国内外页岩气井水基钻井液技术现状及中国发展方向

综述了国内外页岩气井井壁失稳机理、稳定井壁主要方法及水基钻井液技术研究与应用现状,讨论了当前中国页岩气井钻井液技术面临的主要技术难题,分析了美国页岩气井与中国主要页岩气产区井壁失稳机理的差异,指出了中国页岩气井水基钻井液技术研究存在的误区与不足,提出了中国页岩气井水基钻井液技术发展方向。      

抗温型低渗透钻井液在富顺页岩气坛203井的应用

常规水基钻井液在页岩气井钻井过程中易出现各种井下复杂,目前川渝地区壳牌页岩气井多采用油基钻井液进行钻井施工。经过对四川壳牌项目富顺区块页岩岩心分析以及页岩气井技术难题研究,室内研发了抗温型低渗透钻井液体系。通过室内评价试验,对体系的抗温性能、抑制性能和封堵性能等进行了评价,评价结果显示抗温型低渗透钻井液能够满足四川壳牌项目富顺区块页岩气井施工技术要求。抗温型低渗透钻井液体系在四川壳牌项目富顺区块页岩气井探井坛203井进行了现场应用。应用结果显示,坛203井钻井施工过程中无阻卡现象,电测顺利,钻井液抗温性能、抑制防塌性能良好。坛203井与富顺项目前期油基钻井液完成井坛202井和梯202井对照,机械钻速快,钻井液成本节省200%以上。该钻井液的成功应用,为页岩气井的勘探开发提供了参考经验,其在页岩气井钻井施工中具有良好的推广应用前景。     

页岩气钻完井技术现状及难点分析

页岩气勘探开发在中国刚刚起步,缺乏相关技术经验。为此,介绍了国外页岩气钻完井技术现状及最新进展。国外页岩气开发先后经历了直井、单支水平井、多分支水平井、丛式井、丛式水平井钻井（PAD水平井）的发展历程;目前水平井已成为页岩气开发的主要钻井方式,页岩气水平井钻井要考虑其成本,垂直井段的深度不超过3 000 m,水平井段的长度介于500～2 500 m;PAD水平井钻井利用一个钻井平台作为钻井点,先后钻多口水平井,可以降低成本、节约时间,是比较新的页岩气钻井技术;页岩气固井主要采用泡沫水泥固井技术,完井方式以套管固井后射孔完井为主。在综合分析国外页岩气钻完井技术及钻完井难点的基础上,指出国内页岩气钻井应着力解决在保持井壁稳定、预防事故、降低钻井成本、研发配套仪器和优选钻井液配方等方面存在的问题。     

鄂西渝东建南构造页岩气钻完井关键技术

页岩气需要采用水平井+多级分段压裂技术才能实现商业开发,需要配套钻井液和固井技术。根据建南构造东岳庙段页岩气钻井实践,分析了页岩气钻完井技术应用情况,包括井身结构设计、油基钻井液性能,以及固井工艺技术。对存在的问题进行了分析,提出了解决方案。     

中国石化页岩气工程技术进步及展望

中国石化通过持续的攻关研究,形成了具有自主知识产权的页岩气工程配套技术,具备了页岩气水平井水平段长2 000 m、分段压裂20段以上的钻完井与压裂设计、施工能力,并实现了涪陵等地区页岩气资源勘探突破,促进了中国石化页岩气勘探开发进程。全面介绍了中国石化页岩气工程地质环境描述技术、优快钻井及井工厂技术、LVHS油基钻井液体系、SPF弹塑性水泥浆固井技术、分段压裂关键配套工具、滑溜水压裂液体系、页岩气水平井分段压裂技术和页岩气技术装备研发等技术及应用现状,并指出了未来页岩气工程技术的五大发展趋势。      

页岩气水平井固井技术研究进展

页岩气勘探开发在中国刚起步,目前中国研究多集中在地质和钻井技术,对固井技术涉及较少.为促进页岩气水平井固井技术的研究和发展,在分析总结页岩气储层特征和钻完井工艺特点的基础上,分析指出了页岩气水平井固井技术难点主要集中在油基钻井液置换及界面清洗困难、顶替效率不高、管串安全下入难度大、固井过程中的井漏、固井后早期气窜、对水泥浆和水泥石性能要求高等方面,综述了国内外油基钻井液用前置液技术、页岩气水平井固井水泥浆体系、页岩气水平井固井工艺的研究现状,探讨了目前研究存在的不足.提出了以高效井筒清洗技术、提高套管居中度技术、套管安全下入技术、水泥浆和水泥石性能设计、固井防漏技术、固井压裂一体化设计技术为核心的页岩气水平井固井技术对策.     

