涪陵页岩气田钻井关键技术.pdf

第 4 2卷第 5期 2 0 1 4年 9月 石 油 钻 探 技 术 P ETROI EUM DRI l LI NG TE CHNI QUES Vo 1 ． 4 2 NO ． 5 Se p．， 2 01 4 ． _ 页岩气工程技术专题 d o i 1 0 ． 1 1 9 1 1 ／ s y z t j s ． 2 0 1 4 0 5 0 0 2 涪陵页岩气 田钻井关键技术 艾 军 ，张金成 ， 臧艳彬 ， 许明标。 1 ． 中石化重 庆涪陵页岩气勘探开发有 限公 司， 重庆涪 陵 4 0 8 0 1 4 ； 2 ． 中国石化石油工程技术研究 院， 北京 1 0 0 1 0 1 ； 3 ． 长江 大学石油 工程学院 ， 湖北武汉 4 3 0 1 0 0 摘要 涪陵地区地质条件复杂， 导致钻井机械钻速及钻井周期差别大、 井下复杂情况时有发生。为了实现优 质快速钻 井， 中国石化发展 了适合 涪陵页岩气田地质特点的 系列钻 井关键技术 ， 通过 攻关研 究与现场 实践 ， 先后 形 成 了涪 陵页岩 气钻井工程优化设计技术 、 浅层直井段快速钻 井技术 、 二开定向井段快 速钻 井技 术、 丛式水平 井三维 井眼轨迹控 制技 术、 适应 于涪陵页岩 地层 长水平段 钻进 的油基钻 井液技 术 、 页岩 气储 层 长水平段 油基钻 井液水 平 井固井技术、 复杂山地条件“ 井工厂” 钻井技术等， 基本形成 了适用于涪陵页岩气田的钻井工程技术体 系。与此 同 时， 在钻井中又出现一些新问题 ， 为此提出了涪陵页岩气田钻井技术的发展建议， 以期为国内类似页岩气区块的钻 井提速 降本提供 借鉴。 关键 词 页岩 气 井工厂 钻井 固井 油基钻井液 涪 陵地 区 中图分类号 TE 2 4 2 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 1 0 8 9 0 2 0 1 4 0 5 0 0 0 9 0 7 The Ke y Dr i l l i ng Te c hn o l o g i e s i n Fu l i ng S h a l e Ga s Fi e l d Ai J u n ， Z h a n g J i n c h e n g 2 ， Za n g Ya n b i n ， Xu Mi n g b i a o 。 1 ．S i n o p e c C h o n g q i n g Fu l i n g S h a l e Ga s Exp l o r a t i o n a n d Pr o d u c t i o n Co r p o r a t i o n，Fu l i n g， C h o n g q i n g， 4 0 8 0 1 4 ， C h i n a ； 2 ． S i n o p e c Re s e a r c h I n s t i t u t e o f Pe t r o l e u m En g i n e e r i n g， B e i j i n g ， 1 0 0 1 0 1 ， C h i n a； 3 ． C o l l e g e o f Pe t r o l e u m E n g i n e e r i n g， Y a n g t z e U n i v e r s i t y， Wu h a n， Hu b e i ， 4 3 0 1 0 0 ， C h i n a Ab s t r a c t Th e c o mp l e x g e o l o g i c a l c o n d i t i o n s i n t h e Fu l i n g r e g i o n h a v e l e d t o ma n y d r i l l i n g p r o b l e ms s u c h a s i n c o n s i s t e n t r a t e o f p e n e t r a t i o n s ， d i f f e r e n t d r i l l i n g c y c l e s a n d c o mp l e x a c c i d e n t s ． I n o r d e r t o a c h i e v e h i g h q u a l i t y a n d h i g h l y e f f i c i e n t d r i l l i n g p e r f o r ma n c e ， S i n o p e c h a s d e v e l o p e d a s e r i e s o f d r i l l i n g t e c h n o l o g i e s s u i t e d t o t h e g e o l o g i c a l f e a t u r e s o f t h e Fu l i n g s h a l e g a s f i e l d ． Th e k e y d r i l l i n g t e c h n o l o g i e s f o r Fu l i n g s h a l e g a s f i e l d we r e a n a l y z e d a n d i t wa s p o i n t e d o u t t h a t b y a d d r e s s i n g t h e k e y i s s u e s a n d f i e l d a p p l i c a t i o n s t h e f o l l o wi n g t e c h n o l o g i e s h a d b e e n d e v e l o p e d d r i l l i n g e n g i n e e r i n g d e s i g n o p t i mi z a t i o n， h i g h e f f i c i e n c y d r i l l i n g t e c h n i q u e s f o r s h a l l o w v e r t i c a l s e c t i o n a n d s e c o n d s p u d d i r e c t i o n a l s e c t i o n s ， t h r e e d i me n s i o n a l t r a j e c t o r y c o n t r o l l i n g t e c h n o l o g y f o r o p t i mi z i n g i n d u c e d f r a c t u r e c l u s t e r s p a c i n g h o r i z o n t a l we l l s ， t h e u s e o f o i l b a s e d d r i l l i n g f l u i d t e c h n o l o g y f o r l o n g h o r i z o n t a l s e c t i o n s 。 n e w c e me n t i n g t e c h n o l o g y f o r l o n g h o r i z o n t a l s e c t i o n s d r i l l e d wi t h o i l b a s e d d r i l l i n g f l u i d， a n d d e v e l o p i n g a n i d e a l p a d d r i l l i n g p a t t e r n f o r c o mp l e x mo u n t a i n o u s r e g i o n s ． Th u s ， t h e d r i l l i n g t e c h n o l o g y s y s t e ms f o r Fu l i n g s h a l e g a s we r e g e n e r a l l y e s t a b l i s h e d ． Fu r t h e r mo r e ， t h e d r i l l i n g t e c h n o l o g y d e v e l o p me n t s u g g e s t i o n s p r o