页岩气水平井钻井技术.doc

102 页岩气水平井钻井技术摘要当前我国页岩气水平井钻井施工整体表现出成本高、周期长、复杂事故多等问题。针对这些问题, 本文对国内页岩气井进行了技术跟踪,归纳了当前我国页岩气水平井钻井过程中所面临的轨迹优化及控制、井壁稳定、摩阻扭矩、井眼清洁以及固井技术等难点问题。关键词页岩气水平井轨迹控制井壁稳定摩阻美国页岩气资源的规模化开发和商业化利用,正在改变着世界能源格局,而同为世界能源进口大国的中国,同样拥有丰富的页岩气资源。政策以及相关支持政策的陆续出台,不但表明了我国政府大力发展页岩气资源的决心,而且正在积极推进我国页岩气产业的全面、快速发展。页岩气是指赋存于富有机质泥页岩及其夹层中,以吸附或游离状态为主要存在方式,在一定地质条件下聚集成藏并具有商业开发价值的非常规天然气。与常规天然气藏相比,页岩气储层孔隙度主体小于 10 %,储层孔隙为 0~500nm ,孔喉直径介于 5~200nm ,渗透率极低,一般多采用水平井并经水力压裂技术改造后进行开发。当前,公认的具备商业开采价值的页岩气藏需具备以下条件: ①页岩气储集层厚度大于 100ft ( 30m );②富有机质页岩有机质丰富, TOC >3%;③成熟度 Ro在 - 之间; ④气含量>100ft 3 /t;⑤产水量较少,低氢含量; ⑥黏土含量小于 40% ,混合层组分含量低; ⑦脆性较高,低泊松比、高杨氏弹性模量; ⑧围岩条件有利于水力压裂控制。页岩气藏作为典型的连续型油气聚集, 往往分布在盆地内厚度大、分布广的集“生-储-聚”为一体的页岩烃源岩地层中。页岩作为粘土岩常见岩石类型之一, 是由粘土物质经压实、脱水、重结晶作用后形成的,其成分复杂,除包含高岭石、蒙脱石、水云母、拜来石等粘土矿物外,还含有诸如石英、长石、云母等碎屑矿物和铁、铝、锰的氧化物与氢氧化物等自生矿物,页岩层理构造发育,多呈页状或薄片状(图 1左) ,并沿层理发育有大量裂隙和微裂隙(图 1右) ,脆性高、易碎,外力击打作用下易裂成碎片,且吸水膨胀性强, 长时间裸露浸泡后极易引起井壁缩径、垮塌、掉块等复杂事故。例如, 四川威远- 长宁构造完成的 3 口页岩气水平井, 水平井段钻进过程多次遭遇井壁垮塌、掉块等复杂, 引发卡钻、报废进尺等事故, 并导致 3 口水平井储层段 40% 进尺作业占总作业时间 70% 以上。同时, 页岩气水平井井壁失稳问题频发,不但严重影响到钻井周期、钻井成本等问题,还直接导致井身质量差、固井难度大、储层污染严重等问题,这些问题都给后续开发带来极为不利的影响。据不完全统计, 截止 2012 年初, 四川威远、长宁及云南昭通页岩气产业化示范区完钻的 4 口水平井, 平均井深 3357 米, 平均钻井时间 118 天, 而北美地区井深 4000 ~ 5000 米, 水平段 1500 ~ 2000 米的页岩气井钻井周期通常在 15~ 20 天,水平段钻井时间仅为 5~8 天。由此可见,我国相对落后的页岩气水平井钻井技术,已经成为制约我国页岩气工业快速发展的重要瓶颈。 103 图1 页岩层理构造及裂隙电镜扫描照片 1 钻完井技术重点、难点分析(1 )井眼轨迹优化设计及控制由于页岩气储集层渗透率低,为了实现页岩气的商业化、规模化开发利用,必须钻大量的水平井,而长水平段水平井钻井过程中,如何有效降低摩阻扭矩,如