彭页HF-1页岩气水平井钻井关键技术

水平井是开发页岩气的有效方式,但页岩气水平井施工中存在井眼轨迹难以控制、摩阻扭矩大、机械钻速偏低、井壁稳定性差、固井质量难以保证等难题。在彭页HF-1井施工过程中,综合应用了旋转导向钻井技术、油基钻井液和双凝双密度水泥浆等,并进行了钻具组合和钻头的优选,钻井周期比设计周期缩短13 d。对该井的轨迹控制情况、井身质量、摩阻扭矩、固井质量等进行了分析,全井平均机械钻速达到6.28 m/h,狗腿度保持在6°/30 m以下,摩阻保持在150~250 kN,施工效果良好。该井实钻效果表明,旋转导向钻井技术和油基钻井液是页岩气水平井施工成功的关键,对国内其他页岩气水平井施工具有指导和借鉴作用。      

国外页岩气钻井液技术新进展

为了降低成本、满足环境保护要求,寻找能够替代油基钻井液的高性能水基钻井液成为当务之急。介绍了国外近3 年页岩气钻井液技术的新进展,包括防漏堵漏纳米钻井液、用于页岩储层的水基钻井完井液体系、维持井眼稳定的纳米钻井液、纳米添加剂等技术,旨在为中国页岩气钻井液技术的发展提供参考。      

延页平3井钻完井技术

为加快鄂尔多斯盆地陆相页岩气水平井钻井技术的发展,延长油田于2013年钻成了一口大偏移距的水平井——延页平3井。通过优化井身结构、加强井眼轨迹控制、优选钻头和钻具组合、采用全油基钻井液及漂浮下套管固井技术,钻井过程中未发生复杂情况,且套管一次性下放到位。该井钻井周期比设计缩短7 d,全井平均机械钻速达4.91 m/h,水平段平均钻速达13.16 m/h。该井的钻完井技术可以在陆相页岩气开发中进行推广使用,并对国内其他地区大偏移距页岩气水平井的施工有一定的借鉴意义。     

页岩气井环空带压防治难点分析及对策

页岩气开发越来越受到重视,国内页岩气已投产井环空带压现象严重,影响了页岩气井安全高效开采。根据气井环空带压形成原因,结合页岩气井施工工艺,分析了页岩气井环空带压防治难点,主要包括套管密封失效处理难度大、长水平段油基钻井液钻进固井质量难保证、固井后施工作业对水泥环和套管外加载荷复杂。由于页岩气井开发工艺的特殊性,若页岩气井采用常规油气井环空带压预防和控制技术,其不足之处主要是套管密封失效处理后承压能力不高、常规清洗液对油基钻井液清洗效率低、水泥石韧性不能满足压裂要求。针对页岩气井环空带压防治难点和常规防治方法在页岩气井的适用性,提出从套管密封失效修复、提高油基钻井液钻进水平井封固质量、水泥环完整性破坏后修复三个方面对环空带压进行防治,并提出了相应的技术措施和建议,为页岩气井环空带压的防治提供技术参考与指导。     

一种页岩气井表层套管和技术套管固井用泥饼固化剂

为进一步解决页岩气井表层套管和技术套管环空带压难题,介绍了一种适用于水基钻井液条件下的泥饼固化剂GJE.性能评价结果表明,采用GJE的固井二界面胶结强度较未采用GJE的固井二界面胶结强度提高了24.65～29.67倍,且GJE与页岩气井表层套管和技术套管用钻井液、前置液和弹韧性防气窜水泥浆体系具有良好的相容性,满足固井...     

