第七章页岩气钻完井工艺ppt课件.ppt

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1、第七章页岩气井钻完井技术石油工程学院周德胜2013年10月页岩气钻完井历程水平井钻井相关技术页岩气钻井液水平井固井技术水平井完井技术第七章页岩气钻完井技术一、页岩气钻完井历程自从美国1821年完钻世界上第一口页岩气井以来，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。2002年以前，直井是美国页岩气开发的主要钻井方式；随着2002年Devon能源公司7口Barnett页岩气实验水平井取得巨大成功，水平井已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

2、技术1.页岩气井历程水平井钻井技术经过近80年发展，目前已相当成熟完善，特别是井下动力钻具、地质导向工具、旋转导向钻井系统、随钻测量系统、控压钻井等新技术出现，使得在页岩气勘探开发领域水平井较直井更具优势；目前，直井主要用于试验，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；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；水平井能增加井筒与储层的接触面积。尽管水平井成本稍高，大概是直井的1.5－2倍，但是日产气量和可采储量为直井的3－4倍。水平井可大大提高页岩气储层的天然裂隙钻遇率。提高天然裂隙钻遇率高达几十倍甚至几百倍，从而改善储层流体的流动状态

3、，获得更大泄流面积，提高天然气产量。水平井可用在复杂地质条件下的页岩气开采。在Barnett页岩气田外围生产区块中，利用水平井成功解决了Barnett组的页岩受上下石灰岩的包夹问题，防止了Ellenburger组白云岩层遭水侵，为后续压裂改造降了低风险。2.页岩水平井水平井可减少钻井数量，解决地面施工受限问题，同时也延伸了页岩气开采区域。为了开采多层页岩气，水平井、分支井开始大量用于页岩气开发。2004－2006年，Barnett页岩成功开发的水平井总计4050口，约占生产井总数57%，2007年完钻水平井2219口，占该区全年页岩气完井总数的94%。页岩气水平井井眼方位一般选择在应力较低

4、、脆性矿物和干酪根富集、裂缝发育程度高、孔隙度较高的页岩层区域，为后期压裂提供有利条件。为使井眼穿过尽可能多的裂缝，理论上讲井眼前进方向应与地层最小主应力方向一致。一般水平井选择与主要裂缝网络系统大致平行的方位钻井，能够生成众多横向诱导裂缝，使天然或诱导裂缝网络彼此连通，增大与气体接触的表面积，提高采收率。1.水平井井身结构设计水平井井身结构设计是页岩气水平井开采的关键环节。由于页岩吸附气解析、扩散速度慢，使得生产周期变长，页岩气井寿命一般大于25年，而页岩气井都需要进行压裂才有商业价值。所以，页岩气水平井井身结构设计要满足多次压裂和长达30－50年生产周期的要求；Woodford和Hay

5、neeville两个区块的页岩气钻井都是采用三级井身结构。由于后期加砂压裂，因此对套管承压能力要求较高，固井质量要好，水泥返高到地面。在井身结构设计中，采用三维地震解释技术，尽量保证水平轨迹沿着最小水平主应力方向前进，以增加压裂裂缝与天然裂缝相交的可能性，打开更多的储层。二、水平井钻井相关技术Woodford和Hayneeville区块井身结构参数区块名称井眼尺寸/mm套管/mm完井套管型号测量井深/mWoodford508.00444.50311.15222.25406.40339.70219.08139.70J－55H－40N－80P－1109.14141.731676.404206.

6、24Hayneeville508.00342.90205.80171.45406.40273.05193.68127.00J－55N－80P－110P－1109.14768.103108.965151.122.页岩钻井技术与常规钻井相比，页岩气钻井主要要实现3个方面的要求：浅层的快速钻井，即为了节省时间降低钻井成本，要实现浅层的快速钻进，往往采用表层特殊钻机实现；水平段快速侧钻；在钻井过程中，要时刻了解随钻过程中的岩石储层物性，以实现水平段着陆。因此，页岩气钻完井的主要设备为表层特殊钻机、导向工具包括旋转导向和地质导向工具；随钻测量工具包括LWD、MWD和EM－MWD等。二、水平井钻井相关

7、技术3.表层特殊钻机4.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。旋转导向技术常应用于一些位移大、水平段长、风险高的页岩气水平井钻井。因为该项技术可有力解决困扰该类水平井施工的主要技术瓶颈，比如，摩阻和扭矩偏大，机械钻速偏低、井下事故频繁等；5.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。不但可以对井斜、方位进行实时监测，优化关键钻进参数，同时将随钻测量数据和