长宁页岩气田钻井技术难点及对策探讨_谢果

长宁页岩气田钻井技术难点及对策探讨

谢果1，任虹宇

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（1.中国石油西南油气田分公司工程技术研究院，四川　广汉　618300；

2.中国石油西南管道德宏输油气分公司，云南　芒市　678400）

摘要：随着时代的进步，科技的发展，人类社会对油气资源需求量越来越大，油气资源成为了人类发展史上最为主要的资源之一。国家经济发展建设离不开油气资源，工业生产、国防建设离不开油气资源。随着油气资源开采力度的加大，世界范围内能源紧缺加剧，这使得页岩气成为油气勘探的新方向。我国页岩气虽然资源丰富，但地质条件较复杂，开发存在难度，气田钻井技术存在难点，如何解决值得研究。本文将针对长宁页岩气田钻井技术难点及对策展开研究和分析。

关键词：钻井技术；页岩气田；技术难点；对策中图分类号：TE242.9 文献标识码：A

作者简介：谢果（1987-），男，大学本科学历，助理工程师，研究方向：钻井技术及固井技术研究。收稿日期：

2016-03-10随着我国经济发展速度的加快，能源消耗问题日益突出，为了缓解国内能源供求矛盾，解决能源供应问题，寻找新能源势在必行。相关调查研究表明，全世界目前拥有6 600万亿立方英尺的可开发页岩气，中国拥有1 275万亿平方英尺可开发页岩气，占全球存储量的五分之一，说明我国完全可以开发页岩气田，缓解能源紧缺压力。但目前我国页岩气田开发刚刚起步，相关技术经验缺乏，尤其在钻井技术方面存在难点，如何进行技术改进值得研究。

1　页岩气田基本特征及其开发情况

页岩气是蕴藏于页岩层可供开采的天然气资源，指赋存于富有机质泥页岩及其夹层中，以吸附和游离状态为主要存在方式的非常规天然气，其成分以甲烷为主，主要分布在盆地内厚度较大、分布广的页岩烃源岩地层中[1]，属于高效、清洁能源，应用领域非常广泛。当前很多发达国家都在尝试开发页岩气，从而解决常规天然气存储量下降问题。页岩气勘探开发成功率高，相对成本低，生产周期长，具

有较高工业经济价值[2]。

中国页岩气储备量世界第一，但开采难度较大，储层一般呈低孔、低渗透率的物性特征，气流阻力比常规天然气大，所有井都需实施储层压裂改造才能开采出来。目前中国页岩气开发仍处于起步阶段，距离商业化仍有一定距离。

2　长宁页岩气田钻井技术难点

长宁地形地势复杂，属于典型盆地，南北两端小，

中腹较大，地势南高北低，南部为中低山，中北部为丘陵。目的层埋深大于2 300 m ，深层页岩气埋深超过了4 500 m ，页岩气形成机理复杂，所储位置特殊，开发难度大。

（1）地层井壁稳定性差。保障地层井壁稳定性很重要，是保障正常开发的前提条件。影响井壁稳定性的因素多种多样，具有不确定性。长宁页岩地层非均质性及各向异性突出，有层理裂缝特征。因此，在钻井过程中，在外力作用下，页岩地层结构发生改变，超出应力荷载范围，将造成裂缝延伸，诱发质量安全问题，对井壁稳定性造成影响，导致井壁不能满足质量要求[3]。另一方面，长宁页岩地区，矿物成分脆性矿物含量较多，已经达到50%以上，所以脆性好，页岩地层强度低，也会严重影响井壁稳定性，甚至引起井下故障，发生井壁垮塌事故。

（2）井眼轨道复杂。为了保障经济效益的实现，减少井场数量，目前开发中主要采用的是丛式水平井。而这种井与常规水平井相比井眼轨道差距非常大，复杂性较强。丛式水平井是偏移距大的三维井眼轨道。为了实现地下井网全覆盖，所以通常情况下会利用交叉式开发模式，更进一步加大了井眼轨道复杂性。开发过程中长水平段，开发效率高，成本低。但水平井段并不是越长越好，长度增加不仅会诱发垮塌，更会加大钻井难度，提高钻井成本。此外，由于轨道复杂，工具的使用也会存在诸多限制和困难，会严重影响工具面摆放与控制。

3　长宁页岩气田钻井技术难点的对策

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谢果 等·长宁页岩气田钻井技术难点及对策探讨

验工作。实际施工过程中的应力一般控制在450 kN 左右，后期不需要进行复合应力的试验。上述工作完成后在生产制造过程中充分考虑配合间隙，例如上下滑套与分级箍之间的装配间隙，下滑套与到达止环位置后，为了保证水泥浆的垫层可靠消除，必须检查下滑套和双级箍之间的间隙，从而保证开关孔过程中顺利进行，提高分级箍使用的成功率。

