頁巖氣井鉆井工藝配套技術(shù)分析

劉文旭

摘 要：本文闡述了我國(guó)川南地區(qū)的頁巖氣井鉆進(jìn)工作中遇到的工程技術(shù)難點(diǎn)，并對(duì)頁巖氣井鉆井工藝技術(shù)的應(yīng)用方案和實(shí)施效果進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：配套技術(shù);頁巖;地質(zhì)特征;垂直技術(shù)

我國(guó)川南地區(qū)于2014年在國(guó)家政策扶持下展開頁巖氣井鉆井，至今已經(jīng)完成十余口井鉆井工作，并在實(shí)踐中逐漸形成了一套獨(dú)特的鉆井工藝技術(shù)流程。但是傳統(tǒng)的鉆井技術(shù)方法存在著環(huán)保性不足和開發(fā)成本較高的問題，因此，對(duì)川南地區(qū)頁巖氣地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征和施工難點(diǎn)進(jìn)行分析，有利于對(duì)配套的施工技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化，更好地展開鉆井工作。

1 地質(zhì)特征與工程難點(diǎn)

1.1 地質(zhì)特征

川南地區(qū)位于我國(guó)西南地區(qū)，地質(zhì)結(jié)構(gòu)屬于縱向孔隙與裂縫發(fā)育的模式，在這種結(jié)構(gòu)模式當(dāng)中，若進(jìn)行鉆井施工比較容易產(chǎn)生出口失返，或者因?yàn)槁┧畣栴}影響到了鉆井防漏施工技術(shù)的應(yīng)用。本次研究的工程項(xiàng)目中，區(qū)域地塊結(jié)構(gòu)位于四川盆底和云貴高原相交的位置，地層受到了東部褶皺沖斷影響，南部地區(qū)受到了婁山褶皺帶演化控制的影響，使其實(shí)際的構(gòu)造特征呈現(xiàn)出了復(fù)合型特征[1]。

1.2 工程難點(diǎn)

該地區(qū)地表當(dāng)?shù)爻翈r性較差，在施工中容易產(chǎn)生破碎性的掉塊問題或者坍塌問題。所以，在井壁切向應(yīng)力與水平井應(yīng)力等因素的影響下，大斜度井以及水平井可能會(huì)產(chǎn)生重大垮塌問題。本工程項(xiàng)目所在區(qū)域中間夾層較多，整體可鉆性較差，施工期間對(duì)于鉆頭的要求較高，若只使用單一的鉆頭，則會(huì)對(duì)整體的施工進(jìn)度產(chǎn)生嚴(yán)重干擾。而且，頁巖氣藏鉆井工程項(xiàng)目前期投入資金較大，施工周期長(zhǎng)，產(chǎn)能較少，資金回流慢，增加了鉆井施工的壓力。對(duì)此，相關(guān)領(lǐng)域的工作人員要不斷對(duì)頁巖氣井鉆井施工技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化，提升鉆井采收效率，降低施工成本，推動(dòng)頁巖氣開發(fā)采集工作更加高效。

2 鉆井工藝技術(shù)應(yīng)用與效果分析

2.1 技術(shù)應(yīng)用

2.1.1 垂直技術(shù)

為了全面地解決陸相地層施工中存在的傾斜角大且容易歪斜的問題時(shí)，工程項(xiàng)目的組織規(guī)劃部門工作人員安排了垂直鉆井工藝技術(shù)。①垂直鉆井工藝處于井下工作狀態(tài)時(shí)，可使用3個(gè)重力傳感器進(jìn)行自動(dòng)化處理，在進(jìn)行施工中，還可以使用自動(dòng)近鉆頭對(duì)井斜方位進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，以此實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化調(diào)整和降斜處理;②當(dāng)鉆井工具處于全旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下，要為鉆具提供側(cè)向力，從而引導(dǎo)其井眼回歸到垂直狀態(tài);③使用垂直鉆井工藝技術(shù)可以完成平滑鉆井，使得井眼的軌跡更為平滑，整體形態(tài)更加規(guī)整，這種方法可以有效地避免鉆具旋轉(zhuǎn)過程中，出現(xiàn)卡鉆的問題。川南地區(qū)的頁巖氣井鉆井施工中，應(yīng)用垂直施工工藝技術(shù)，可充分提升鉆井的速度，整體的施工效果較為優(yōu)秀。

2.1.2 水平技術(shù)

