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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。
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,如何实现井眼轨迹精确控制是摆在当前尚未得到解决的问题。
图2 平台水平井
出于为了获得更好的压裂效果、沟通更多的天然裂缝以及井壁稳定的考虑,水平井眼轨迹通常设计为沿着最小水平地应力方向,同时,为了降低钻井成本,国外多采用多井平台长水平段水平井开发,即每平台
6~8口水平井,最多可24口井,通常采用中长半径,造斜率10°~14°/30m之间,水平段长度通常介于1000~1500m,最长达到3000m,见图2。因此,页岩气平台水平井三维轨迹不可避免,如何实现精确导向、防碰绕障等问题也相继产生。
针对精确导向问题,虽然目前有一系列旋转导向工具,能够提供精确定向服务且能形成高质量的井眼,但是成本高,在规模开发中,普遍采用旋转导向实行轨迹控制与页岩气开发的低成本战略不相符,如何采用MWD+常规导向马达,在滑动+旋转钻进方式下实现页岩气水平井三维轨迹的精确高效控制也成为当前面临的一大难题。
(2)井壁稳定
对泥页岩井壁失稳问题的研究,自上世纪以来,先后经历了纯力学研究(弹性力学阶段,弹塑性力学阶段,多孔弹性力学阶段)、泥浆化学研究、力-化耦合研究、力-化-热力学耦合研究等多个研究阶段,取得了一系列的研究成果和较为系统的研究方法,但当前井壁失稳仍
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是页岩气钻井过程中一个不可回避的问题,页岩气储层井壁失稳问题在我国页岩气开发过程中已普遍存在。如我国四川、云南页岩气示范区,钻井过程中无一避免的出现了严重井眼垮塌。例如,昭101井牛蹄塘组灰色、深灰色、灰黑色泥岩层理发育,引起井壁坍塌,同时存在破碎带,井径扩大率最高达68%;昭103井清虚洞组底部出现严重扩径现象,%;威201-H1井钻井中, g/cm3的油基钻井液进入龙马溪页岩储层,定向及水平段逐步调整密度至
~,井下出现垮塌,,但完井阶段处理井下复杂时, g/cm3,多次重浆举砂,清理出垮塌物(见图3)约35m3,耗时37天;宁201-H1井在2800~3000m井段出现严重垮塌,起钻时造成钻具卡死无法处理,导致侧钻等等。
图3 威201-H1垮塌物
频频遭遇的井壁失稳问题表明,目前,不管是国内钻井公司还是国外钻井公司,不管是使用水基泥浆还