鄂西渝东页岩气水平井钻井技术探讨.pdf

第2 4 卷第1 期 2 0 1 4 年 明 江 汉 石 油 科 技 J I AN GHA N P ET ROL E UM S C I E NCE AND T EC HNO L OGY V0 1 ． 2 4 No ． 1 Ma r ． 2 01 4 鄂西渝东页岩气水平井钻井技术探讨 方 琴 中 国石 化江 汉 石油 工 程有 限 公 司钻 井 一 公 司 ，湖 北潜 江 4 3 3 1 2 1 摘要 地处鄂西渝 东的涪陵、焦石坝 区块 目前已成为江汉油田乃至中石化非常规油气开发的主战场。 针对页岩气水平井施工存在的诸如长水平段摩阻扭矩大、地层易漏失及油基钻井液驱替效率低等技术难题， 采用了 具有先进水平的旋转导向钻井、地层提承压和干法固井等技术，有效的解决了施工难题，实现了长水 平段 的稳斜钻进 ，提 高了水平段的延伸能力。为页岩 气水平井钻井积 累了经验。 关键词 页岩气；水平井；定向技术；固井；旋转导向钻井 自2 0 1 2 年5 月进行涪陵大安寨页岩气会战以来 ， 在鄂西渝东区块共计施工 了包括建页HF 一 2 井在内的 多 口页岩气水平井 ，在这些井 中水平段长都达到了 1 0 0 0 m 以上，其中涪页4 _ 2 H F 井水平段长1 1 2 7 m，涪 页2 2 H F 井最大井斜达到9 9 ． 2 。。在这些长水平段水 平 井的施工 中，运用 了多项先进 的钻井工艺技术与 手段 ， 并取得了显著的成效。但是， 在实际施工中 也 遇到了一些问题与难点，针对这些难点总结出了 一 些宝贵的现场经验 ，对今后西南地区页岩气井的 钻井施工有着重要意义。 1 鄂西渝东页岩气钻井难点 图1 井身结构示意图 1 ． 1 定向技术难点 1 水平段长 ，摩阻扭矩高，定 向时托压现象 严重。 2目的层的不确定l生，导致着陆控制难度加 大。 3 长水平段穿行 ，轨迹控制难度大。 4地层可钻性差 ，特别是凉高山组造斜段 ， 定向钻时高。 5 井身结构多变， 不同井眼尺寸定向，造斜 率变化大 图1 。 1 _ 2 钻井液技术难点 1 沙溪庙组砂质泥岩为主，地层裂缝发育 ， 承压能力低 ，极易发生井漏。 2 凉高山组地层灰黑色页岩发育 ，在该井段 增斜钻进时要求钻井液具有强的防塌封堵及携带、 润滑能力。 3 自流井组灰质泥岩、泥页岩不等厚互层 ， 易剥落掉块，且地层压力系数较高，要求钻进液具 有良 好的润滑防卡和防塌封堵能力。 1 ． 3固井技术难点 1 油基泥浆驱替难题。页岩气钻井采用油基 泥浆钻进 ，残留井眼中油基泥浆及其滤饼严重影响 着固井一、二界面的胶结强度。 2 长水平段大型压裂对水泥浆要求高。要求 水泥浆稳定性和韧性较好，自由水和滤失量控制严 格 ，并要求 良好施工性能。 作 者简介 方琴 ，女 ，长江大 学石 油工程 专业 毕 业 ，大 学本 科 ， 工 程 师 ，现 在 江 汉 石 油 工程 有 限 公 司 钻井一公司从事钻井科 技管理工 作。 第1 期 方 琴 鄂 西 渝 东 页 岩 气 水 平 井钻 井技 术 探 讨 5 1 3 长水平段气层活跃。长水平段含气地层易 导致水泥浆气侵，降低水泥浆密度，导致失重，形 成环空窜槽 ，严重影响固井质量 。 4长水平段固井技术难题。长水平段漏层多 且压力系统不一条件下顶替效率，及长水平段套管 居中度影响水泥浆顶替效率等问题。 