2　分级固井注水泥工艺的应用

（1）方案设计。施工之前结合实际工程的地层岩性、电测井直径、井身结构和井下具体情况开展套管柱的设计工作，同时完善注水泥浆设计，在明确下套管作业技术要求的前提下，优化完善固井施工方案设计。

（2）分级注水泥作业要点。应用过程中需要结合井下的实际条件，选用科学的分级注水泥工艺。通常情况下，应用连续性分级注水泥方法，保证井下条件稳定的同时，一级水泥浆到达设计量时，及时进行一级碰压，从泵房或者水泥车上进行放压，检查浮箍浮鞋在井下是否工作正常，保证水泥浆不回流后才能投入重力塞，否则不能打开水泥循环孔。

在选择分级箍位置过程中，需要保证选点地层稳定，井径较为规则，在分级箍上、下套管上安装套管扶正器，保持分级箍在井眼中的居中度。由于第二级注水泥碰压压力一般维持在15~20 MPa，因此在关孔的过程中，将井口的最大压力控制在15~20 MPa，同时也要充分考虑钻井液静液柱压差。在分级柱压力设计的过程中需要准确计算出最大压力，保证压力值满足井口压力的需求，否则必须在替浆及时注入一定量的重泥浆，增加套管内泥浆的密度后可以降低关孔压力，为井口施工提供安全的环境，同时需要对薄弱的地方进行抗拉强度校核[4-5]。

非连续式分级注水泥施工的方法，可以充分结合不同井的实际情况进行应用，在现场应用过程中，结合多种外加剂，例如SXY系列、ST200S和ST200R系列等，分级注水泥固井的电测结果满足质量要求，上下有分割层，不需要在中间设置水泥封隔。

综上所述，在钻井工程中应用分级注水泥施工可以大大提高固井质量，解决地层空隙压力低、水泥封固段长的问题，可以有效避免下部气层引起水泥浆失重的问题。工程中应用的分级箍具有较高的固井合格率，逐渐发展成为系列化产品，同时获得了推广应用。分级注水泥施工方法在应用过程中主要包含对地质情况的考察、套管柱设计、下套管作业、固井和分级注水泥等环节，在施工过程中必须做好质量控制。

参考文献：

[1] 周代，何德清，蒲世东，等. 分级注水泥器与

管外封隔器的选用[J]. 油气田地面工程，2009，28(2)：42.

通过前文分析可以知道，长宁页岩气田开发难度非常大。因此，应积极针对当前的技术问题，进行技术改革，以提高开发效率，降低开发难度。

（1）地质特征精细描述。在前文分析中知道，地层井壁稳定性差将严重影响钻井开发进度，因此，应在钻探前积极应用地质特征精细描述技术。利用该技术来了解地层结构，分布规律。复杂地质条件会影响井壁稳定性，影响可钻性，降低钻速。通过地质特征精细描述技术了解地质特征后，就可根据勘察情况，选择更为合适的钻井方式，提高开发效率。定量分析钻井过程中对地层的影响，评价页岩地层的水化能力，进一步优化开发方案。

（2）井眼轨迹控制技术。井眼轨迹复杂，增大了开发难度，影响着了钻井效率。想要解决这一难题，应积极利用井眼轨迹控制技术，进行测井，结合钻井、录井资料，进行精细描述，根据地层出水、出气预测结果优化井位。具体的钻井过程中，对于长水平段的控制，可利用EMWD仪器，变径稳定器、高温螺旋杆、经济自动调节定位工具，轴向振荡器等工具与仪器，优化钻具组合。通过对技术手段的优化来提升井眼轨迹控制能力，保障钻井质量，降低钻井成本，消除施工过程中的确定性因素，降低井眼轨迹复杂带来的负面影响，提高施工效率。

综上所述，新时代背景下，能耗问题日益突出，世界各国都面临着严重的能源短缺问题，寻找新能源势在必行。页岩气属于清洁能源，开发周期长，对于解决能源短缺问题有着很大帮助。我国页岩气丰富，应加强开发，但页岩气开发难度大，存在诸多问题。因此，我国应积极进行页岩气田钻井技术优化，提高开发效率，降低开发成本，利用页岩气田缓解国内能源供求矛盾。

参考文献：

[1] 黄桃. 四川长宁龙马溪组页岩气水平井钻井

液防塌技术研究[D].西南石油大学，2015，13(11)：119~124.

[2] 李传华. 长庆苏里格气田水平井快速钻井技术研

究与应用[D].西安石油大学，2013，11(14)：132~135.

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吴亚坤 等·试论分级固井注水泥工艺技术研究