p o s e d f o r t h e n e w d r i l l i n g i s s u e s ， p r o v i d e d r e f e r e n c e s f o r o t h e r s i mi l a r s h a l e g a s b l o c k s i n C h i n a wi t h a r e s u l t o f i n c r e a s i n g ROP a n d t h e r e d u c i n g d r i l l i n g c o s t ． Ke y wo r d s s h a l e g a s ； mu l t i we l l p a d ； d r i l l i n g ； we l l c e me n t i n g ； o i l b a s e d d r i l l i n g f l u i d ； Fu l i n g Ar e a 涪陵页岩气 田位 于川东高陡褶皱带包鸾一 焦石 坝背斜带焦石坝构 造， 主体 构造为被 大耳山西 、 石 门、 吊水岩、 天 台场等 断层所夹持的断背斜构造 ， 表 现为南宽北窄、 中部宽缓 的特点 ， 总体为北东走 向。 2 0 1 2年 1 1月 2 8日， 焦页 1 HF井在龙 马溪下 部地 层获得了 2 0 ． 3 1 0 m。 ／ d的高产工业气流 ， 实现 了 收稿 日期 2 0 1 4 0 6 一 】 8 ； 改回 日期 2 0 1 4 0 9 0 5 作者简介 艾军 1 9 6 4 ， 男， 新疆霍城人， 1 9 8 7年毕业于江汉石油 学院钻 井工程专业， 高级工程师， 主要从事钻井技术研究及管K_T - 作 。 联 系方式 0 7 2 8 6 5 9 6 3 0 2 ， 1 8 3 5 4 2 6 7 3 q q ． c o rn。 基金项 目 中国石 油化 工股份有 限公 司“ 十条龙” 项 目“ 涪陵区块 页岩 油气勘探开发 关键技术” 及 中国石化科技攻 关项 目“ 页岩气 ‘ 井 工厂 ’ 技术研 究” 编号 P l 3 0 2 3 部分研究 内容。 J 0 石 油 钻 探 技 术 涪陵地 区海相 页 岩气勘 探 的重 大突破_ 1 ] 。2 0 1 3 年 ， 1 7口开发试 验井压裂试气均获高产工业气流 ， 单井无阻流量为 1 5 ． 3 1 5 5 ． 8 1 0 m。 ／ d ， 单井配 产可达到 6 ． O ～3 5 ． O 1 0 m3 ／ a ， 其 中焦页 6 2 HF 井测试获气量达 3 7 ． 61 0 m。 ／ d 、 焦页 8 2 HF井 测试获气量达 5 4 ． 7 1 0 m。 ／ d ， 表明涪陵页岩气 田 具有广阔的开发前景。 但 由于涪 陵地区地质条件 复杂 ， 我 国页岩气配 套工程技术研究起步又较晚 ， 因而页岩气钻井面临 着极大挑战， 主要表现在 以下 4方面[ 1 ] I 近地表 地质条件复杂 ， 暗河 、 溶洞和裂缝多 ， 浅层出气 、 出水 ， 易发生井漏 、 井涌， 钻井风险大； 2 丛式水平井具有偏 移距大 一般为 3 0 0 m 、 靶前距大 一般为 8 0 0 m 、 水 平段长 一般为 1 5 0 0 m 等特点， 摩阻扭矩大 ， 三维 井眼轨迹控制难度大； 3 页岩地层裂缝发育 ， 钻井中 易发生垮塌、 井漏等问题 ， 造成油基钻井液漏失及卡 钻、 埋钻具等井下故 障； 4 勘探开发初期 ， 钻井工程 技术不配套、 不成熟 ， 钻井工程成本高。 针对涪陵页岩气 田钻井工程存在 的上述难题 ， 中国石化基于国外先进技术引进应用、 现有技术集 成配套 以及关键技术与工具 自主研发相结合等技术 思路 ， 开展 了涪陵地区页岩气钻井工程优化设计、 浅 层直井段快速钻井技术 、 二开定 向井段快速钻井技 术 、 三维井眼轨迹控制技术 、 油基钻井液技术、 页岩 气水平井 固井技术 、 复杂 山地条件 “ 井工厂” 钻井技 术等的攻关研究 ， 基本形成 了适合于涪陵页岩气 田 地质特点的钻井关键技术系列l 2 1 。笔者对涪陵页 岩气田钻井技术发展进行 了较为全面的总结 ， 并结 合 目前存在的实际问题提 出了发展建议 ， 旨在为涪 陵页岩气田钻井现场施工及下一步的技术研究提供 借鉴与指导 。 