页岩气开发水平井技术

页岩气水平井钻井技术难点分析韩旭发布时间：2022-02-25T03:26:28.577Z 来源：《基层建设》2021年30期作者：韩旭[导读] 作为页岩气开发的最有效方法之一身份证号码：41022319911126xxxx中石化中原石油工程有限公司钻井二公司河南濮阳 457001摘要：作为页岩气开发的最有效方法之一，定向水平井在新能源开发中的效果很明显，但在水平井钻井施工技术却一直面临摩阻扭矩过大、井壁失稳、岩石地层易坍塌等各个方面问题，并且没有得到根本解决，文章中以某水平井的钻探施工经验为例，在油基钻井液、旋转导向钻井工艺技术等几个方面，对水平井的钻探工艺技术展开了深入研究。

关键词：页岩气水平井钻井技术；难点；分析页岩气属于一个具备丰厚储备且非传统的重要再生能源，在现代工业生产中意义突出，而石油勘探产业对页岩天然气的研究利用程度也在日益提高。

自九十年代中期，大量页岩天然气被发掘以来，其生产总量增长巨大，并将会在未来实现新的重大突破。

目前页岩天然气在盆地中的储备也较为丰厚，据不完全统计，目前全世界页岩天然气储备已冲破了456*1012m3，利用空间很大。

当前在页岩气的钻取、完井，尤其是在孔隙水压力裂、连续石油管线中的射孔和水平井钻井技术的开发之下，页岩气的使用范围将愈来愈宽，所以需要对于页岩气钻井资源开发存在的技术难点进行进一步探究。

一、浅层地层井漏页岩气的储层大多表面地质结构比较复杂，尤其是在中国西南地区涪陵、威远等区域，表层地层一般结构较为松散、溶孔发育没有完全、地下水和暗河散布较广泛，在钻井中井漏现象明显。

地下暗河与地表径流速度差相连，如果井漏还易造成环境污染，常规桥联的堵漏强度也很难完成，井漏后地下水进入井筒，还易冲洗钻井泥浆，从而大大降低了密封强度[1]。

（一）钻井提速困难直井段的浅层地层可钻性差，要求井眼长度变化很大，且钻取速率缓慢，尤其是在龙潭到栖霞地区组会的火岩地层，单钻孔时磨损进尺非常低。

页岩气水平井固井技术难点分析与对策发布时间：2021-06-10T11:04:00.777Z 来源：《中国科技信息》2021年7月作者：付江超[导读] 页岩气储层具有特殊特征，孔隙率较低。

同时，页岩储层渗透率相对较低。

在此基础上，页岩气井主要通过针对油田或油井的技术措施，为保护石油资源提供技术支持。

随着石油工业的迅速发展，对钻井技术进行了有效的革新，传统的钻井技术已不再适合现代钻井项目的需要。

山东省山东滕州市煤田地质局第一勘探队付江超 277599摘要：页岩气储层具有特殊特征，孔隙率较低。

同时，页岩储层渗透率相对较低。

在此基础上，页岩气井主要通过针对油田或油井的技术措施，为保护石油资源提供技术支持。

随着石油工业的迅速发展，对钻井技术进行了有效的革新，传统的钻井技术已不再适合现代钻井项目的需要。

因此，有必要进一步研究水平固井技术，并提出有效解决固井问题的办法，这是提高工程质量和保护资源所必需的。

关键词：页岩气水平井；固井技术；难点分析；处理对策随着人口的增长、工业的发展、石油和天然气勘探的扩大、开采的逐步发展、页岩气资源的不断发现、生产成本的大幅降低以及对其经济价值和战略重要性的日益重视。

作为一名现场技术人员，经过多年的页岩气井固井实践，对页岩气井的固井难点有了一定的认识，并采取了技术措施。

一、页岩气固井技术的特点1.页岩气固井是短期工程、技术密集型工程和劳动密集型工程。

2.页岩气固井是一个系统工程。

它涵盖广泛的学科。

第一，有许多学科，包括地质、石油、机械、化学、流体力学和电子。

其次，由于组织管理、供应、运输和场地建设等部门众多，直接促进了社会的快速发展。

最后，还有许多其他因素，包括施工准备、下钢管或者套管、注人水泥等。

3.固井作业是一个非常隐蔽的项目。

首先，主要工艺在地下完成，不能直接观察和测试。

其次，质量控制主要取决于设计的准确性和准备程度。

最后，施工过程中会发生不可预测和未知的事故目前正在实施的三个隐藏的高风险特征将直接影响工程的实施，并妨碍工程工作的快速完成。

185中石化在涪陵、南川、威荣等多个区块开展页岩气水平井开发，其水平段长历经1500以内、1500~3000米、3000米以上三个阶段，针对国内页岩气水平井开发，一般把水平段超过3000m的水平井称为长水平段水平井，通过施工3500米以上水平段水平井，其压裂改造段长、产气量将提高至少30%以上，大幅度提高单井产量，减少部署井数量、节省土地征用，突破地形地貌限制等，真正实现“少井高产”，对于页岩气的效益开发具有重要意义。

