页岩气钻井完井技术调研

页岩气钻井完井技术调研内容摘要：

和水平井的设计、施工阶段都具有十分重要的意义。 井壁稳定性控制 页岩地层容易坍塌，泥质含量越大坍塌越厉害。 在开采时 ，钻屑分析是必须 8 的，用于确定粘土地质化学性，并由此确定恰当的钻井液设计。 在水平井钻井中要防止地层坍塌，还要从力学上 对井壁围岩应力状态进行分析，通过不同应力条件下岩石所表现出来的力学性质以及强度特征，结合破坏准则，建立地层坍塌压力模型，确定保持井壁稳定的钻井液密度下限。 对于采用欠平衡技术来施工的井来说，在关注岩石稳定性的基础上，如何采用合适的负压程度来进行钻进，是未来发展的一个方向。 泥浆密度或当量循环密度也是影响机械钻速的重要因素。 这在钻进中硬页岩层时尤其要注意，在钻进中硬页岩层应使用尽可能低的密度。 在钻进 时，必须在地层压力和破裂压力梯度之间找到一个平衡，超过破压力裂梯度可能导致大量的泥浆漏失，相反小于地层压力钻进可能导致灾难性的井喷。 水力特性和井眼净化能力 水力特性和井眼净化 能力 是 水平井钻井 的一个重要的评价指标。 当量循环密度、摩阻损失、喷嘴特性、泥浆流变和井眼形状都会影响水力特性。 在水平钻进中，井眼净化对于减少扭矩和阻力、提高机械钻速、保持井身完整和减小被卡钻柱的风险是很重要的。 井眼净化对于钻进页岩层又是一大特有挑战。 对杨氏模量较高的页岩地层来说，需要使用 PDC钻头，而由此所留下大钻屑需要及时清洗。 因 为不适当的井眼净化会破坏机械钻速，影响压力降，甚至由于扭矩和阻力产生井斜而导致钻压受影响。 有关 学者认为 ，在高斜井中 ， 钻杆旋转是影响井眼净化最主要的因素。 研究表明 钻杆钻速 40转 /分与不转动相比 ， 井眼净化功率可以提高 一倍 ， 见图 8。 图 6 钻杆旋转速度对井眼净化程度的影响 泥浆流速是对井眼净化的第二个重要影响因素。 然而在平移中实现临界流速是不切实际的，因为大量的高流速必须用于弥补缺乏的旋转。 最好的实践是使用 9 低流速携屑剂。 这样的携屑剂可以作用到高速钻井液漏掉的通道中的岩屑床 钻井液体系 优选 页岩气钻井液 应具有以下功能： 符合满足在大段泥页岩中钻水平井和大斜度井的工程要求； 保证井壁稳定、井眼规则，为固井、电测作业提供好的前提； 配套防漏堵漏工艺技术； 具有防气侵能力； 目前， 针对井壁稳定问题 ， 配套大位移水平井或大斜度井钻进作业的钻井液体系有： PFPEM钻井液： 封堵防塌剂控制滤失量、封堵地层微裂缝和孔隙； KCl、聚合物包被剂、聚合醇联合抑制控制页岩分散和垮塌； 良好的稳定性，保证长期钻井作业的安全。 PFMOM油基钻井液： 乳化后的小水滴界面具有半透膜效应，通过控制活度平衡，使水相不会渗入到页岩层； 良好的润滑性； 良好的稳定性，保证长期钻井作业的安全。 无粘土相钻井液： 选择合适的防水锁剂可满足低孔低渗储层的油气层保护； 泥饼薄，易返排； 低固相含量，润滑性好，增强井下安全； 良好的抗污染能力。 另外， 针对在大段泥页岩中钻大位移井所面临的井壁稳定问题，钻井液应采取以下措施：合适的密度 — 平衡地层压力和孔隙压力 ； 良好的封堵性能 — 减少滤液侵入地层的深度 ； 强抑制性能 —— 防止泥页岩水化分散和硬脆性剥落 ； 适当 的活度 — 滤液活度于地层流体活度相当。 10 完井技术 国外从事油气勘探开发的一些公司认为，页岩气井的钻井并不困难，难在完井。 主要由于页岩气大部分以吸附态赋存在页岩中，而其储层渗透率低，既要通过完井技术提高其渗透率，又要避免地层损害是施工的关键，直接关系到页岩气的采收率，因此在完井方式方面有特殊技术。 页岩气井的完井方式主要包括 组合式桥塞完井、水力喷射射孔完井和机械式组合完井。 组合式桥塞完井是在套管井中，用组合式桥塞分隔各段，分别进行射孔或压裂，这是页岩气水平井最常用的完井方法，但因需要在施工中射孔、坐封桥 塞、钻桥塞，也是最耗时的一种方法。 水力喷射射孔完井适用于直井或水平套管井。 该工艺利用 柏奴利（ Bernouli）原理 ，从工具喷嘴喷射出的高速流体可射穿套管 和岩石，达到射孔的目的。 通过拖过管柱可进行多层作业，免去下封隔器或桥塞，缩短完井时间。 机械式组合完井采用特殊的滑套机构和膨胀封隔器，适用于水平裸眼井段限流压裂，一趟管柱即可完成固井和分段压裂施工。 储层改造技术 裂缝的发育程度是页岩气运移聚集、经济开采的主要控制因素之一 ,但统计表明仅有少数天然裂缝十分发育的页岩气井可直接投入生产 ， 其余 90 %以上的页岩气井需要采。