深層頁巖氣鉆井關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)及對策研究

范俊

摘要：隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，社會各界對能源需求量一直在不斷提高，因此頁巖氣已經(jīng)成為全球能源開發(fā)的焦點(diǎn)，頁巖氣的開采與其他常規(guī)油氣藏的開采有著明顯不同，通過分析深層頁巖氣鉆井關(guān)鍵技術(shù)，了解在鉆井過程中所出現(xiàn)的難點(diǎn)并提出相應(yīng)的改進(jìn)措施，從而有效增強(qiáng)我國深層頁巖氣的開采效率和質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：頁巖氣;鉆井技術(shù);難點(diǎn)

隨著我國社會各界對能源需求量的不斷增加，天然氣的價格處于上升趨勢，因此天然氣開發(fā)技術(shù)的不斷提高以及人們對新型能源的依賴，目前深層頁巖氣的開采已經(jīng)受到了社會各界的高度關(guān)注，已經(jīng)成為世界資源勘探開發(fā)的重要研究領(lǐng)域。我國深層頁巖氣資源非常豐富，但是頁巖氣的勘探和開發(fā)正處于初級階段，相應(yīng)的鉆井技術(shù)并不成熟，通過分析深層頁巖氣在鉆井過程中的關(guān)鍵技術(shù)并研究鉆井技術(shù)難點(diǎn)，對提高我國深層頁巖氣的開采有著非常重要的作用。

1頁巖氣定義及特征

頁巖氣的形成條件是氣源物質(zhì)的沉積，該條件對儲層中有機(jī)物烴類物質(zhì)的含量要求非常嚴(yán)格。通過對頁巖氣目前的勘探和開采經(jīng)驗來看，形成頁巖氣的最佳儲層是含有較高有機(jī)質(zhì)的黑色泥頁巖，該頁巖是最容易形成頁巖氣生成的源巖。頁巖氣之所以能夠在此源巖中大量生成，其主要的原因是該頁巖能夠形成良好的沉積條件和封閉性環(huán)境，使烴類物質(zhì)能夠大量沉積。

頁巖氣是一種與常規(guī)天然氣不同的物質(zhì)，頁巖氣主要儲層在泥巖或者頁巖中，具有自生自儲、無汽水界面、大面積連續(xù)成藏的特點(diǎn)，同時具有低孔隙度和低滲透率的特征。通常情況下頁巖氣自然產(chǎn)能較低，甚至沒有自然產(chǎn)能。需要大型的水力壓裂和水平井技術(shù)才能夠進(jìn)行開采，另外頁巖氣井的單井生產(chǎn)周期長。

2頁巖氣水平井鉆井技術(shù)

通常情況下，頁巖氣儲層的鉆井技術(shù)主要以水平井為主，垂直井的使用主要是針對頁巖氣儲層的實驗階段，并且通過垂直井所得出的實驗結(jié)果，能夠為后期水平井的開采提供相關(guān)數(shù)據(jù)，并對水平井進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化，對于水平井的使用能夠?qū)Σ刂辛芽p較少或者沒有裂縫的儲層進(jìn)行保護(hù)，可以將頁巖氣的開采技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化，實現(xiàn)頁巖氣的最大經(jīng)濟(jì)效益。

在水平井鉆井完成之后，就需要對頁巖氣井進(jìn)行固定和完井工作，一般情況下頁巖氣井所采取的固定方式為泡沫水泥固井，而完井的工作方式則為組合式橋塞完井和水力噴射孔完井以及機(jī)械式組合完井。

3深層頁巖氣鉆井技術(shù)難點(diǎn)

深層頁巖氣鉆井技術(shù)在實際應(yīng)用過程中主要包括以下幾個工作難點(diǎn)：

井壁穩(wěn)定性差。在進(jìn)行開采過程中，巖層中的結(jié)合水會轉(zhuǎn)化成自由水，因此會導(dǎo)致巖層內(nèi)部壓力逐漸上升，一旦巖層內(nèi)部壓力高于鉆井液壓力，則會影響到鉆井液性能的發(fā)揮，導(dǎo)致鉆井也會流入到巖層間隙，巖層中的黏土物質(zhì)遇水會發(fā)生膨脹，更加增大了巖層的壓力，巖層結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不穩(wěn)定性，另外由于水溶液或鉆井液進(jìn)入到裂縫中后，會逐漸破壞巖層的內(nèi)部結(jié)構(gòu)平衡，儲層內(nèi)部巖層發(fā)生破裂，井壁的穩(wěn)定性出現(xiàn)降低，同時井眼周圍容易發(fā)生應(yīng)力改變，不僅會容易引起井下生產(chǎn)的安全事故，同時后續(xù)井下作業(yè)的技術(shù)肯定會受到嚴(yán)重影響，嚴(yán)重增加了技術(shù)的難度。