1 钻完井难点问题针对东胜页岩气区块，从前期施工情况分析来看，主要存在以下钻井难点问题：（1）浅表层漏、垮风险高。

东胜区块浅层以须家河组、雷口坡组地层出露为主，溶洞、裂缝发育，部分井区与地下暗河连通，极易发生恶性漏失，同时由于沉积过程中砾石对原有缝洞的充填，导致钻井过程中易发生掉块垮塌，钻井过程也易发生卡钻事故，严重影响钻井进度。

（2）中上部地层差异大，从上部地层到目的层，发育灰岩、白云岩、泥岩地层，灰岩裂缝发育易造成井漏，而夹杂的泥岩地层也影响井眼稳定性。

（3）长水平段施工井壁稳定与降摩减阻难度大，目的层为泥页岩地层，受钻井液浸泡、地层岩石矿物的水化膨胀、应力传递等影响存在垮塌风险，同时长水平段施工摩阻扭矩急速增加，倒是后续施工难度大幅增加。

（4）固完井难度大，长水平段水平井钻井施工后，套管无法与钻具一样实现倒装，提高上部载荷，套管的下入存在较大难度。

2 井身结构设计井身结构设计是钻井安全顺利施工的首要条件，合理的井身结构设计能有效针对各类风险提供保护措施，为下步施工提供条件，同时能最大限度地减小裸眼段摩阻，为长水平段水平井提供保障。

页岩气水平井井身结构设计主要考虑两点因素，一个是封固不同压力层系的地层；二是封固各类不稳定地层，为下开次的施工提供井眼条件。

其井身结构设计具体为：导管段采用Φ609.6mm钻头×Φ473.1mm套管封固雷口坡组易漏失、易跨地层；一开采用Φ406.4mm钻头×Φ339.7mm套管封固嘉陵江组裂缝发育层；二开采用Φ311.2mm钻头×Φ244.5mm直至进入目的层龙马溪组顶部，套管封固上部二叠系、志留系易漏失层，为三开油基钻井液施工提供条件；三开采用Φ215.9mm钻头与油基钻井液施工水平段直至完钻[1]。

页岩气水平井固井技术研究进展页岩气水平井固井技术研究进展随着能源需求的日益增长，页岩气逐渐成为了替代传统石油天然气的重要资源。

水平井作为主要的生产工具，其固井技术成为了页岩气开发中的重要问题。

近年来，国内外学者针对页岩气水平井固井技术进行了研究，本文就其研究进展进行了综述。

一、水泥固井技术水泥固井是目前水平井固井技术的主流方案，其通过注入水泥浆将套管与井壁固定，防止井壁侵蚀和漏失油气。

然而，页岩气水平井中存在的大量细小裂缝会导致水泥浆的染浸，影响其固结力，并产生裂缝，从而使油气渗漏。

因此，国内外学者在水泥固井领域的研究主要围绕水泥改性与水泥浆稳定性。

其中，P. L. Dürig等(2015)提出了一种纳米级碳酸钙在水泥胶凝体中的应用，该技术能够形成更致密、更均匀的水泥固结体，并使固井力度提高60%以上。

另外，A. C. Boivie等(2018)研究了不同温度下水泥胶凝体的强度和耐久性，发现在较高温度下固井效果更佳。

同时，X. Chen等(2019)通过添加聚丙烯酰胺( PAA)改善了水泥浆体的流动性，并提高了固井效果。

二、环氧树脂固井技术除了传统的水泥的固井技术，针对页岩气开发中水泥固井存在的问题，环氧树脂固井技术被提出。

与水泥固井相比，环氧树脂具有更高的渗透性和粘附性，可以更好地填补井壁的裂缝和孔隙。

因此，为了提高环氧树脂固井的效果，国内外学者进行了一系列相关研究。

其中，B. Li等(2016)研究了环氧树脂固井的最佳浓度、固化时间和接触时间，提高了固井效果并减少了漏失。

同时，Q. Zeng等(2018)通过与水泥固井技术的组合应用，有效地提高了固井的完整性和耐久性。

三、石墨烯增强固井技术石墨烯具有极高的强度和导电性，其与水泥等材料的复合可以有效地加强其力学性能。

因此，石墨烯增强固井技术被提出，并取得了一定的研究进展。

例如，L. Huang等(2019)研究了石墨烯在水泥浆体中的添加量，发现当石墨烯/水泥比例为0.25%时，固井力度可提高71.6%，漏失率降低至0.8%以下。

威远页岩气水平井防塌防卡钻井液技术威远页岩气田位于四川盆地西南部，地处页岩气丰富的地区，是中国页岩气资源的重要组成部分。

在威远页岩气田的开发中，水平井是一种常用的钻井方式，由于地层复杂、井深较深等因素的影响，水平井在钻井过程中容易出现防塌、防卡等问题，因此需要使用特殊的钻井液技术来解决这些问题。

