研究長寧—威遠(yuǎn)頁巖氣示范區(qū)水平井固井技術(shù)

房皓　郭小陽

摘 要：頁巖氣屬于致密性的非常規(guī)氣藏，資源儲(chǔ)藏非常豐富，但是頁巖氣儲(chǔ)層大多數(shù)處于低孔低滲的狀態(tài)，必須通過壓裂來增加產(chǎn)量，所以固井技術(shù)的應(yīng)用非常重要。通過介紹我國長寧-威遠(yuǎn)頁巖氣示范區(qū)水平井固井技術(shù)的應(yīng)用，分析了固井時(shí)的難點(diǎn)和固井需要用到的關(guān)鍵技術(shù)，希望能提升我國頁巖氣水平井的固井技術(shù)水平，提高頁巖氣資源的開采量。

關(guān)鍵詞：頁巖氣；水平井；固井技術(shù)；井筒密封性

中圖分類號：TE256 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.02.139

頁巖氣是一種非常規(guī)的天然氣，在我國的儲(chǔ)量非常大。頁巖氣在存儲(chǔ)空間和生成方式上都與常規(guī)油氣不同，孔隙度和滲透率都非常低，所以為了提高頁巖氣的開采效率，必須對其進(jìn)行壓裂。由于頁巖氣水平井的水平段都比較長，所以要分段壓裂，這就要求提高固井的質(zhì)量，保證頁巖氣開采的安全，提高水平井的頂替效率，并增加體積壓裂時(shí)頁巖氣井筒的密封性。

1 示范區(qū)的工程概況

長寧-威遠(yuǎn)頁巖氣示范區(qū)的開采層位于龍馬溪組，現(xiàn)完井的深度已超過3 500 m，垂直深度超過2 400 m，開采的水平段長度在1 000 m以上。頁巖層具有巖脆性與水敏性，所以在多開采層鉆進(jìn)時(shí)，需要使用高密度的合成基鉆井液來保證井筒的穩(wěn)定性。該示范區(qū)固井的主要難題就是如何使高密度合成基鉆井液在水平井鉆進(jìn)時(shí)發(fā)揮高效的膠結(jié)作用，保證分段壓裂時(shí)井筒的安全性。

2 頁巖氣水平井固井的目的和流程

2.1 固井目的

頁巖氣水平井固井主要是為了隔封頁巖氣的地層，固定開采的井眼，保證井內(nèi)密封性的良好，使水平井后期的鉆進(jìn)和增產(chǎn)開采等工作更加安全。固井是水平井建井時(shí)非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，所以固井的質(zhì)量非常重要，會(huì)對水平井未來的開采速度、使用壽命和開采成本等產(chǎn)生很大的影響。

頁巖氣水平井的固井作業(yè)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，涉及到地質(zhì)、石油、化學(xué)、流體力學(xué)等多個(gè)學(xué)科的知識，需要各個(gè)部門共同參與。在固井之前，還要充分準(zhǔn)備好下入的鋼管、管套、水泥等。固井作業(yè)的施工時(shí)間比較短，是一項(xiàng)技術(shù)性非常強(qiáng)的工作，而且固井工作全部是在井下完成，隱蔽性比較高，不能直接檢查和觀測固井流程，無法預(yù)知一些未知事故的發(fā)生。固井作業(yè)的費(fèi)用非常高，占到整個(gè)鉆井費(fèi)用的1/3左右。由于其是一項(xiàng)一次性的工程，所以必須保證固井質(zhì)量——如果首次固井沒有達(dá)到規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，便很難再補(bǔ)救，會(huì)在后期的開采過程中出現(xiàn)竄層現(xiàn)象，影響開采效率。

2.2 固井流程

在固井作業(yè)開始之前，要將管套深入到設(shè)計(jì)深度，安裝好水泥頭，形成鉆井液的循環(huán)。管套深入完成后，在注入水泥漿之前，要先注入隔離液，并打開下膠塞的擋銷。注漿完成后，把上膠塞的擋銷打開，注入代替水泥漿的鉆井液，直到上膠塞與下膠塞碰壓到一起，才算完成此次注漿工作。當(dāng)井筒內(nèi)的水泥漿完全凝固后，才能開始后續(xù)步驟的施工，所以要等待24～72 h的凝固時(shí)間，也稱候凝時(shí)間。候凝時(shí)間根據(jù)水泥漿的凝固強(qiáng)度而變化，候凝完成后，開始檢測固井的質(zhì)量。

3 頁巖氣水平井固井技術(shù)的關(guān)鍵點(diǎn)