彭页2HF井油基钻井液技术

彭页2HF井是部署在彭水区块的一口重点页岩气勘探水平井。该区页岩微裂隙发育、伊蒙混层含量较高,滤液进入地层后,与黏土矿物、微裂缝发生综合作用,井壁极易失稳;同时由于页岩微裂隙发育,极易发生井漏,且地层承压能力低;该井水平段长达1 650 m,对井眼清洁要求高。因此,井壁失稳、井漏频发和井眼清洁要求高是本井施工主要技术难点。笔者在分析彭水区块页岩矿物成分和裂缝分布的基础上,制定了相应的技术措施,进行了油基钻井液现场应用,取得了显著效果,创造了国内陆上页岩气水平井水平段和水平位移长度新纪录。该井的成功实施,对于国内其他地区页岩气水平井油基钻井液技术施工具有指导和借鉴作用。     

渝东南南川地区常压页岩气示范井应用评价及推广效果

渝东南南川地区常压页岩气资源丰富，是页岩气勘探开发的重要地区。该区前期钻井受地质条件复杂和工程技术配套不完善等因素影响，提速提效总体成效与常压页岩气规模效益开发要求存在差距。为此，选取该区阳春沟区块阳页54-3HF井作为首口常压页岩气示范井，攻关形成区域优快钻完井示范技术序列。在分析区域钻井技术难点的基础上，结合地层抗压特性、地层压力系统等基础研究，系统性攻关浅表层穿漏技术、井身结构优化技术、提速工具优选技术、轨迹控制与导向技术、低密度强封堵油基钻井液技术和优快完井技术等钻井关键技术，形成以浅表层工勘、大排量清水抢钻井、优化井身结构、全国产化提速工具配套、低密度强封堵油基钻井液、地质工程一体化导向、低承压井筒环境优快固井技术为核心的低成本优快钻井示范技术体系。示范井钻井周期19.96 d,刷新国内4 500 m井深最短钻井周期，机械钻速24.88 m/h,较同区相同井深最快机械钻速10.29 m/h提高141.79%,优质页岩钻遇率100%,固井质量优秀，起到了良好的示范引领作用。推广应用后，地区机械钻速、钻井周期等各项技术经济指标均得到明显提升，加快了南川地区常压页岩气勘探开发进程。...     

长宁-威远页岩气示范区水平井固井技术

四川盆地长宁-威远页岩气示范区油层套管固井时,由于井眼不规则,水平段长,水泥浆与油基钻井液兼容性差,钻井液密度高、黏切大,难以实现高效顶替,而且后期大型改造易造成套管变形、环空气窜等现象。针对以上难点,通过室内与现场试验探索,形成了一套页岩气水平井固井技术,从而提高了页岩气水平井的顶替效率和体积压裂下的井筒密封性,为下一步页岩气水平井固井提供了有益的借鉴。     

四川盆地外缘常压页岩气水平井低成本钻井技术探讨

四川盆地外缘页岩气储层压力系数为0.90~1.20,属于常压页岩气储层,采用高压页岩气钻井技术进行开发,开发成本高。在分析常压页岩气与高压页岩气钻井差异的基础上,分别从井身结构、井眼轨道设计、井眼轨迹控制、钻井液和固井工艺等方面探讨了降低钻井成本的技术措施,提出将三开井身结构优化为二开井身结构,采用"双二维"模型设计井眼轨道、利用旋转导向技术控制二开井眼轨迹、使用低油水比油基钻井液和优化生产套管水泥返高等降低钻井成本的配套技术和措施,以期为实现四川盆地外缘常压页岩气的经济有效开发提供技术支撑。      

泸州区块深层页岩气水平井优快钻井技术

泸州区块深层页岩气储层龙马溪组页岩埋藏深、温度高,钻井过程中面临井漏频发、难钻地层机械钻速低、旋转导向仪器高温下的故障率高和钻井周期长等技术难点。为此,在分析钻遇地层特征和钻井技术难点的基础上,进行了井身结构和井眼轨道优化、高效钻头优选、堵漏技术措施优化、油基钻井液地面降温技术和欠平衡钻井技术研究,形成了泸州区块深层页岩气水平井优快钻井技术。该技术在泸州区块34口页岩气水平井进行了应用,应用井平均完钻井深5 760 m,平均水平段长1 890 m,平均机械钻速由5.61 m/h提高至7.03 m/h,创造了造斜段+水平段一趟钻完钻、单趟钻进尺2 330 m等纪录。泸州区块深层页岩气水平井优快钻井技术支撑了该区块深层页岩气安全钻井和钻井提速提效,对其他地区深层页岩气水平井钻井提速具有一定的借鉴价值。      