威远页岩气水平井防塌防卡钻井液技术是通过合理选择钻井液的配方和性能，以及采用适当的工艺方法和设备，来有效地解决页岩气水平井钻井过程中可能出现的防塌和防卡问题的一种技术。

这种技术能够保证页岩气水平井的安全、高效地钻进，提高钻井作业的成功率和经济效益。

1. 合理选择钻井液的配方和性能。

在威远页岩气水平井的钻井过程中，要根据地层条件、孔隙结构、井眼稳定性和岩性等因素，科学合理地选择钻井液的密度、黏度、滤失控制能力、亲油性、PH值等性能指标，并结合实际情况进行调整和改进，以确保钻井液能够满足钻井过程中各种复杂地质条件的要求，达到防塌、防卡的目的。

2. 采用适当的工艺方法和设备。

在钻井作业中，要根据不同的地层条件和钻井液配方的要求，选择适当的搅拌设备、泵浦设备和循环系统，采用合理的作业工艺方法和流程，保证钻井液能够充分地混合和循环，使其性能得到有效地发挥，达到防塌、防卡的目的。

3. 加强现场管理和监控。

在使用威远页岩气水平井防塌防卡钻井液技术的过程中，要加强现场管理和监控，保证钻井液配方、性能和使用符合规范要求，及时发现和解决可能出现的问题，确保钻井作业的安全、高效进行。

在威远页岩气田的实际应用中，威远页岩气水平井防塌防卡钻井液技术取得了良好的应用效果，具体体现在以下几个方面：1. 提高了钻井的成功率。

通过合理选择钻井液的配方和性能，采用适当的工艺方法和设备，加强现场管理和监控，可以有效地提高水平井的钻井成功率，降低了钻井的风险和成本。

2. 改善了页岩气水平井的钻进速度。

采用威远页岩气水平井防塌防卡钻井液技术，可以有效地改善井眼稳定性，提高了水平井的钻进速度，节约了钻井作业的时间和成本。

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1.1-1.4之间；④气含量>100ft3/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。

298我国经济的快速发展离不开能源资源的使用，我国能源紧缺问题一直没有的得到有效的解决。

页岩气是继煤炭、石油、天然气之后的又一新能源。

新能源的使用是经济效益和环境效益新的平衡点。

大部分页岩气藏为低孔隙度和低渗透气藏。

必须采用压裂等增产措施与天然裂缝进行沟通，需要较高的固井质量。

随着科学技术的不断推进和社会天然气需求的不断提高，页岩气水平井固井技术问题必须在短时间内解决。

一方面要保证新工艺的稳定性和耐久性，另一方面必须提高生产能力，保证固井质量的进步。

1 页岩气水平井固井技术难点分析1.1 对水泥环的破坏性较大在页岩气水平井施工后期，由于压裂作业对水泥环和套管的巨大冲击压力，使得部分地区容易产生高压、高压应变带。

此外，普通水泥浆材料的抗拉强度和抗压强度较差。

页岩气水平井施工容易产生宏观裂缝，降低了其使用寿命，限制了其生产效率。

1.2 水平段下套管难度较大由于页岩储集层易膨胀，所以，页岩气水平井的井眼呈现出的是椭圆形。

此外，水平位移越大，水平截面越长，套管的阻力越大，并且套管很难放置在预定位置。

当井的水平位移较大，新侧SH井的水平位移较大时，最后一次套管作业的阻力较大。

1.3 顶替效率得不到有效的提升由于井斜角的影响，套管的应力方向将来自高偏差部分的轴向、径向和横向部分，从而导致套管偏心，影响钻井液正常驱动套管的底部，进而导致导向问题，最终影响驱油效率。