井眼控制軌跡難題。頁巖氣鉆井深度淺，傾斜難度大，井壁的穩(wěn)定性較差，并且井徑的變化差異明顯，因此在實際開采過程中的扭矩設(shè)計也會發(fā)生較大變化。這些問題的發(fā)生都會加大井眼軌跡的控制難度，一旦井眼軌跡控制難度出現(xiàn)異常，則會容易引發(fā)井露、井垮等安全事故的發(fā)生。

套管技術(shù)難題。該問題主要包括套管下入難題和套管受損問題。由于頁巖氣開采井的傾斜角度大，井徑變化明顯，因此在套管下入過程中非常困難，導(dǎo)致套管下入阻力大，容易出現(xiàn)粘卡現(xiàn)象。另外頁巖氣井的井眼曲率在很多水平段很容易增加套管的摩擦阻力，自由下滑的位移小，無法利用套管的自重來提供前進(jìn)的驅(qū)動力，嚴(yán)重阻礙了開采效率的提高。套管受損問題主要是套管柱在水平井彎曲段的過程。由于井眼會施加較大的彎曲應(yīng)力作用，因此會對套管產(chǎn)生不利影響，一旦套管壁承受不住外界的壓力就會發(fā)生彎曲變形，導(dǎo)致套管受損，穩(wěn)定性降低。

4主要技術(shù)對策

4.1優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)及水平井眼控制技術(shù)

在實際開采過程中由于三開井身結(jié)構(gòu)無法滿足深層頁巖氣的鉆井需求，通常情況下需要采用四開井身結(jié)構(gòu)來滿足深層頁巖氣水平井的開采，但是在該過程中就會導(dǎo)致井眼尺寸變大，套管層次增多，從而影響機(jī)械的鉆井速度，延長了鉆井周期，所以需要對三開井身結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，并且對套管和鉆頭的尺寸進(jìn)行完善，縮小上部井眼尺寸，從而使機(jī)械鉆井速度增大，提高鉆井效率。

在分析深層頁巖氣相關(guān)鉆井資料的基礎(chǔ)上，可以利用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)對水平井眼軌跡進(jìn)行有效控制，該技術(shù)的有效應(yīng)用可以確保鉆住在旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)下控制井眼軌跡，能夠有效提高鉆井效率。

4.2研制高效PDC鉆頭

針對深層頁巖氣地層的研磨性較強(qiáng)，可鉆性差的特點(diǎn)，使用傳統(tǒng)的PDC鉆頭磨損率過快，而使用牙輪鉆頭又會降低機(jī)械的鉆井速度，因此需要不斷優(yōu)化PDC鉆頭的結(jié)構(gòu)，研制出適合深層頁巖氣井的高效鉆頭，提高PDC鉆頭的耐磨性能，在不影響鉆井速度的情況下增強(qiáng)鉆頭的使用壽命，并且滿足深層頁巖氣水平井的鉆井施工需求。

4.3優(yōu)化井壁穩(wěn)定控制技術(shù)

為了能夠有效防止深層頁巖氣在鉆井過程中出現(xiàn)井壁失穩(wěn)、坍塌等安全事故的發(fā)生，應(yīng)當(dāng)更加深入研究深層頁巖巖石的應(yīng)力影響因素、井壁垮塌機(jī)理和鉆井液合理密度范圍，不斷優(yōu)化適合深層頁巖氣水平井的鉆井液體系，優(yōu)化水平段長度及施工工藝流程，確保深層頁巖氣在鉆井過程中的安全性。

5結(jié)束語

綜上所述，深層頁巖氣的開發(fā)技術(shù)難度較高，工作人員必須結(jié)合深層頁巖氣的地質(zhì)特點(diǎn)和實際狀況，結(jié)合新技術(shù)、新裝備制定有效的開采策，以便更好的確保深層頁巖氣在鉆井過程中的安全性，從而有效提高深層頁巖氣的開采質(zhì)量和效率，從而有效推動我國深層頁巖氣鉆井技術(shù)的不斷提高。

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