页岩气水基钻井液在YS-AB井现场试验与认识

针对川南页岩气井地层特点和前期页岩气水基钻井液应用情况,通过引入插层抑制剂、双疏抑制剂、键合润滑剂、封堵剂4种核心功能性处理剂对页岩气水基钻井液进行优化,室内评价表明,页岩气水基钻井液性能与油基钻井液接近。在昭通YS-AB井顺利完成该井直井段、造斜段和水平段钻井作业,该页岩气水基钻井液具有良好的抑制性、封堵性,岩屑返出成型,井壁稳定;但对于井眼轨迹变化较大井段,润滑性在工程表象上与油基相差较大。通过对2015年以来页岩气水基钻井液试验应用情况的综合分析,提出了针对川渝地区页岩气水基钻井液存在问题与认识误区,建议适度放宽高温高压滤失量的要求,降低塑性黏度,适当提高结构黏度,强化悬浮稳定性,缓解水平段"岩屑床"与"重晶石床"的形成,以降低钻具摩阻、扭矩。     

四川盆地威远地区页岩气水平井优快钻井技术

从国内第一口页岩气水平井开钻至今,国家级页岩气示范区之一的威远区块已经完钻多口页岩气水平井,在钻探过程中,面临着表层井漏、机械钻速低、井眼轨迹控制难度大、井壁垮塌、油基钻井液条件下固井质量差等问题。针对上述问题,从井身结构优化、PDC钻头优选、井眼轨迹控制、油基钻井液优选、油基钻井液条件下的固井技术等方面进行了研究和实践,取得5项成果:1形成的水平井非标尺寸井身结构,对273.1mm套管的下入深度适当加深,起到了解决井漏、封隔易垮塌层的作用,而且各个井眼的尺寸均缩小,更有利于提高机械钻速;2优选出适合威远页岩气水平井的钻头序列,形成了"PDC+螺杆"的提速方式;3形成了水平井钻探的轨迹控制技术,提高了储层钻遇率;4优选出适合页岩水平段钻进的油基钻井液,保证了井壁稳定和井眼清洁;5形成了油基钻井液条件下的固井技术,解决了水平段固井质量差的问题,提高了后期储层分段改造的效果。所获成果为今后该区块开展页岩气丛式水平井钻井奠定了基础。     

高陡构造地区页岩气水平井钻井认识——以贵州赤水地区林滩场林页1HF为例

贵州赤水林滩场构造林页1HF井是中国石化西南油气分公司在林滩场构造部署的首口页岩气水平井,以钻探龙马溪组页岩气为目的,完钻井深5 055 m。该井钻进中面临地层倾角大、易井斜、表层溶洞性漏失、须家河组地层可钻性差、斜井段页岩层稳定性差、水平段长、轨迹控制难度大等问题。针对上述情况,综合应用了清水强钻、防斜打直、连续取心、地质导向LWD和强封堵油基钻井液等钻井关键技术,实钻表明,直导眼井底水平位移59.03m、平均取心收获率95.14%、轨迹平滑、水平段长1 524.19 m、轨迹在目标层段中穿行、套管一次性下到位等指标均达设计要求,为后续完井压裂等提供了合格井筒条件。该井应用的清水强钻、地质导向LWD和强封堵油基钻井液等钻井关键技术效果明显,认为该井形成的页岩气水平井钻井技术可为林滩场构造或其他区域钻页岩气水平井提供参考。     

超低摩阻水基钻井液在页岩气水平井的应用

油基钻井液具有优异的抑制性、封堵性、润滑性,是目前页岩气井作业的主要钻井液类型,但其对生态环境造成严重影响、过高的成本及废弃钻井液和钻屑处理压力限制了其在钻井中的应用。涪陵焦石部署4口水平井,钻探目的层为龙马溪组-五峰组,目的层含大段泥页岩,裂缝发育,易水化分散、垮塌漏失风险大。针对涪陵水平井要求低摩阻及地层泥页岩易发生井壁失稳的特点,研究了一套超低摩阻水基钻井液体系。该体系具有较好的流变和抑制性能,同时具有和油基钻井液相当的润滑性能。现场应用表明,超低摩阻水基钻井液实现了页岩气井水平段全流程高效安全作业,与同区块油基钻井液相比机械钻速提高了24.7%,每米钻时降低了6.2%,水平段起下钻1～2次,而油基钻井液需要2～3次,其中涪陵X4井水平段长2235 m,创完钻时国内页岩气水平井水基作业记录。该超低摩阻水基钻井液在涪陵页岩气的成功应用有望实现页岩气水基钻井液替代油基钻井液作业。