2钻井技术方案 2 ． 1 定向技术方案 2 ． 1 ． 1 井眼剖面设计 水平井轨道设计 中一个最基本的原则就是必须 是低摩阻井眼轨道。根据实际情况我们将剖面类型 选为单 圆弧剖面 直一 增一 水平 ，这种剖面轨迹简 单，井眼轨迹平滑，造斜率更加稳定，同时减少了 局 部增斜 和稳斜井段 ，减小 了钻柱与井 壁接触面 积 ，能有效 降低全井摩阻和扭矩 。下一步就要对设 计剖面进行优化 ，以进一步减小摩阻扭矩和应对 目 的层的不确定性。 2 ． 1 ． 2 长水平段 穿行技术 长水平段穿行的关键在于在水平段中维持井斜 与 方位的稳定 ，选择 合适的稳斜钻具组 合尤为重 要 。在水平控制中 ，要求钻具组合在稳斜的同时具 有一定的纠斜能力 ，可在定向状态进行有效的增 降 井斜和纠方位操作，可在复合钻基础上钻出长稳斜 段。 钻具组合优选 大一段 中2 1 5 ．9 m m P D C 1 6 5 m mO ． 7 5 单弯 螺杆 21 2 mmS T B 使用效果水平段穿行中稳斜效果较好，复合 钻每钻进l O O m，井斜起伏在0～2 。之间 ，并且具有 很好 的纠斜能力。 大二段 2 1 5 ． 9 mm P D C 1 6 5 ra m0 ． 7 5 单弯 螺杆 21 S rr B 保障措施 1 坚持 “ 勤调微调”的原则 ，每复合2 O～ 3 0 m 就定向1 ～2 m，以控制井斜 的变化趋势 ，避免水 平段轨迹大幅度的起伏。 2 利用调整钻压、增加划眼次数的方式来减 缓井斜的增降。 3每钻进一个立柱或一个单根 ，坚持倒 划 眼、正划眼2 ～3 次，充分循环，每5 0 ～8 0 i n 行短 起下，破坏岩屑床，修正井壁。 4必须要考虑井眼魄性 的影响。 2 ． 1 ． 3 定向提速技 术 在涪陵大安寨区块 ，造斜段地层特别是凉高山 组 ，地层可钻性很差 、钻时普遍较高 ，牙轮钻头定 向钻 时一 般在 6 0 ～1 2 0 m i n ／ m，复合钻 钻 时5 0 7 0 m i n ／ m ；单只牙轮钻头使用时间一般只有4 0 h 左 右，一趟钻的纯钻进尺只有4 0 m 左右，需要频繁起 钻更换钻头 ，严重影响了钻井的时效，并且存在井 下安全隐患 。造斜段的定 向速度是制约全井速度的 一 个重要因素。 2 ． 1 ． 4 摩阻扭矩预测技术 摩阻扭矩是长水平段水平井井 眼长度延伸的最主要 制约因素，决定着一 口井的成败。对于摩阻扭矩计 算结果影响最大的就是摩阻系数的大小 ，各区块、 井型 的摩阻系数都不相同。在涪陵大安寨区块 ，对 所有完钻和正钻井各种工况下 的实际摩阻扭矩进行 了统计分析 ，确定出了适合于该区块的实际井下摩 阻系 数 套 管 内0 ． 2 、裸 眼段0 ． 3 。下 面 以涪页 4 2 H F 井为例进行下套管前的预算摩阻和实际摩阻对 比 表1 。 2 ． 2 堵漏提承压技术 表1 涪页4 2 井摩阻预测与实际值对 比 为保证安全钻进 ，减少钻井液的漏失、井垮等 复杂 ，有必要对 自流井组以上沙溪庙地层裸眼段进 行堵漏 ，提承压作业。 第1 期 方 琴 鄂 西 渝 东 页岩 气 水 平 井钻 井 技 术 探 讨 5 3 旋转导向系统在造斜段的机械钻速是螺杆钻具 2～3 倍以上 ，而在水平段 中要略低于螺杆钻具，但 其水平段行程钻速与螺杆钻具相当，并且井眼轨迹 相对平滑，井下安全 I生高。