国外页岩气勘探开发技术
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页岩气钻井过程中的钻井液技术背景页岩气开发目前成为全球关注的热点。
在我国,由于现有的天燃气产量难以持续满足中国国民经济的发展和社会高速发展的需求,也由于北美页岩气勘探开发的成功经验,所以中国页岩气的发展引起政府、企业和民众的高度关注。
中国的页岩气勘探开发技术刚刚起步,缺乏相关的经验和技术;美国是最早进行页岩气研究和开采的国家,目前已形成相当的规模,并且进入了开发的快速发展阶段。
页岩气钻井方式的选择美国开发页岩气的成功经验表明,水平井和多种储层压裂改造技术是成功开发页岩气的关键。
在页岩气层钻水平井,可以获得更大的泄流面积,更高的天然气产量。
根据美国页岩气开发的经验,水平井成本平均为直井的3倍,但日均产气量及最终产气量是直井3~5倍,产气速率则提高10倍。
因此,水平井成为了开发页岩气最主要的钻井方式。
页岩气水平井钻井存在的主要问题一方面,页岩是以粘土矿物为主的沉积岩,钻井过程中粘土矿物水化造成强度降低,进而产生缩径、井壁垮塌、卡钻等复杂事故;另一方面,在页岩气水平井钻井中,水平段较长,井壁失稳、摩阻、携岩及地层污染等问题非常突出。
因此,钻井液的选择及其配方直接影响钻井效率、工程事故的发生率及储层保护效果。
从钻井液角度看,要求钻井液能提高地层承压能力,防漏堵漏效果好,最重要的是抑制粘土水化膨胀,造成储层伤害。
选择钻井液体系的原则为:要使钻井液有较强的抑制性、封堵性能和较低的渗透性和活度;能阻止滤液进入页岩地层,防止页岩吸水、强度降低。
油基钻井液传统的页岩气钻井过程中,使用最多的是油基钻井液。
油基钻井液具有以下优点;(1)强的抑制性,能防止和减少水敏性地层的水化、膨胀、分散而引起的缩径或井塌;(2)在钻遇石膏层、盐层及水泥塞时,对Ca、Mg、Na等离子具有很强的抗污染能力;(3)由于以油为外相,油基钻井液润湿效果极佳,能大大降低钻进及起下钻时的扭矩、阻力和张力,减少由于阻、卡引起的井下复杂事故;(4)对钻井设备无腐蚀;(5)具有极好的油气层保护特性;(6)与其他水基钻井液相比,油基钻井液的滤饼滤失速率较小,滤液基本不会引起粘土矿物水化膨胀;(7)滤液进入亲水型硬脆性泥页岩阻力大,从而能较好地稳定泥页岩地层。