研究長寧—威遠頁巖氣示范區(qū)水平井固井技術(shù)

房皓　郭小陽

摘 要：頁巖氣屬于致密性的非常規(guī)氣藏，資源儲藏非常豐富，但是頁巖氣儲層大多數(shù)處于低孔低滲的狀態(tài)，必須通過壓裂來增加產(chǎn)量，所以固井技術(shù)的應(yīng)用非常重要。通過介紹我國長寧-威遠頁巖氣示范區(qū)水平井固井技術(shù)的應(yīng)用，分析了固井時的難點和固井需要用到的關(guān)鍵技術(shù)，希望能提升我國頁巖氣水平井的固井技術(shù)水平，提高頁巖氣資源的開采量。

關(guān)鍵詞：頁巖氣；水平井；固井技術(shù)；井筒密封性

中圖分類號：TE256 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.02.139

頁巖氣是一種非常規(guī)的天然氣，在我國的儲量非常大。頁巖氣在存儲空間和生成方式上都與常規(guī)油氣不同，孔隙度和滲透率都非常低，所以為了提高頁巖氣的開采效率，必須對其進行壓裂。由于頁巖氣水平井的水平段都比較長，所以要分段壓裂，這就要求提高固井的質(zhì)量，保證頁巖氣開采的安全，提高水平井的頂替效率，并增加體積壓裂時頁巖氣井筒的密封性。

1 示范區(qū)的工程概況

長寧-威遠頁巖氣示范區(qū)的開采層位于龍馬溪組，現(xiàn)完井的深度已超過3 500 m，垂直深度超過2 400 m，開采的水平段長度在1 000 m以上。頁巖層具有巖脆性與水敏性，所以在多開采層鉆進時，需要使用高密度的合成基鉆井液來保證井筒的穩(wěn)定性。該示范區(qū)固井的主要難題就是如何使高密度合成基鉆井液在水平井鉆進時發(fā)揮高效的膠結(jié)作用，保證分段壓裂時井筒的安全性。

2 頁巖氣水平井固井的目的和流程

2.1 固井目的

頁巖氣水平井固井主要是為了隔封頁巖氣的地層，固定開采的井眼，保證井內(nèi)密封性的良好，使水平井后期的鉆進和增產(chǎn)開采等工作更加安全。固井是水平井建井時非常重要的一個環(huán)節(jié)，所以固井的質(zhì)量非常重要，會對水平井未來的開采速度、使用壽命和開采成本等產(chǎn)生很大的影響。

頁巖氣水平井的固井作業(yè)是一項系統(tǒng)工程，涉及到地質(zhì)、石油、化學(xué)、流體力學(xué)等多個學(xué)科的知識，需要各個部門共同參與。在固井之前，還要充分準備好下入的鋼管、管套、水泥等。固井作業(yè)的施工時間比較短，是一項技術(shù)性非常強的工作，而且固井工作全部是在井下完成，隱蔽性比較高，不能直接檢查和觀測固井流程，無法預(yù)知一些未知事故的發(fā)生。固井作業(yè)的費用非常高，占到整個鉆井費用的1/3左右。由于其是一項一次性的工程，所以必須保證固井質(zhì)量——如果首次固井沒有達到規(guī)定的標準，便很難再補救，會在后期的開采過程中出現(xiàn)竄層現(xiàn)象，影響開采效率。

2.2 固井流程

在固井作業(yè)開始之前，要將管套深入到設(shè)計深度，安裝好水泥頭，形成鉆井液的循環(huán)。管套深入完成后，在注入水泥漿之前，要先注入隔離液，并打開下膠塞的擋銷。注漿完成后，把上膠塞的擋銷打開，注入代替水泥漿的鉆井液，直到上膠塞與下膠塞碰壓到一起，才算完成此次注漿工作。當井筒內(nèi)的水泥漿完全凝固后，才能開始后續(xù)步驟的施工，所以要等待24～72 h的凝固時間，也稱候凝時間。候凝時間根據(jù)水泥漿的凝固強度而變化，候凝完成后，開始檢測固井的質(zhì)量。

3 頁巖氣水平井固井技術(shù)的關(guān)鍵點

3.1 套管下入的居中控制

由于頁巖氣的水平井并不是完全水平的狀態(tài)，存在部分井眼曲率較大的井段，所以套管在下入的過程中難免會受到井內(nèi)重力和摩擦力的相互作用，導(dǎo)致套管彎曲，而且隨著井內(nèi)彎度的逐漸加大，套管的摩擦阻力也會明顯變大，限制了套管的下入，使套管很難下入到預(yù)先設(shè)計的位置。套管下入時，摩擦阻力的影響會使套管變形，所以對套管的居中控制產(chǎn)生了影響。套管的居中度越低，最終的頂替效率越低，固井的質(zhì)量就越差，所以為了保證套管下入的居中控制，要安裝扶正器。扶正器的安裝密度越大，套管下入的居中度就越高，同時施工工序也會變得越復(fù)雜，所以要精心設(shè)計扶正器的密度。