对于页岩水平井来说，钻井作业中的不稳定性一直是钻井作业中的一个主要问题，因此在钻井过程中经常使用油基钻井液。

钻井液的实际影响主要体现在钻井液的质量、顶替效率和水泥浆强度上。

油基钻井液的顶替难度很大，特别是在温度很低的情况下，这将直接影响油基钻井液在运行过程中的保护效果。

另外，为了避免钻井液的不稳定性，保证钻井液的效率，钻井液使用的粘度和密度都很高，而且性能较差，这也会对钻井液的效率产生不利的影响。

1.4 射孔、压裂对水泥环的破坏除上述三点外，射孔压裂损伤水泥环也是页岩气水平井技术的难点之一。

威远页岩气水平井防塌防卡钻井液技术威远页岩气水平井是指在威远页岩气田开发过程中，为了获取更大的开采面积和提高产能，在垂直井的基础上进行水平井钻探。

由于威远页岩气层的特殊性，水平井钻探过程中常常会面临防塌和防卡的挑战。

为了解决这些问题，需要采用适合的钻井液技术。

防塌是指在钻井过程中，由于地层岩石的不稳定性，容易发生地层坍塌的现象。

在威远页岩气水平井钻探过程中，由于井壁的巨大侧压力和地层的不稳定性，防止井壁塌方至关重要。

钻井液的主要作用是形成一个稳定的井壁，防止地层的坍塌。

在威远页岩气水平井防塌钻井液技术中，常采用的方法有以下几个方面：1. 选用合适的钻井液体系：钻井液通常由基础液体、添加剂和填充物组成。

在威远页岩气水平井钻井液中，选用高密度的水基钻井液，以增加井壁稳定性，防止地层塌方。

添加剂可以增加钻井液的黏度和凝聚力，提高井壁的强度和稳定性。

2. 控制井壁压力：由于威远页岩气水平井具有较大的侧压力，容易导致井壁的坍塌。

在钻井过程中，需要通过调整钻井液的密度和压力来控制井壁的稳定性。

合理的井壁压力可以有效地防止地层的坍塌。

3. 加强井眼质量管理：在威远页岩气水平井钻井液技术中，还需要加强井眼质量管理。

通过密切监测井眼的情况，及时调整钻井液的性能和参数。

需要加强井眼清洁作业，及时清除井眼中的渣层和滞回物，保持井眼畅通。

防卡是指钻井作业中钻头容易卡在井壁或地层裂缝中，导致钻井停滞、损坏设备等问题。

在威远页岩气水平井钻井过程中，由于页岩气层的特殊性，容易形成泥浆堵塞和岩屑积聚，导致钻井工具卡住。

为了防止钻井工具卡钻，采用以下技术：1. 选择合适的钻井液类型：在威远页岩气水平井钻井液技术中，选择有助于降低摩阻、减少泥浆堵塞的钻井液类型。

如钻井胶体稀土水基钻井液，它具有良好的抗渗性能和高扩散率，可以减少页岩气层渗透率的影响。

2. 加强泥浆携砂能力：为了防止岩屑积聚，需要加强泥浆的携砂能力。

可以通过调整泥浆的密度和黏度，加强其对岩屑的悬浮能力，防止岩屑陷落。

页岩气水平井钻井技术与难点分析页岩气水平井钻井技术应用受到了地质特点的影响，存在着一定难点，为了顺利进行钻井施工，需要对钻井技术进行合理应用。

本文介绍了页岩气井的钻探的含义，分析了页岩气水平井钻井难点，阐述了水平钻井技术在页岩气井中的应用，提出了加强钻井技术效果的措施，使页岩气水平井钻井的进行更加顺利，为页岩气资源开采提供了便捷的条件。

标签：水平井钻井;页岩气;难点引言页岩气作为一种天然气，是重要的资源，在勘测中受到了多种因素的影响，开采可能会遇到问题。

由于我国的页岩气勘探及开发还处于发展过程中，钻井技术水平还没有达到较高的程度，这使勘测的进行受到了影响。

应结合页岩气的特点，分析水平井钻井技术的应用难点，页岩气的开采效果，使页岩气开发能够有效实现，为我国的能源供应带来帮助。

一、页岩气井的钻探概述同时采用压力控制和钻井平衡测量凿岩的技术，解决施工中遇到的重大技术难题。

对于非传统天然气资源的页岩气来讲，我国储量非常丰厚，但是开发难度系数较大，需要进行科学、系统的分析和研究，并采取措施改善井内钻井技术，解决工作中遇到的各种问题，提高页岩气和天然气的利用率和质量，并延长页岩气的使用期限，满足人们的需求。

在开展页岩气水平钻井工作的过程中，一般常用井眼轨迹控制技术进行作业，并且借助井的地质钻井技术导向使用，使钻探过程中的井眼轨迹问题得到了解决，为钻探工作带来相应的支持。

二、页岩气水平井钻井难点通过对某地区的地质构造情况进行分析，该地区的地质构造属于纵向上孔隙、裂缝发育，在结构中易产生钻井口的出口失返或者漏水问题，对钻井作业造成了影响，钻进水平井的过程中可能会产生更多的问题，导致周期延长。

由于地表的沉岩性比较差，易产生垮塌的问题或者掉块问题。

井壁切向应力等多种因素的作用下，水平井以及大斜度井中可能会出现井壁垮塌的问题。

同时，该地区的地层构造中可钻性比较差，地层中的夹层较多，对钻头有着较高的要求，一般使用单只钻头进行施工，避免对钻井效果产生不良的影响。