页岩气与钻井技术

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1、页岩气与水平井钻井技术石工10-9班林鑫2010022116(中国石油大学石油工程学院，北京102249)摘要：页岩气在世界油气资源中占有巨大的比重，但因其渗透率低，开采难度大。目前对页岩气的开采方式主要是以水平井为主。水平井与直井相比，具有与油层接触面积大，采油率高等特点，因而被广泛的应用到非常规油气和老井增产中去。本文分析介绍了水平井钻井技术中的一些关键技术，对水平井技术中存在的问题进行了探讨，并对水平井的几个研究的方向进行了介绍。1.目的：页岩气是从页岩层中开采出来的天然气，主体位于暗色泥页岩或高碳泥页岩中，页岩气是主体上以吸附或游离状态存在于泥岩、高碳泥岩

2、、页岩及粉砂质岩类夹层中的天然气，它可以生成于有机成因的各种阶段天然气主体上，以游离相态（大约50%）存在于裂缝、孔隙及其它储集空间，以吸附状态（大约50%）存在于干酪根、粘土颗粒及孔隙表面，极少量以溶解状态储存于干酪根、沥青质及石油中天然气也存在于夹层状的粉砂岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩、甚至砂岩地层中为天然气生成之后，在源岩层内的就近聚集表现为典型的原地成藏模式，与油页岩、油砂、地沥青等差别较大。与常规储层气藏不同，页岩既是天然气生成的源岩，也是聚集和保存天然气的储层和盖层。因此，有机质含量高的黑色页岩、高碳泥岩等常是最好的页岩气发育条件。中国主要盆地和地区页岩

3、气资源量约为15万亿－30万亿立方米，经济价值巨大。另一方面，生产周期长也是页岩气的显著特点。页岩气的储量巨大，但开采难度也很高，为能充分开采页岩气，目前采用的技术有水平井技术和压裂技术，为此，对页岩水平井钻井技术的研究具有重要的意义。2.技术进展水平井是定向井的一种，指井眼轨迹达到水平后，井眼继续眼神一定长度的定向井。这里所说的“达到水平”是指井斜角达到90°左右（一般大于85°）。“延伸一定长度”一般是在油层里延伸，并且延伸的长度要大于有层厚度的六倍。根据垂直段向水平段转弯时的曲率半径的大小，将水平井分为五类，分别为：类别造斜率/（°/30m）井眼曲率半径/m

4、水平段长度/m长半径2~6860~280300~1700中半径6~20280~85200~1000中短半径20~8085~20200~500短半径30~15060~10100~300超短半径特殊转换器0.330~602.1水平井的优势1.水平井的突出特点是井眼穿过油层的长度长，大大增加了井与油层的接触表面积，从而使油井的单井产量高，油井的生产速度快，减少了生产时间。2.水平井在具有天然裂缝的岩层中，可以将天然裂缝相互连接起来，由于天然裂缝的渗透率要远大于岩石基质的渗透率，降低了油气流入井筒的压力损耗，形成阻力很小的输油线路，从而可以使一大批用直井或普通定向井无开采

5、价值的油藏具有工业开采价值。3.如果产层为水驱动，当原油粘度比水高的多时，垂直井可能会遇到水锥的问题，水平井可以在油层的中上部造斜，然后在生产层中钻一定长度的水平段，这样不仅可以减少水锥的可能性，延长无水采油期，而且每单位长度的产油段的压力降比垂直井产油段低，其他效果也都有所提高。同时水平井还能减少气锥的有害影响，提高油井产量。4.水平井可以连续贯穿几个薄油层，从而使不具有工业开采价值的油层也能进行生产，提高了原油的采收率。2.2水平井设计原则和设计顺序水平井设计与一般定向井、大斜度井设计概念及设计程序是不同的。它是一门综合性多学科的、极其复杂的、相互关联的技术。

6、涉及许多学科门类，如油藏工程、地质工程、采油工程、钻井工程等。具体设计可分成垂直阶段、造斜阶段、、水平井眼阶段和完井阶段。垂直井眼阶段所做的设计要与造斜阶段、水平阶段、完井阶段等工艺措施相配套，特别要尽可能打直，为以后各阶段施工创造条件。造斜、稳斜阶段设计要侧重于造斜点和增斜率的选择，以及与水平段设计相同的各种技术要求。水平井眼阶段应包括钻具设计、井下动力钻具性能要求、钻井液选择、水力参数、钻头选择、井控等。完井阶段主要提出对完井工具、工艺技术及采油设备等的要求，以确定最小井眼尺寸、套管程序。但是在水平井设计时，应按照从储集层物性、完井方法、曲率半径、套管程序、井

7、下测量仪器和工具、地面设备的顺寻从上到下的顺序进行设计，但是在钻井过程中，设计的顺序正好与之相反。2.3钻井技术在页岩气中的应用页岩气水平井钻井是一项综合技术，需要与测井、油藏等学科结合起来在钻井过程中，FMI全井眼微电阻率扫描成像测井显示出水平井钻遇的裂缝和层理特征，钻井诱发的裂缝沿着钻井轨迹顶部和底部，沿应力最高的井筒侧面终止；MWD在钻井过程中提供井斜角和方位角信息；LWD随钻测井实时获得所钻地层岩性和岩石中流体的状况；SWD随钻地震提供钻头前方待钻地层岩石类型岩石孔隙度、孔隙压力与其他声学敏感的岩石参数；通过三维地震解释技术能够更好地设计水平井井眼轨迹，钻

8、遇更多的产