3.2 油基前置液的頂替

油基前置液也就是鉆井液，它具有耐高溫、抗污染的特點，且潤滑性比較好，能對頁巖氣的儲層能起到良好的保護作用，在固井作業(yè)中使用廣泛。但是使用前置液時，會在井壁和套管壁上形成油膜，使灌注的水泥漿不能很好地吸附在井壁和套管層中，造成水泥漿固結(jié)質(zhì)量非常差。而且頁巖氣水平井的井眼與普通的井眼不同，套管、前置液、水泥漿所受到的重力全都是徑向的，使套管的居中控制非常困難，總是向底側(cè)下沉，導(dǎo)致水泥漿全部沉在套管下部，前置液上浮。這種現(xiàn)象會降低套管內(nèi)的頂替效率，使套管不能完全被水泥漿注滿，影響了固井作業(yè)的質(zhì)量。

3.3 注意固井水泥漿的設(shè)計

固井注入水泥漿的質(zhì)量直接影響著固井質(zhì)量，包括失水量、密度和流變性等。在固井過程中，如果水泥漿的失水量較大，就會導(dǎo)致水泥漿析出的水分較多，水分全部積聚在井筒的上層位置，固漿結(jié)束后在井筒的上層形成通道，造成頁巖氣藏的竄層，影響開采效率。另外，開采頁巖氣藏時，需要對整個氣藏進行分段壓裂，如果水泥漿的固結(jié)質(zhì)量較差，就會導(dǎo)致固井質(zhì)量出現(xiàn)問題，對開采人員的生命安全造成威脅，所以必須保證固井所用的水泥漿具有低失水、高穩(wěn)定性的特點，同時還要保證水泥漿的流變性以及較短的稠化時間和過渡時間。

4 提升固井技術(shù)水平的有效對策

4.1 固井時套管下入的對策

在套管下入之前，要疏通井內(nèi)，利用強度不低于套管的管直接疏通到井底。疏通完成后，打開氣泵沖洗井內(nèi)2 h，確保井內(nèi)完全干凈后開始套管下入工作。下入前，要調(diào)整鉆井前置液的各項性能，確保套管可以順利下入到井底。

4.2 提高固井頂替效率的措施

在套管下入之前，利用氣泵將井內(nèi)的巖屑全部沖洗出來。套管下入后注入泥漿時，降低原本鉆井液的流動率，提高泥漿頂替效率。沖洗井內(nèi)的鉆井液時，可以利用柴油或強度較高的沖洗液，保證井眼內(nèi)的沖洗效果。扶正器可以保證套管的居中率，但是扶正器的使用量不能過大，過大只會使固井作業(yè)更加復(fù)雜。對于水平長度較長的井段，可以利用整體式的雙弓扶正器，因為該扶正器屬于整體式結(jié)構(gòu)，在套管下入時，不容易對其造成損壞，所以居中能力比較強，可以對井壁和套管起到良好的保護作用。

4.3 加強固井作業(yè)的安全措施

在固井施工時，所使用的設(shè)備、管材等都要滿足固井的相關(guān)要求，并加強對井內(nèi)斜度、溫度和井寬的檢測，提供詳細的井內(nèi)數(shù)據(jù)，保證固井施工的安全，確保固井穩(wěn)定性。

5 結(jié)束語

固井技術(shù)是一項需要多個工種共同配合施工的一次性工程，所以在固井施工時，要以固井質(zhì)量為中心，保證各項固井資料的準確性，加強各個部門的配合，有效提高固井質(zhì)量。

參考文獻

[1]辜濤，李明，魏周勝，等.頁巖氣水平井固井技術(shù)研究進展[J].鉆井液與完井液，2013（04）：75-80，97-98.

[2]劉偉，陶謙，丁士東.頁巖氣水平井固井技術(shù)難點分析與對策[J].石油鉆采工藝，2012（03）：40-43.

[3]李偉，王濤，王秀玲，等.陸相頁巖氣水平井固井技術(shù)——以延長石油延安國家級陸相頁巖氣示范區(qū)為例[J].天然氣工業(yè)，2014（12）：106-112.

[4]馬自偉.頁巖氣水平井固井技術(shù)難點與對策分析[J].中國石油和化工標準與質(zhì)量，2014（06）：202-203.

[5]劉偉.彭水地區(qū)海相頁巖氣水平井固井技術(shù)[J].石油天然氣學(xué)報，2014（01）：7，83-87.

[6]趙常青，譚賓，曾凡坤，等.長寧-威遠頁巖氣示范區(qū)水平井固井技術(shù)[J].斷塊油氣田，2014（02）：256-258.

〔編輯：王霞〕