1 页岩气井钻井关键技术 I ． I 钻井工程优化设计技术 1 ． 1 ． 1 水平井井身结构设计 根据对涪陵地区钻井工程地质环境 因素 的精细 描述 ， 确定 了涪陵地 区的地层必封点 ， 主要有_ 2 ] I 浅表裂缝 、 溶洞 、 暗河； 2 三叠系的水层 、 漏层与二叠 系的浅层气 ； 3 龙马溪组页岩气层顶部浊 积砂之上 的易漏、 易垮塌地层 。根据地层必封点和三压力剖 面 ， 新设计 了适合涪陵地 区优快钻井的三 开井身结 构 见表 1 。 表 1 涪陵页岩气田水平井井身结构 Ta b l e 1 C i ng p r o g r a m f 0 r s h al e ga s h o r i z o n1 we l l s i n Ful i n g Ar e a 新设计的钻井过程和技术思路是 1 导眼段 。导眼段采 用 6 o 9 ． 6 mm 钻头 ， 下 6 4 7 3 ． 1 mm套管， 套管下深 5 0 m左右 。 2 一开 井段 。一 开井段 采用 6 4 o 6 ． 4 mm 钻 头 ， 下 6 3 3 9 ． 7 mm表层套管 ， 套管下深 由长兴组上 提至飞仙关组 三段 ， 上提 2 0 0 m左右。与原设计相 比， 一是将井眼尺寸从 姐4 4 ． 5 I I I I T I 缩小到 姐0 6 ． 4 m m， 二是将表层套管下深减小了 2 0 0 m左右 ， 这样有利 于提速和降本增效。 3 二开井段 。二开井段采用 3 1 1 ． 1 l l l l I l 钻头， 下 2 4 4 ． 5 I n r n 套管 ， 套管下深由龙马溪组浊积砂岩底 上提至浊积砂岩 顶 3 ～5 m， 以便在 三开井段采 用 6 2 1 5 ． 9 i n n l 钻头钻穿浊积砂地层 ， 提高机械钻速 。 4 三 开井段 。三 开井 段采 用 6 2 1 5 ． 9 mm 钻 头 ， 下人 6 1 3 9 ． 7 mm套管射孔完井 。 1 ． 1 ． 2 复杂山地条件 下“ 井工厂” 布井及 三维井眼 轨 道优 化设 计 根据涪陵地 区山地的地 形特点 ， 针对 页岩气平 行开发井网的要求 ， 借鉴国外 “ 井工厂” 钻井设计方 法 ， 同时考虑“ 井工厂” 钻井作业的井场集约化需求 ， 形成了复杂山地条件下“ 井工厂” 布井优化方案和水 平井三维井眼轨道优化设计技术l 6 1 。以井距 6 0 0 m 为例 ， 提 出了 4种 布井方案 方 案 1 4 ， 并进行 了 第 4 2卷 第 5期 艾 军等． 涪陵页岩气田钻井关键技术 评价分析 。 方案 1 六井式常规型轨道设计 ， 每个平台钻 6 口井 ， 布井方式和井眼轨道见图 1 。 图 1 六 井式 常规型 轨道 布井方式与井眼轨道水 平投影 F i g ． 1 T h e c o n v e n t i o n a l w e l l p a t t e r n a n d a w e l l t r a j e c t o r y h o r i z o n t a l p r o j e c t i o n o f a s i x - w e l l p ad 方案 2 六井式鱼钩形轨道设计 ， 每个平 台钻 6 口井 ， 布井方式和井眼轨道见 图 2 。 1 O Om 1 O Om 耄 、／ 图 2 六井式鱼钩形轨道布井方式与井眼轨道水平投影 F i g ． 2 T h e fi s h h o o k w e l l p a t t e r n a n d w e l l t r a j e c t o r y h o r i z o n t a l p r o j e c t i o n o f a s i x - w e l l p a d 方案 3 四井式常规型轨道设计 ， 每个 台钻 4口 井 ， 布井方式和井眼轨道见图 3 。 图3 四井式常规型轨道布井方式与井眼轨道水平投影 F i g ． 