水平鉆井技術(shù)在應(yīng)用中要著重考慮以下幾個(gè)方面：

2.1.2.1 井身結(jié)構(gòu)方案

井身結(jié)構(gòu)方案的規(guī)劃設(shè)計(jì)中，要對(duì)頁巖氣井地址項(xiàng)目所在區(qū)域的壓力剖面特征進(jìn)行分析，按照三開三完或者二開二完等結(jié)構(gòu)模式，設(shè)計(jì)出建設(shè)方案，同時(shí)在表層的套管水平段位置、疏松層、上方漏層位置應(yīng)用油層套管完成固定。以三開三完結(jié)構(gòu)模式為例，要在其中間增加套管，并在上方二疊系垮塌和復(fù)雜層的垮塌進(jìn)行隔離。根據(jù)復(fù)雜地質(zhì)結(jié)構(gòu)的特征，對(duì)頁巖氣井內(nèi)的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行分析總結(jié)，縮減水平段裸眼段的長(zhǎng)度和井眼的規(guī)格。這種方法不僅節(jié)約了成本，還可以提升頁巖氣藏開發(fā)工作效率。

2.1.2.2 井眼軌跡控制

根據(jù)測(cè)井資料、壓裂資料和地震資料，工作人員可以構(gòu)建出頁巖氣井的井下壓力模型，并以此推斷出頁巖氣地區(qū)的地理應(yīng)力表現(xiàn)情況，從而對(duì)應(yīng)力的大小與方向進(jìn)行判定，明確得出水平段的穩(wěn)定性需求，獲取去存儲(chǔ)層改造工作方案，確保穩(wěn)定性與存儲(chǔ)規(guī)格的需求能夠得到兼顧。

2.1.2.3 防塌陷井液系統(tǒng)

防塌陷井液系統(tǒng)的設(shè)置主要是針對(duì)頁巖層當(dāng)中各種不同的結(jié)構(gòu)類型可能產(chǎn)生的塌陷問題的預(yù)防。

2.1.3 旋轉(zhuǎn)技術(shù)

旋轉(zhuǎn)工藝技術(shù)是一種導(dǎo)向型工藝技術(shù)，通常在系統(tǒng)鉆柱旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，跟隨鉆頭的動(dòng)向完成實(shí)施導(dǎo)向工藝技術(shù)。旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工藝技術(shù)在實(shí)際對(duì)應(yīng)用中，體現(xiàn)出了摩擦阻力小、扭矩小、井眼平滑、鉆速高和以調(diào)控等優(yōu)勢(shì)。根據(jù)本文選擇的工程項(xiàng)目所在地區(qū)的地理因素特征可以看出，頁巖氣地質(zhì)工程項(xiàng)目鉆井工作與旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工藝技術(shù)的操作特點(diǎn)相匹配。在水平段旋轉(zhuǎn)鉆井施工中，導(dǎo)向施工可以實(shí)現(xiàn)一步到位操作，施工軌跡更為平滑，測(cè)井下套管的時(shí)間明顯縮短。

2.2 應(yīng)用效果

將垂直技術(shù)、水平技術(shù)和旋轉(zhuǎn)技術(shù)進(jìn)行綜合運(yùn)用之后，施工現(xiàn)場(chǎng)的平均速度較以往提升了20%，速度達(dá)到了4.52m/h，頁巖氣井鉆井周期從原本的204天縮短至113天，節(jié)約了91天。不僅如此，施工費(fèi)用也從原本的3516萬元降低至1522萬元。這一工程項(xiàng)目目前已經(jīng)成為了當(dāng)?shù)劂@井施工速度最快、周期最短且成本最低的工程項(xiàng)目，創(chuàng)造了頁巖氣井鉆井多項(xiàng)新紀(jì)錄。

3 總結(jié)

綜上所述，綜合運(yùn)用了垂直施工技術(shù)、水平技術(shù)和旋轉(zhuǎn)技術(shù)后，川南地區(qū)的頁巖氣井建設(shè)工作發(fā)展邁向了新的臺(tái)階，鉆井的速度較以往提升了20%，施工成本也得到了明顯降低，為其他地區(qū)的鉆井工程項(xiàng)目規(guī)劃和施工工作提供了參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]張小鋒，段元向，趙小猛.川南頁巖氣井鉆井工藝配套技術(shù)[J].石化技術(shù)，2019，26（05）：143-144.