂页岩与泥岩两者之间的相互交替而形成变化，使得在控制运动轨迹的时候难度提升。不仅如此，位于二开定向段位置的井眼，拥有过大的尺寸，并且地层在自然的状态之下也表现出显著的倾斜现象，从而造成在控制常溫斜段轨迹的时候，难度较大。井下摩阻大及托压明显、定向速度慢等问题加大了打井斜条件下的方位角度调整难度。

1.2 机械钻速低

礁石坝地区的地质情况所表现出来的特点则是拥有时代久远的页岩气海相地层，岩石也具有很高的硬度，并且胶结也十分致密。岩性交替，致使钻头工作过程中所受冲击过大，比较容易导致钻井过程中的跳钻问题。部分地区还容易出现钻头崩齿、失效快的问题。不仅如此，在进行大井眼的钻井过程中，因为泥页岩的水化作用相对较强，并且表现出来的定向托压也十分严重，所以也会相对较为容易的造成在钻进的过程中二出现蹩钻的现象，这些问题出现以后若是不能快速解决，将会造成机械破岩所需要的能量不足，机械钻速低，拖慢了整体钻井速度。

1.3 井漏

由于受到上部位置的陆相地层的溶洞发育以及裂缝生长的影响，地层普遍的存在着破碎带现象，进而造成漏失问题相当严重，部分区域即使加强堵漏作业也不能实现彻底的成功，只能选择填井侧钻。此外，在龙马溪组-五峰组，泥页岩是其最为主要的岩性特征，这种岩性特征主要体现在发育层理裂缝，从而容易造成油基钻井液巨大的损失。

2 钻井提速技术分析

2.1 钻头与辅助破岩工具的选择

钻头的选择需要根据该区域钻头的使用特点，并结合所钻遇地层的岩性、地层可钻性剖面来对该地层的可钻性特征进行准确的分析和评价，并以此为基础进行与该地层可钻性匹配度比较高的钻头类型的选定。在此过程中，可以根据完钻井的录井资料，进行虚拟强度指数钻头性能评价方法的搭建，进行钻头类型的辅助性选择。此外，为了对钻头进行有效保护，要进行辅助破岩工具的精准选择，该区域采用水力加压器、耐油基螺杆对破岩的工作进行合理辅助，通过使用辅助性质的设备，尽可能的降低井下的振动情况，从而更进一步的将破岩能量的使用效率提升。水力加压器的原理是将钻头加压的方式进行改变，从而实现了钻头增加的稳定性，同时能起到减少震动、延长使用寿命的效果。耐油基螺杆是为了避免常规螺杆易脱胶、失效快的问题，其平均使用寿命高于100h，并且凭借自身较强的扭矩，可以极大的帮助提升机械钻速。

2.2 井眼轨迹控制

2.2.1 预弯曲动力学防斜打快钻井技术

预弯曲动力学防斜打快钻组合中包含稳定期和预弯曲短节，钻头的降斜力超过地层增斜力时可以实现降斜的目的，而预弯曲的设置则是为了降低钻头偏向造成的偏向力。在该工艺中，凭借单弯螺杆扭矩大、转速高及过载能力强的特点，进行防斜能力的优势发挥，同时，也可以实现钻压值高过钟摆钻具，从而实现机械钻进的效率有效提升。

2.2.2 长稳斜段轨迹控制技术

通过有机结合稳斜段钻和具有高自然造斜能力的地层微增，可以对长稳斜段钻进作业实现增斜率的高效控制。并且为了提高轨道控制技术能力，进行井斜角和全角变化率的有效控制，从而帮助提升井眼轨迹的光滑度和井眼的平滑度，不仅能够降低井下事故率，同时能够提高机械钻速。

2.2.3 长水平段稳平控制技术

长水平段水平控制需要充分结合该区域长水平段特点，进行小角度单弯螺杆--欠尺寸双扶稳定钻具的组合型创新，这个组合也充分的对大变形、变截面/变刚度纵横弯曲梁理论作出了详细的参考，并且与弯外壳螺杆动力钻具组合所具备的导向能力相结合作出研究。这个组合可以有效的将长水平段稳平控制的效果予以提升，不仅仅可以将复合钻进的比例进行大幅度提升，更可以尽可能的将滑动钻进的比例进行降低，高效提升控制长水平段轨迹的精准度。

2.3 防漏技术

2.3.1 上部缝洞型地层堵漏

在这个地区之中，当一开钻进的时候，会很容易的发生溶洞性漏失以及裂缝性的漏失现象。当井眼处于稳定状态，并且清水较为充足的时候，那么便可以充分的利用清水强钻实现对漏层钻穿的目的，进而有效规避因为井漏而发生污染倘若是出现清水漏失或者是清水不足的现象，那么便需要控制清水流失的情况，做好封堵。

2.3.2 二次开钻低密度钻井液防漏

韩家店组--小河坝组岩性特征主要为泥岩、砂质岩，其漏失情况多见于层理缝漏失。另外，井段地层预测而得到的压力系数将会与实际地层的压力系数之间表现出较大的差距，需要基于保障上部地层位置的井下安全情况，降低钻井液的密度值，将密度值降低到安全窗口的下限位置，尽可能的保持与钻井的平衡。

2.3.3 控压钻井

就涪陵地区的储层段而言，坍落与漏失等现象比比皆是，通过运用控压钻井技术能够快速实现安全钻进水平段的目的。控压钻井及数采用低密度钻井液，通过提供井口回压的方式来对井底压力进行控制，从而保持井底能够处于微平衡的状态，进一步解决井底和地层之间过大的压差而带来的卡钻或井漏问题，避免井塌等复杂情况发生，帮助实现水平段的安全高效钻进。

3 应用效果

3.1 井眼轨迹精细控制得以提高

通过设计的优化，直井段预弯曲动力学防斜打快钻井工艺有效提升了机械钻速，且井斜控得到了有效控制。定向段优化剖面上设计，缩短了稳斜段长度，水平段提高长水平段的稳平控制能力和符合钻进比例，有效提高了长水平段轨迹的有效控制。

3.2 钻井速度大幅度提高

2014-2015年间，涪陵页岩气水平钻井提速技术进行了28口井的现场应用实践，进行改善性技术的采用，并在此基础上逐渐形成了页岩气水平钻井提速集成配套方案，帮助钻井速度实现了有效提升，各口井不论从井深还是从钻井周期等各方面都先后刷新工区钻井的最高纪录，由此可见其提速提效的成果非常显著。

4 结束语

涪陵页岩气水平井提速配套技术是在页岩气水平钻井提速过程中，建立基于地层可钻性和实钻效果的钻头选型方法，帮助进行钻头类型的定性，从而优选钻头类型和辅助破岩工具，帮助有效提升机械钻速。此外，通过经验轨道剖面的优化，使其更加符合自然造斜能力，从而提升复合钻进比例。通过以上主体措施，进行该区块针对性的钻井提速技术的设置。

参考文献：

[1]李永耀，李国荣，罗红芳，等.延长陆相页岩气水平井提速技术研究[J].探矿工程-岩土钻掘工程，2020，47（3）：9-15.