3 T h e c o n v e n t i o n a l w e l l p a t t e r n and w e l l t r a j e c t o ’ r y h o r i z o n t a l p r o j e c t i o n o f a f o u r - w e l l p a d 方案 4 四井式鱼钩形轨道设计 ， 每个平 台钻 4 口井 ， 布井方式和井眼轨道见图 4 。 1 OOm 1 OOm f 量 j 图 4 四井式鱼钩形轨道布井方式与井 眼轨道水 平投影 F i g ． 4 Th e fi s h h ook w e l l p a t t e r n and w e l l t r a j e c t o r y h o r i z o n t a l p r o j ect i o n o f a f o u r - w e l l p a d 从平台总数量 、 单井钻前费用、 井 眼长度、 扭方 位、 摩阻以及投产周期等方面对 4个方案进行 了对 比， 结果见表 2 。 表 2 四种布井及轨道设计方 案对 比 T a b l e 2 Co n t r a s t i n g a n a l y s i s o n t h e f o u r we l l p a t t e r n s a n d w e l l t r a j e c t o r y d e s i g n s c h e me s 六井式 六井式 四井式 四井式 对 比项 目 常规型 鱼钩形 常规型 鱼钩形 轨道 轨道 轨道 轨道 平台数量 4 2 单井 钻前 费用／ 万元 1 9 0 平均井 眼长度 ／ m 4 6 7 l 定 向井段长度 ／ m 1 8 2 1 扭方位／ 。 5 9 最大摩 阻／ k N 1 8 6 ． 0 一 台钻 机投产周期／ 月 1 8 由表 2可知 ， 每个平台钻 6口井的布井方式 简 称六井式平台 与每个平台钻 4口井的布井方式 简 称四井式平 台 相 比能够减 少 3 3 9 ／ 6 的平 台数量 ， 平 均单井钻前成本 降低 2 7 ； 但 六井式 与 四井 式相 比， 井眼增长 了 1 8 0 m； 鱼钩形井眼轨道与常规井眼 轨道相 比， 其滑动钻进摩阻增加 3 0 左右。 从钻前和钻井成本以及钻井施工难度等方面综 合考虑 ， 焦石坝地区宜采用方案 1 ， 但考虑到涪陵焦 石坝复杂山地条件对平台大小的限制以及当年投资 当年建产的需求 ， 最后推荐采用方案 3 。按照该方案 设计了焦石坝区块一期产能建设方案 ， 在 2 0 1 4 --2 0 1 5 年新增钻井平台 6 3 个 ， 每个平 台钻井 4口， 共计钻井 2 5 3口， 建成 5 O l 0 产 能 。 1 ． 2 浅层直井段快速钻井技术 1 ． 2 ． 1 高密度 电法预测浅层裂缝溶洞 高密度电法技术是在常规电法基础上发展起来的 3 3 1 3 O 4 9 4 ． ∞ “ Ⅲ 4 1 2 7 7 4 ； O 8 3 ． L ∞ |考 ∞ ∞ u ． ．． ． 。 ． ． ． ． ．， 。 ． ． ． 。． ． ． ．． ．．．．．． I 2 石 油 钻 探 技 术 阵列勘探方法。它以探测岩石介质的导电性差异为基 础， 对于裂缝、 溶洞等隐患主要表现出高电阻、 低密度 和低介电常数等特征， 通过观测分析人工建立的地下 稳定电流场的分布规律， 来反演地下介质的形态。 前期钻井实践表明， 涪陵地 区地表裂缝、 溶洞和 暗河发育 ， 在导眼及一开井段钻进 时经常发生失 返 性漏失 ， 漏失钻井液往往 以千方计 ， 不但严重影响了 钻井施工的顺利进行 ， 而且极大地增加了钻井成本 。 为此 ， 在井场选址后 ， 首先采用高密度电法技术对平 台近地表进行勘查 ， 根据地下裂缝 、 溶洞和暗河的发 育情况进行安全性评估 ， 在确定平台位置的时候尽 量避开裂缝、 溶洞和暗河。依据高密度电法勘探结 果 ， 对焦页 1 4号、 焦页 4 O号 、 焦页 4 5 号等平台进行 了重新选址 ， 规避 了钻遇裂缝 、 溶洞 和暗河 的风险。 并对整体满足要求的井场再进行局部加密测线扫描 解释， 清楚标示出主要的溶洞发育区和破碎带 ， 对井 口及其他负重 区域进行安全评价， 以有效指导钻井 井 口、 岩屑池和污水池位置的优化布置。 1 ． 2 ． 