页岩气水平井钻井技术难点及对策研究

顾雅頔

[摘要]：我国已探明的页岩气储量丰富，已然成为油气勘探领域的热门。目前，我国针对页岩气的钻探主要采用的是水平井钻井技术，在实际勘探开发过程中暴露出了许多问题，本文主要概述了页岩气水平井钻井过程中的常见问题，有针对性的提出了一些完善对策，旨在能够进一步的推动我国页岩气水平井钻井技术更上一个台阶。

[关键词]：页岩气 水平井 钻井 难点 对策

一 引言

石油天然气资源是我国目前主要的能源物质，随着勘探开发的不断推进，油气资源的开采难度越来越大。近些年，页岩气资源的开采研究工作如火如荼的进行着，根据探明储量表明，页岩气资源储存量大已然成为一种新型的能源物质。目前，我国针对页岩气资源的钻探主要采用的是水平井钻井技术，但是在钻进的过程中会遇到一些新的问题比如页岩遇水易膨胀、井壁失稳等，这在一定程度上严重的制约了页岩气钻井技术的发展。因此，本文从页岩气的特征出发，指出了在页岩气水平井钻井过程中存在的难点，并有针对性的给出了完善措施，旨在能够为我国的页岩气勘探开发奠定一定的理论基础。

二 页岩气特征

页岩气是一种存在于泥岩或者页岩结构中的天然气，由于其自身的产能很低，所以必须要借助更加先进的钻采技术来提高页岩气资源的产量。相比于常规气藏而言，页岩气藏有很多独特的特征。首先是从成藏条件上来说，页岩气主要是通过自生自储的方式，而常规气藏主要是通过在路径上进行圈闭；其次，从储集介质上来看，页岩气的岩层主要是页岩和砂质岩夹层，但常规的气藏的介质主要是多孔隙的碳酸盐岩；再者，从气藏的分布来看，页岩气分布面积广，丰度低，但常规气藏相对比较集中，丰度也较高；最后，在气藏的开采方式上来看，页岩气的开采主要是通过压力驱动的方式来进行开采，但常规气藏主要通过储层压裂改造，开采的周期更长。

三 页岩气水平井钻井技术难点

3.1 钻井摩阻较大

页岩气主要通过水平井的方式进行钻采，由于存在着水平段，而且页岩气水平井自身的结构比较复杂，所以在进行钻进的过程中，钻柱在重力的作用下就会和井壁之间产生一定的摩擦力。而且，为了确保储层的穿行，在水平段上会上下的进行地质调整，使得摩阻增大。当摩阻较大时，井壁和钻具之间会产生较大的扭矩和摩阻。而且，由于水平井的水平段较长导致钻井液难以有效的将岩屑携带出来，留在井筒内的岩屑逐步的会形成屑床。当钻具在钻进过程中使得摩阻增加，而且泥页岩遇水膨胀，当井下应力得到释放的时候就会出现垮塌的情况导致卡钻等问题的发生。

3.2 泥页岩储层井壁不稳定

在页岩气钻井的过程中，影响页岩气井壁稳定的因素较多，可能是化学方面的因素，也可能是力学方面的因素。我国目前涪陵区域是页岩气勘探的主战场，经过勘探发现该区块页岩气储层的非均质性较强，而且存在着成岩作用导致地层裂缝发育比较明显。在钻井过程中，井底压差以及钻井液等流体都会导致页岩地层的应力和强度发生变化，从而导致井壁失稳。

3.3 常规钻井液不能很好满足深层页岩气钻井

在深层页岩气钻进过程中采用常规油基钻井液时会出现黏度增大、沉降固像等问题，而且油基钻井液的配置成本较高，对环境的污染也较大；而常规水基钻井液体系若不能很好的控制滤失量，部分水相就会侵入到深层页岩地层中对储层造成一定的水敏损害。除此之外，水基钻井液的润滑性能较差，会导致钻具与井壁之间的摩擦阻力上升导致钻头的扭矩增大，在钻井过程中出现卡钻等井底事故。

3.4 井眼轨迹控制精度不够准确

在页岩气钻进过程中采用水平井的优势是较长的水平段可以有效的增加油气层的接触面积，提升单井产量。也正是由于水平段和稳斜段较长，所以很难对井眼轨迹进行控制。主要体现在如下几个方面：第一点是井壁失稳，可能出现井漏和井壁坍塌的现象；第二点是页岩气水平井的井眼不规则，从而导致扭矩不断变化，定向工具和钻头方向的调节难度较大，定向效果较差；第三点是在水平井进入水平段之前，摆放定向工具比较困难；第四点是后期进行页岩气人工压裂时进行钻井过程中，水平段延伸方向一般垂直于地层最大应力方向，这也会导致井眼轨迹的控制精度不够。

四 页岩气水平井钻井对策研究

4.1 有效降低钻柱的摩擦阻力与扭矩

为了进一步的降低钻柱的摩擦阻力与扭矩，在造斜的井段，可以采用斜坡钻杆来降低井壁与钻杆之间的摩擦阻力。而且，钻具的结构还需要进一步的进行优化，在实际生产过程中，可以采用加重钻杆替换钻铤。为了降低摩擦阻力，还可以采用倒装钻具，在进行加钻压的过程中尽量将钻压传递到钻头同时还要防止出现卡钻的情况。最后，钻井液的性能需要进一步的进行完善，增加钻井液的润滑性能。

4.2 完善井壁稳定控制技术

为了进一步的降低页岩气钻井过程中可能出现的井壁失稳、坍塌等事故的发生率，从事页岩气钻井相关工作的技术人员应该进一步的对深层泥页岩岩石应力的影响因素、钻井液合理的密度范围以及井壁垮塌机理等方面展开研究，进一步的对深层页岩气水平井的钻井液体系以及施工工艺进行优化，确保深层页岩气钻井安全。

4.3 优化钻井液体系

目前在页岩气钻井施工过程中常用的是油基钻井液体系，在使用的过程中应该注意如下几个方面的问题：首先应该对老浆回收工艺进行完善，有效的降低钻井液体系被固井冲洗液等含水物质的污染，同时也降低了有害固相的含量。

4.4 提升轨迹控制精度

页岩气的井眼轨迹轨迹难度较大，需要采取一些措施来提升井眼轨迹控制精度：首先是钻具在钻进的过程中可以采用滑动和复合钻的形式；其次是需要实时掌握钻具动态和分析地层岩性和钻具的关系，合理的调整和分配滑钻和钻进的时间；再者，优选钻具组合便于控制井眼轨迹；最后合理的利用旋转导向技术。在页岩气钻井过程中采用旋转导向技术，一方面可以有效的满足地质调整，进行油气穿行，大大的提升机械效率。另一方面，采用旋转导向技术使得井眼轨迹更平滑，对于井下摩擦阻力的降低具有很好的效果，大大提升了井下作业安全性。

五 结束语

页岩气是我国目前油气资源勘探开发的热点，很多新技术不断应用到页岩气的勘探开发中，也取得了不错的成绩。同时，在页岩气的勘探开发过程中也暴露出了很多新的问题，本文主要概述了在页岩气水平井钻井过程中一些常见的问题，有针对性的提出了几点水平井钻井的对策，主要分为有效降低钻柱的摩擦阻力与扭矩、完善井壁稳定控制技术、优化钻井液体系以及提升轨迹控制精度。总的来说，页岩气水平井钻井是一项复杂的技术难度较高的工作，在实际生产过程中，我们要根据钻探实际地质情况，结合新设备新技术制定高效的钻井策略，确保井下安全作业的同时最大化的提升页岩气开采效率。

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