页岩气钻井技术(中)PPT课件

5、套管磨损
四、页岩气钻井技术难点
6、套管下入困难
浅层大位移水平井，由于其定向造斜段造斜率高，斜井段滑动钻进，定向 时容易在井壁形成小台阶；造斜点至A靶点相对狗腿度较大，起下钻过程 中容易形成键槽；井斜变化大，井眼难清洁，下套管过程中易发生粘卡。 其次，由于井眼曲率大、水平段长，套管自由下滑小，摩阻大。套管的自 重摩阻和弹性变形的摩阻非常大，直井段套管自重能够提供的驱动力非常 有限，套管能否安全下至地质设计井深有很大的风险
浸泡10分钟
科学钻探 永无止境
四、页岩气钻井技术难点
页岩气井埋深浅 井壁稳定
泥页岩胶结差
井斜大、稳斜段长
井 壁 稳 定 性 差
各种相应的井下事故 或复杂情况（井漏、 井垮、钻具阻卡严重、 埋钻具）的发生，从 而限制了钻头、钻具 组合、钻井液以及钻 井参数的选择和确定；
科学钻探 永无止境
四、页岩气钻井技术难点 地层胶结差
由于造斜点浅，从造斜点至至A靶点，井斜将达最大井斜，下套管时，斜井段套 管易与井壁发生大段面积接触。当井斜超过70°时套管重量的90%将作用于井眼 下侧，套管严重偏心，居中度难以达到66.7％以上
10、固井前洗井、驱替效果差，水泥浆胶结质量差
岩屑床中的岩屑也难以清洁干净。 油气层顶界埋深浅，顶替时接触时间短， 不容易顶替干净。 井斜角大、水平位移长，套管在井眼内存 在较大偏心，低边泥浆难以驱动，产生“拐 点绕流”现象 油基钻井液必须进行润湿反转后，水泥浆 才能有够胶结
裂缝发育，易发生井漏
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四、页岩气钻井技术难点 2、摩阻和扭矩高
钻具与井壁摩擦 井壁稳定
钻头扭矩
机械扭矩和动态扭矩
摩
阻 和 扭
起钻的负荷明显增加，下钻的 阻力大
定向滑动钻进时，无法明确判 定钻头实际工作的钻压
矩
钻具在过高的轴向压力下会发
高
生屈曲
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四、页岩气钻井技术难点 钻具屈曲情况
屈曲当轴向力低于临界屈曲载荷时，钻柱随这压力并不屈曲，当超过这个临界值时将会发生
屈曲变形成正弦波或者是“蛇形状”。钻具中和点以下钻具是受压的，中和点以上钻具是受拉的。当 钻杆承受过大的轴向压缩载荷时，钻杆会因较小的抵抗轴向阻力而失效变弯，导致屈曲。一旦轴向压 力超过了正弦临界屈曲力，钻柱会发生正弦屈曲（蛇形）。
于钻井液密度
滤液进入层理间隙，页 岩内粘土矿物遇水膨胀， 形成新的孔隙、膨胀压
力，削弱结构力
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四、页岩气钻井技术难点 滤液进入后破坏泥页岩胶结性
★ 层理和微裂缝较发育；
★ 水或钻井液滤液极易进入 微裂缝破坏其原有的平衡， 导致岩石的碎裂。
扫描电镜照片 (裂缝,45倍)
浸泡前
浸泡5分钟
继续增加钻压，将导致钻柱的轴向压力继续增加，如果超过了螺旋临界屈曲力，钻柱将由正弦弯 曲过渡到螺旋弯曲，即沿着井壁盘成螺旋状。
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四、页岩气钻井技术难点 3、岩屑床难清除
泥页岩的崩塌 井壁稳定
钻井液性能及返速
钻井岩屑重力效应
岩
屑 床 难 清 除
进一步增加磨阻、扭 矩
和井下事故复杂发生 的机率
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难点
四、页岩气钻井技术难点
井壁稳定
摩阻、扭矩 岩屑床清除
轨迹控制
套管受损
套管居中 轨钻迹具控组制合
摩套阻管、下扭入矩 钻套具管组磨合损
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四、页岩气钻井技术难点 1、井壁稳定性差
井壁失稳
井眼周围的应力场发生改 变，引起应力集中，井眼
未能建立新的平衡
成岩过程后，强结合水 变成自由水，排不出则 形成高压，孔隙压力高
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四、页岩气钻井技术难点
7、套管受损 套管柱通过水平井弯曲段时随井眼弯曲承受弯曲应力作用。 同时，套管属 于薄壁管或中厚壁管,套管柱随井眼弯曲变形时,即使弯曲应力未超过其材 料的屈服极限,但套管截面已成为椭圆形状而丧失稳定性。由于椭圆的短轴 小于套管公称尺寸,故一些工具无法下入。套管柱弯曲严重时也有可能产生 屈曲变形破坏
完钻日期
2000.4.17 2001.5.5 2011.3.23 2011.1.26
完钻 井深m
1423
2030
1433
3145
水平 位移m
1150
1090.8
613.5
509.3
钻井 周期d
28
28
9
14
科学钻探 永无止境
提
纲
一、
页岩气基本情况
二、
页岩气开发情况
三、 页岩气钻井关键技术 四、 页岩气钻井技术难点 五、 页岩气钻井技术措施
8、钻具组合选择局限性大 浅层大位移水平井，由于造斜点浅，上部地层疏松，胶结质量差，同时页 岩易垮塌的特性，上部钻具自身重量轻，加压困难，导致整个钻具组合的 选择更加受限制。如果钻具组合选择不恰当，极易偏磨套管。扭矩、摩阻 过大，也将极易导致发生钻具事故
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四、页岩气钻井技术难点
9、套管居中程度差
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四、页岩气钻井技术难点 4、井眼轨迹控制难
造斜点浅，井壁稳定性差
井壁稳定
井
眼
目的层疏松，机械钻速高，井径变化
轨
大、扭矩规律性不强
迹
控
制
难
定向工具面摆放困难
井漏、井垮以及其它井下 事故和复杂情况
频繁变化的扭矩ຫໍສະໝຸດ Baidu重干扰 定向的实际效果，定向工具、 钻头作用力方向控制和调节
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科学钻探 永无止境
四、页岩气钻井技术难点
11、固井过程中井漏
固井作业过程中，井底浆柱产生的正压差要比钻井过程中压差大得多。且要求水泥 浆返至地面，封固段长，由于水泥浆摩阻及携砂能力大于常规钻井液，顶替钻井液 后期易造成水泥浆漏失。河页1井替浆过程中漏失严重，井口失返，建111井、黄页 1井也均出现不同程度漏失
三、页岩气钻井关键技术
井眼轨迹优化设计 和控制技术
B
井壁稳定技术
A
页岩气钻井
C
下套管与固井技术
井眼清洗技术
E
D
降摩阻技术
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三、页岩气钻井关键技术
4、江汉油田浅层井施工情况
井号
代斜9-3 长斜10 代8斜-3 代斜14-3
井别
生产井 预探井 评价井 开发井
开钻日期
2000.3.27 2001.4.14 2011.3.15 2011.1.15
科学钻探 永无止境
提纲
一、
页岩气基本情况
二、
页岩气开发情况
三、 页岩气钻井关键技术 四、 页岩气钻井技术难点 五、 页岩气钻井技术措施
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五、页岩气钻井技术措施
1、井身剖面设计
井位选择时，应尽量保证井口的水平投影与A、B靶点在同一条直线上，以减少方位上的拐点。 如果是丛式水平井，本着综合设计的原则进行水平井组的整体设计，避免今后的防碰等意外情 况的发生。