2 “ 清水P D C钻头螺杆钻具” 复合钻井 前期钻井实践表明， 涪陵地区不但地表裂缝 、 溶 洞和暗河发育， 在导眼及 一开井段钻进时还经常发 生失返性漏失； 而且嘉陵江组 中下部存在区域性水 层 ， 因埋深 、 地层压力等差异 ， 出水量差异较大 ， 其 中 焦页 5 2 HF井出水最严重 ， 在嘉陵江底部一飞仙关 组顶部 埋深 3 1 7 ． 0 0 4 2 4 ． 0 0 m 出水量达 7 3 6 0 m3 。 针对这种难题， 通过探索研究， 形成 了“ 清水 P DC 钻头螺杆钻具” 复合钻井技术。该技术是在将清 水作为钻井 液 的基础 上采用 “ P D O钻头螺 杆钻 具” 复合钻井技术， 遇严重漏失井 时采用清水强钻。 “ 清水P DC钻头 螺杆钻具” 复合钻井技术 的应用， 不但避免了钻井液严重漏失对浅部地层产 生 的污染 ， 缩短 了因频繁堵漏而损失的时间 ， 而且在 导眼、 一开和二开上部井段 “ 一趟钻” 便能完成钻进 作业 ， 极大地提高 了钻井作业效率。 目前完钻井导 眼、 一开和二开上部井段平均钻速为 5 ． 7 5 m／ h ， 与 该技术 应用前 同井段平均 机械钻 速 4 ． 5 0 m／ h相 比， 平均机械钻速提高 了 2 7 ． 7 8 。尤其在一开井 段 ， 基本实现了“ 一趟钻” 钻达设计井深 。表 3为“ 清 水 P D C钻头螺杆钻具” 复合钻井技术在一开井 段 的提速效果统计结果。 由表 3可 知， 使用该 技术后平均机械钻速达到 2 1 ． 1 3 m／ h ， 与 2 0 1 4年上半年一开井段平均机械钻速 1 2 ． 4 8 m／ h相 比， 提高了 6 9 ． 3 1 。 目前该技术 已经 成为韩家店组以上井段 即导眼、 一开和二开上部井 段 的主要钻井提速技术 。 表 3 “ 清水P D C钻头螺杆钻具” 复合钻井技术在一开 井段的提 速效果 Tab l e 3 Th e a pp l i c a t i o n o f c o mbi ne d d r i l l i ng t e c hn o l o g y o f “ c l e a r wa t e r PD C b i t PD M”i n t h e f i r s t s p u d 1 ． 3 二开定 向井段快速钻井技术 二开定向井段一直是制约涪陵地区钻井提速的 瓶颈 ， 针对二开定向井段井眼尺寸大 4 3 1 1 ． 1 ram 、 地层可钻性差 5级以上 、 机械钻速低 1 ． 9 4 m／ h 和施工周期长 约 占全井钻 完井周期 的 3 0 等 问 题 ， 通过科技攻关和现场试验 ， 初步探索出一套钻井 提速技术系列 ， 突破 了大尺寸井 眼定 向井段钻井 提 速技术瓶颈 ， 实现了定 向井段机械钻速的大幅提高 。 1 ． 3 ． 1 空气 泡沫定 向钻 井 开展了泡沫钻井技术可行性评价、 电磁波随钻测 量 、 空气泡沫流体及钻进参数优选 、 钻具组合及井眼 轨迹控制等方面的攻关研究， 形成了一套具有 自主知 识产权的空气泡沫定 向钻井技术l 1 ， 并在 国内首次 开展了空气泡沫定向钻井技术应用试验 ， 先后试验了 3口井 。其中， 焦页 1 3 1 HF井累计钻进 5 2 4 ． 1 9 m， 平 均机械钻速 7 ． 8 8 m／ h ， 较邻井提高 6 2 ． 8 ； 测量最大井 斜角达到 2 7 ． 1 。 ， 最大造斜率达到 6 ． 6 ／ 3 0 m； 该井二开 平均机械钻速 8 ． 0 7 m／ h ， 二开钻井周期 1 6 ． 8 7 d ， 取得 了良好的提速效果 见表 4 。 1 ． 3 ． 2 特 色 P DC钻 头 的研 制 与应 用 针对茅 口组一韩家店地层岩性 变化频繁、 P DC 复合片受到的冲击作用强而易崩碎 、 定向段 P D C钻 头造斜能力差 和 工具 面不 稳定 等 问题 ， 对定 向段 P D C钻头的失效原因及存在的问题进行了分析， 结合 地层组构特征分析和可钻性描述， 通过平稳切削控制 技术、 低扭矩设计技术、 力平衡优化切削结构等研究， 提高了定向控制能力， 确保了工具面的稳定 ； 对钻头水 第 4 2 卷第 5 期 艾 军等． 涪陵页岩气田钻井关键技术 。1 3。 力结构进行优化， 防止岩屑床的形成， 避免了重复破 碎。