页岩气钻完井技术现状及难点分析

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1、页岩气钻完井技术现状及难点分析时间:2011-05-0108:46来源:天然气工业作者:崔思华等点击:502次简洁版        崔思华1,2 班凡生3  袁光杰3 1.中国石油大学（北京）2.中国石油勘探开发研究院廊坊分院 3.中国石油集团钻井工程技术研究院   崔思华等.页岩气钻完井技术现状及难点分析.天然气工业，2011，31（4）：摘 要 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(P

2、AD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3000m，水平井段的长度介于500～2500m；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基础上，指出国内页岩气钻井应着力解决在保持井壁稳定、事故预防、钻井成本降低、配套仪器研发和钻井液配方优选等方面存在的一些问题。关键词 页岩气

3、 钻井技术现状及难点水平井 欠平衡钻井 固井 完井 钻井液配方   页岩气是以多种相态存在、主体上富集于泥页岩（部分粉砂岩）地层中的天然气聚集，页岩气具有储量大、生产周期长等特点，全世界页岩气资源量约为456×1012m3。目前美国已经在密歇根、印第安纳等多个盆地实现了页岩气的商业开采。页岩气藏的储层一般呈低孔隙度、低渗透率的物性特征，气流的阻力比常规天然气大，采收率比常规天然气低，一般需要实施储层压裂改造才能开采出来[1-2]，页岩气开发的成本也就相对增加了。因此，为了获得较高的收益率，需要加快钻井速度，提高单井产能，延长

4、开采期限[3]。 1页岩气钻井发展历程美国在页岩气开发方面走在了世界的前列，已进入页岩气开发的快速发展阶段，其页岩气产量已占到美国天然气总产量的相当份额；加拿大商业开采还处于起步阶段，1998年底开始页岩气商业开采，2008年的日产量超过2.3×106m3；而欧洲才刚刚起步。自从美国1821年完钻世界上第一口页岩气井以来[4]，页岩气钻井先后经历了直井、单支水平井、多分支水平井、丛式井、PAD水平井钻井（丛式水平井）的发展历程。直井主要目的用于试验，了解页岩气藏特性，获得钻井、压裂和投产经验，并优化水平井钻井方案，2002年

5、以前，直井是美国页岩气开发的主要钻井方式；水平井主要用于生产，可以获得更大的储层泄流面积，得到更高的天然气产量，随着2002年Devon能源公司7口Barnett页岩气实验水平井取得了巨大成功[5-7]，水平井已然成为页岩气开发的主要钻井方式；PAD水平井钻井是利用一个钻井平台作为钻井点钻多口水平井，可以降低成本、节约时间，是比较新的页岩气钻井技术。 2钻井工艺技术水平井是页岩气藏成功开发的关键因素，水平井的推广应用加速了页岩气的开发进程。在页岩气层钻水平井，可以获得更大的储层泄流面积，更高的天然气产量。根据美国页岩气开发的

6、经验，水平井的日均产气量及最终产气量是垂直井的3～5倍，产气速率则提高10倍，而水平井的成本则仅为垂直井的25%～50%。国外在页岩气水平井钻完井中主要采用的相关技术有[8]：①旋转导向技术，用于地层引导和地层评价，确保目标区内钻井；②随钻测井技术(LWD)和随钻测量技术(MWD)，用于水平井精确定位、地层评价，引导中靶地质目标；③控压或欠平衡钻井技术，用于防漏、提高钻速和储层保护，采用空气作循环介质在页岩中钻进；④泡沫固井技术，用于解决低压易漏长封固水平段固井质量，套管开窗侧钻水平井技术，降低增产措施的技术难度；⑤有机和无

7、机盐复合防膨技术，确保井壁的稳定性[9]。另外，页岩气水平井钻井要考虑其成本，垂直井段的深度不超过3000m，水平井段的长度介于500～2500m。考虑到钻井完成后，页岩气开发要进行人工压裂，水平井延伸方位要垂直地层最大应力方向，这样才能保证能沿着地层最大应力方向进行压裂。欠平衡钻井时，人们有意识地在裸眼井段使井筒压力低于地层压力，当钻遇渗透性地层时，地层流体会不断流入井筒并循环到地面加以控制，页岩气用空气作循环介质在暗色页岩中钻进，可依据演化模式预测暗色页岩对扩散相天然气封闭的能力，以指导页岩气藏勘探，提高勘探开发水平。另

8、外，在页岩气水平井钻井中，采用欠平衡钻井技术，实施负压钻井，能够避免损害储层。美国肯德基州派克县的派克31井是泥盆系页岩气井，1986年8月完钻，完钻井深1330m，在井深809m至完钻井底使用空气钻井，目的是在钻井时排出地层水以保持干净的井筒，便于识别天然裂缝和烃类进入井筒的情况。 3固