因此 ，在以后 的页岩气 长水平段水平井施工中 ，在兼顾经济I 生的同时，可 在造斜井段以及超过1 0 0 的水平段中使用旋转导 向系统，以提高钻进速度。 3 - 2 干法固井技术的应用 针对 目前气体钻井技术 日益成熟 ，江汉 固井应 用干法 固井技术在川东北 、川东南区块初步成功基 础上 ，在涪陵大安寨区块取得突破性进展。 目前 ，干法固井技术从导管 、表层逐步推广至 中完技套固井，大幅度提高了该地区大井眼固井质 量，节约了工期， 提高了效益。 干法固井优点 1 实现水泥浆环空3 6 0 。全充满 ，提高水泥 环封固质量。 2 保证水泥环一 、二界面胶结质量 ，实现 良 好密封。 3 减少了转化钻井液中问环节，减少或避免 井下 复杂 情况 ，缩短 了建井周期 ，节约 了钻井 成 本 。 4避免 固井施工 中发生液柱压力诱导性井 漏 。在干井环境中水泥浆堵漏效果显著。 5实现钻井液及混浆零排放，有利于作业区 域环境保护 ，实现零污染 。 4结论与建议 页岩气水平井钻井技术重点在于井眼轨迹 的 控制和井下复杂故障的预控 ，通过涪陵一 大安寨一系 列非常规水平井钻井技术的探索，为后续非常规油 气资源的开发提供了良好的技术保障。 1 长水平段穿行的关键在于在水平段中维持 井斜与方位的稳定，选择合适的稳斜钻具组合，可 以实现长水平段的稳斜钻进，避免轨迹波动较大， 影响后续施工。 2 旋转导向技术可应用于长水平段的钻进， 减小钻进摩阻， 有利于提高水平段的延伸能力。 3为保证安全钻进 ，减少钻井液的漏失 、井 垮等复杂 ，有必要对地层压力较低的井段进行承压 堵漏作业 ，确保后续井段的安全钻进。 4 通过改善水泥浆性能， 改进驱替方式，确 保了固井效果。 编辑胡素梅 低 渗透 油藏 通常，低渗透油气藏具有油层孔隙度低 、渗透率低、喉道小、流体渗透能力差、产能低等特点 ，一般需 要进行油藏改造，维持 油气田的正常生产。 目前 ，低渗透储层的岩石类型 包括砂岩、粉砂岩、砂质碳酸盐 岩、灰岩、白云岩等，但以致密砂岩储层为主。随着技术的发展，低渗透的标准和界限将发生重大变化。综 合 国内外对于低渗透的认识 ，根据 目前我 国油田开发低渗透 油藏和特低渗透油藏的实践 ，按油层平均渗透率 将低渗透油田划分为下面3 类 ，但这个划分不同于以前研究者的划分，供低渗透油藏分类研究和开发参考。 ①低渗透油田，1 ． 0 m D≤油层平均渗透率≤1 0 m D。这类油层接近正常油层，油井具有一定的工业油 流 ，但 自然产能很低 ，需采取压 裂措施 ，才能取得较好的开发效果和经济效益。②特低渗透油田，0 ． 1 m D≤ 油层平均渗透率 ≤1 ． 0 mD。这类油层与正常油层差 别比较明显，一般束缚水饱和度增高，测井电阻率降低 ， 正常测试，基本没有工业油流，必须采取较大型的压裂改造和其它相应措施，才能有效地投入工业开发。③ 超低渗透油田，0 ． 0 5 m D≤油层平均渗透率≤0 ． 1 0 m D。这类油层束缚水饱和度很高，没有自然产能，但通 常油层较厚，埋藏较浅，原油性质较好 ，同时采取既能提高油井产量，又能减少投资、降低成本的有力措 施 ，可进行工业开发 ，并取得一定的经济效益。 资料 来源于 石油钻采工艺2 0 1 2 ，No ． 2