与国内外钻头厂商合作 ， 研制了适用于涪陵地区 二开定向井段的特色 P D C钻头， 在焦页 3 2 4 HF井 、 焦页 1 0 4 HF井 、 焦页 7 1 HF井等进行 了成功应用 ， 应用井段平均机械钻速 1 0 ． 8 5 m／ h ， 提高 了 8 7 ． 1 0 见 表 5 。 表 5 特 色 P D C钻头在定 向井段 的应 用情 况 Ta b l e 5 T h e a p p l i c a t i o n o f s p e c i f i c P DC b i t s i n d i r e c t i o n a l we l l s e c t i o n 1 ． 3 ． 3 韩家店组低 密度钻井液 1 ． 4丛式水平井三维井眼轨迹控制技术 志留系韩家店组地层裂缝发育， 井壁稳定性较 差， 目前使用的钻井液密度较高 一般为 1 ． 2 5 k g ／ L ， 不仅容易引起井漏 ， 而且导致机械钻 速偏低 。考虑 到该层段孑 L 隙压力梯度为 1 ． 0 2 ～1 ． 1 8 MP a ／ 1 0 0 m， 坍塌压力 当量密度为 1 ． O ～1 ． 2 5 k g ／ L， 在韩家店组 试验应用 了低密度钻井液技术 ， 取得 了明显 的提速 效果 。在焦页 3 0 3 HF井韩家店组 1 3 2 2 1 9 4 3 m 井段 采用低密度 1 ． O 2 ， 1 ． 1 5 ， 1 ． 1 7和 1 ． 2 4 k g ／ L KC 1 聚 合物润 滑钻井 液体 系钻进 ， 平 均机 械钻 速 1 6 ． 4 7 m／ h ， 与邻井机械钻速 1 O ． 2 3 m／ h相 比， 提高 了 6 1 ． O O 。 1 ． 3 ． 4 在三维复杂轨迹井段应用水力振 荡器 为 了解决 三维复杂井眼滑动钻进 时的托压问 题 ， 试验优选了 NOV水力振荡器 。该工具 由 NOV 公司研制 ， 可以温和地周期性振荡钻柱 ， 减小滑动钻 进和旋转钻进时井壁与钻杆之 间的摩擦 ， 改善钻压 传递、 拓宽旋转导向系统的应用范围 ， 提高滑动钻进 能力 。在焦 页 1 7 3 HF井二开定 向井段 2 0 0 5 ～ 2 5 0 6 m 试验应用了水力振荡器 ， 与未采用该工具 的焦页 2 3 HF井相 比， 钻时明显缩短 ， 取得 了良好 的钻井提速效果 。 针对涪陵地 区页岩气丛式水平井偏移距大 、 靶 前距远 、 水平段长、 施工摩 阻扭矩大等技术难题 ， 优 化 了井眼轨迹剖面， 利用地层 自然造斜规律， 降低了 摩阻扭矩 ； 简化了钻具组合 ， 降低 了钻具刚性 ， 进一 步降低 了摩阻扭矩 ； 提高了井眼轨迹预测精度 ， 增加 了轨迹的光滑性 ； 制定 了井下故障监测及处理预案 ， 确保 了井下安全 ， 形成了基于常规导 向技术的丛式 井三维井眼轨迹控制技术 。 在未使用旋转导向钻井系统的情况下 ， 采用常规 导向钻井技术 ， 完成了水平段长 1 5 0 0 I T l 的页岩气水 平井 6 5口， 其中焦页 9 1 HF井等 5口井 1 5 0 0 I T I 长 水平段“ 一趟钻” 完成 。基于常规导向技术 的水平段 长度超过 2 0 0 0 m 的水平井钻井试验也在焦页 1 2 4 HF井取得成功， 完钻井深 4 7 2 0 ． 0 0 m， 水平位移达 2 5 0 5 ． 8 3 n 3 ． ， 水平段长 2 1 3 0 ． 0 0 r n ， 钻井周期 6 6 ． 6 7 d ， 平均机械钻速 5 ． 7 3 m／ h 。 1 ． 5 油基钻井液技术 油包 水型油基钻井液是一种热力 学不稳定体 系， 影响其稳定性 的关键因素是乳化剂 。与国外乳 化剂相 比， 国内乳化剂虽然也可 以获得较好 的乳化 稳定性， 但具有处理剂加量大、 体系稳定性差、 调配 石 油 钻 探 技 术 到满足作业要求 的性能较为困难 、 整体性能指标较 低和综合经 济成本 较高等缺点[ 1 1 , 1 4 ] 。针对涪 陵地 区页岩地层特点与长水平段水平井 的施工要求 ， 基 于 HL B理论和界面膜理论 ， 自主研发 了 Hi Dr i l l 柴 油基钻井液用主、 辅乳化剂， 提高了油水界面吸附基 团数量、 致密化程度 、 油水界面膜的强度及连续相的 结构力。