3.1 套管下入的居中控制

由于頁巖氣的水平井并不是完全水平的狀態(tài)，存在部分井眼曲率較大的井段，所以套管在下入的過程中難免會(huì)受到井內(nèi)重力和摩擦力的相互作用，導(dǎo)致套管彎曲，而且隨著井內(nèi)彎度的逐漸加大，套管的摩擦阻力也會(huì)明顯變大，限制了套管的下入，使套管很難下入到預(yù)先設(shè)計(jì)的位置。套管下入時(shí)，摩擦阻力的影響會(huì)使套管變形，所以對套管的居中控制產(chǎn)生了影響。套管的居中度越低，最終的頂替效率越低，固井的質(zhì)量就越差，所以為了保證套管下入的居中控制，要安裝扶正器。扶正器的安裝密度越大，套管下入的居中度就越高，同時(shí)施工工序也會(huì)變得越復(fù)雜，所以要精心設(shè)計(jì)扶正器的密度。

3.2 油基前置液的頂替

油基前置液也就是鉆井液，它具有耐高溫、抗污染的特點(diǎn)，且潤滑性比較好，能對頁巖氣的儲(chǔ)層能起到良好的保護(hù)作用，在固井作業(yè)中使用廣泛。但是使用前置液時(shí)，會(huì)在井壁和套管壁上形成油膜，使灌注的水泥漿不能很好地吸附在井壁和套管層中，造成水泥漿固結(jié)質(zhì)量非常差。而且頁巖氣水平井的井眼與普通的井眼不同，套管、前置液、水泥漿所受到的重力全都是徑向的，使套管的居中控制非常困難，總是向底側(cè)下沉，導(dǎo)致水泥漿全部沉在套管下部，前置液上浮。這種現(xiàn)象會(huì)降低套管內(nèi)的頂替效率，使套管不能完全被水泥漿注滿，影響了固井作業(yè)的質(zhì)量。

3.3 注意固井水泥漿的設(shè)計(jì)

固井注入水泥漿的質(zhì)量直接影響著固井質(zhì)量，包括失水量、密度和流變性等。在固井過程中，如果水泥漿的失水量較大，就會(huì)導(dǎo)致水泥漿析出的水分較多，水分全部積聚在井筒的上層位置，固漿結(jié)束后在井筒的上層形成通道，造成頁巖氣藏的竄層，影響開采效率。另外，開采頁巖氣藏時(shí)，需要對整個(gè)氣藏進(jìn)行分段壓裂，如果水泥漿的固結(jié)質(zhì)量較差，就會(huì)導(dǎo)致固井質(zhì)量出現(xiàn)問題，對開采人員的生命安全造成威脅，所以必須保證固井所用的水泥漿具有低失水、高穩(wěn)定性的特點(diǎn)，同時(shí)還要保證水泥漿的流變性以及較短的稠化時(shí)間和過渡時(shí)間。

4 提升固井技術(shù)水平的有效對策

4.1 固井時(shí)套管下入的對策

在套管下入之前，要疏通井內(nèi)，利用強(qiáng)度不低于套管的管直接疏通到井底。疏通完成后，打開氣泵沖洗井內(nèi)2 h，確保井內(nèi)完全干凈后開始套管下入工作。下入前，要調(diào)整鉆井前置液的各項(xiàng)性能，確保套管可以順利下入到井底。

4.2 提高固井頂替效率的措施

在套管下入之前，利用氣泵將井內(nèi)的巖屑全部沖洗出來。套管下入后注入泥漿時(shí)，降低原本鉆井液的流動(dòng)率，提高泥漿頂替效率。沖洗井內(nèi)的鉆井液時(shí)，可以利用柴油或強(qiáng)度較高的沖洗液，保證井眼內(nèi)的沖洗效果。扶正器可以保證套管的居中率，但是扶正器的使用量不能過大，過大只會(huì)使固井作業(yè)更加復(fù)雜。對于水平長度較長的井段，可以利用整體式的雙弓扶正器，因?yàn)樵摲稣鲗儆谡w式結(jié)構(gòu)，在套管下入時(shí)，不容易對其造成損壞，所以居中能力比較強(qiáng)，可以對井壁和套管起到良好的保護(hù)作用。

4.3 加強(qiáng)固井作業(yè)的安全措施

在固井施工時(shí)，所使用的設(shè)備、管材等都要滿足固井的相關(guān)要求，并加強(qiáng)對井內(nèi)斜度、溫度和井寬的檢測，提供詳細(xì)的井內(nèi)數(shù)據(jù)，保證固井施工的安全，確保固井穩(wěn)定性。

5 結(jié)束語

固井技術(shù)是一項(xiàng)需要多個(gè)工種共同配合施工的一次性工程，所以在固井施工時(shí)，要以固井質(zhì)量為中心，保證各項(xiàng)固井資料的準(zhǔn)確性，加強(qiáng)各個(gè)部門的配合，有效提高固井質(zhì)量。

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〔編輯：王霞〕