通过体系配方研究 和现场实践 ， 形成 了适 合涪陵页岩地层长水平段钻进 的 Hi Dr i l l 柴油基钻 井液体系。 Hi D r i l 1 柴油基钻井液体系具有 以下特点 1 性 能稳定 ， 破乳电压 8 0 0 1 6 0 0 V； 2 处理剂加量小 ， 外加剂总加量 1 O ， 乳化剂加量 2 9 ／ 6 ～3 ， 综合成 本低 ； 3 体系低黏 、 高切 ， 携岩能力强、 井眼净 化好 ； 4 高温高压滤失量小， 失水造壁性好； 5 现场维护简 单 。该钻井液适用于常温至 2 2 0℃、 钻井液密度为 0 ． 9 6 -“ - 2 ． 3 0 k g ／ L的工况下施工 。涪 陵地区的应用 结果表明， 该钻井液能够有效防止页岩地层井壁失 稳 ， 降低水平段钻进及 电测 、 下套管过程 中的摩阻， 满足页岩气水平井安全钻井的要求 ， 整体性能接近 国外公司同类产品， 且其处理剂成本只有 国外相 同 钻井液体系的三分之一 ， 大幅度降低了页岩气水平 井的钻井液费用。截至 目前 ， Hi Dr i l l 柴油基钻井液 已在 4 6口水平井作业中得到应用 ， 各水平井均井眼 清洁， 摩阻低 ， 井径规则 ， 电测顺利， 一次通井成功， 套管下入顺畅。 1 ． 6 长 水 平段水 平 井固井技 术 根据页岩气水平段大型多段压裂对水泥石的要 求 ， 建立了分段压裂过程 中基于地层一 水泥石一 套管 的受力分析模型和分段压裂条件下的水泥石弹塑性 力学评价方法 。在水泥浆 中加入 优选 的弹性、 增韧 性材料 ， 大大提高了水泥石的弹性和变形能力 ， 有效 改善 了水泥石 的抗 冲击性能和耐久性 ， 水泥石 的弹 性模 量 较 常规水 泥石 降低 1 0 0 以上 ， 韧 性提 高 4 0 以上 ， 满足页岩气储层长水平段大型多段压裂 的要求 ， 形成 了适合页岩气水平井 固井 的 E l a s t i S l u r r y水泥浆体系l_ 1 引。针对水平段使用油基钻井液 的特点 ， 研制开发 出 Ve r s a C l e a n高效 冲洗 隔离液 ， 可以清洗环 空 中不 同黏 度和 密度 的油基 钻井 液， 7 rai n 的冲洗效率 即可达到 1 0 0 ， 大大提高了油基 钻井液条件下的水泥环胶结质量 。分析了带扶正器 条件下的套管下人能力 ， 在 引鞋之上接短套管安放 一 只整体式扶正器 ， 保证套管顶部在水平段处于“ 抬 头” 状态 ， 减小下入摩 阻， 利于套管下入 。合理安放 套管扶正器 ， 水平井段每根套管加一个扶正器 ， 采用 弹性双弓扶正器和 刚性树脂旋 流扶正器交替安放； 造斜段每 2根套管安放 1只刚性树脂扶正器 ； 直井 段每 5 根套管安放 1只弹性扶正器 ， 确保套管居 中 度达到 7 O 以上 ， 解决 了涪陵地区页岩气井水平段 长 、 水垂 比大从而导致套管下入困难 的问题 。 通过 多项技术 的集成 ， 形成 了适合涪陵地 区页 岩气水平井的固井配套技术 ， 并在涪陵地 区进行 了 全面推广应用。截至 目前 ， 已应用 3 9井次 ， 固井质 量合格率达 1 0 0 ， 优质率达 8 5 9 ／ 6 以上。例如焦页 1 7 3 HF井即使在漏失 的情况下 ， 固井作 业也极为 顺畅， 施工连续 ， 水泥浆体系在高顶底温差、 长封 固 段情况下具有较好 的强度 。El a s t i S l u r r y弹塑性水 泥浆和 Ve r s a C l e a n多功能冲洗隔离液可替代进 口 产品， 固井成本降低 4 0 以上 。 1 ． 7复杂山地条件“ 井工厂” 钻井技术 通过 山地环境条件下的页岩气“ 井工厂” 三维井 眼轨道优化设计 、 地面井场布局优化 、 钻栅 决速运移 装置、 钻井液循环利用 、 工厂化作业设备配套 、 施工 作业流程化标准化 等研究 ， 形成 了复杂山地条件下 的“ 井工厂” 钻井技术。该技术在焦页 3 O平 台进行 了现场试验 ， 单井平 均 占地面积缩小 8 2 ． 5 以上 ， 单井钻井成 本 降低 2 5 ． 0 ％， 钻 井液材 料成 本节约 5 6 ． O ， 移动及安装时间大幅缩短 ， 实现了国内第一 个真正意义上的页岩气“ 井