頁巖氣水平井鉆井技術(shù)分析

■謝鍇

（中石化中原石油工程有限公司鉆井二公司河南濮陽457001）

頁巖氣水平井鉆井技術(shù)分析

■謝鍇

（中石化中原石油工程有限公司鉆井二公司河南濮陽457001）

伴隨著低碳能源的浪潮，水平鉆井技術(shù)被運(yùn)用于各種新能源的開采工作之中，因此下文將從頁巖氣的開采出發(fā)，深入研究頁巖氣水平鉆井技術(shù)，以供相關(guān)從業(yè)人員借鑒學(xué)習(xí)。

新能源頁巖氣開采水平井鉆井技術(shù)研究

隨著我國經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展，對資源的運(yùn)用也隨之增加，減少碳的排放成為我國環(huán)境的一大問題。頁巖氣作為我國常見的天然氣資源，具有價(jià)格低廉、穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛的運(yùn)用于我國的經(jīng)濟(jì)建設(shè)當(dāng)中。但頁巖氣的開采方面卻存在著一些問題，始終困擾著相關(guān)工作人員。

1　頁巖氣水平井鉆井技術(shù)研究現(xiàn)狀

相比發(fā)達(dá)國家頁巖氣開采，我國的頁巖氣資源開發(fā)歷史比較短，在很多方面都不夠成熟，特別在水平井鉆井技術(shù)方面，還存在著許多問題，但相比其他頁巖氣開采技術(shù)，水平井鉆井技術(shù)的開采速度更快，開采頁巖氣的效率更高，能給相關(guān)企業(yè)帶來更多的經(jīng)濟(jì)效益，這就是為什么在頁巖氣采集上，水平井鉆井技術(shù)受到各大能源企業(yè)青睞的原因之一，同時(shí)由于頁巖的裂縫比較大，用其他開采技術(shù)的危險(xiǎn)系數(shù)大，因此選擇水平井鉆井技術(shù)還有施工穩(wěn)定性方面的考慮。早在上世紀(jì)九十年代，我國就對頁巖氣開展了前期的開發(fā)研究，指導(dǎo)我國進(jìn)入二十一世紀(jì)以來，頁巖氣才真正作為新能源開發(fā)目標(biāo)開始了前期的基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，2010年前后，我國徹底進(jìn)入了頁巖氣開采使用實(shí)踐，并且給與我國的頁巖氣水平井鉆井開發(fā)提供了理論的基礎(chǔ)。

2　頁巖汽水平井鉆井技術(shù)難點(diǎn)

2.1井壁穩(wěn)定性差

我國頁巖氣水平井鉆井技術(shù)相比外國的頁巖氣水平井鉆井技術(shù)來講，還有一些客觀的差距，主要原因在于我國國土幅員遼闊，地形更是呈現(xiàn)多樣化的趨勢，造成了開展頁巖氣水平井鉆井技術(shù)時(shí)，會(huì)遇到許多問題，而這些問題是沒有以前的經(jīng)驗(yàn)可以借鑒的，這考驗(yàn)了我國頁巖氣開采施工人員的智慧。首先，由于頁巖氣的特性，頁巖地層具有膨脹性好、膠質(zhì)較差的特點(diǎn)，這些特點(diǎn)導(dǎo)致頁巖氣開采時(shí)井壁的穩(wěn)定性差，具有一定的施工開采的安全問題，甚至?xí)斐删薮蟮慕?jīng)濟(jì)損失。據(jù)研究表明，頁巖遇水的穩(wěn)定性較差，可能會(huì)出現(xiàn)膨脹，鉆井液泄漏的情況，甚至?xí)?dǎo)致頁巖井施工地點(diǎn)的坍塌，給施工人員的生命安全造成一定的威脅。

2.2井眼軌跡控制困難

由于頁巖氣特殊的物理性質(zhì)，導(dǎo)致頁巖氣的開采存在一定的難度，主要表現(xiàn)為頁巖地層井壁穩(wěn)定性差，這會(huì)嚴(yán)重的影響到井眼軌跡的施工控制，還有可能造成施工地點(diǎn)的坍塌現(xiàn)象，給施工的安全管理帶來一定的麻煩。［1］頁巖的開采面傾斜度大，會(huì)給井眼軌跡的設(shè)計(jì)上造成一定的難題，主要表現(xiàn)在定向工具安放比較難以調(diào)節(jié)，最終會(huì)影響頁巖氣的精確施工，給頁巖氣水平井鉆井技術(shù)的開采造成一定的影響。頁巖氣的鉆頭對定向施工的干擾比較大，容易造成巖壁的破裂情況，甚至?xí)绊懙綆r壁的施工。

2.3摩阻和扭矩大

摩阻和扭矩的施工主要體現(xiàn)在頁巖水平井鉆井的應(yīng)用上，由于地下的壓力較大，容易造成巖壁的破壞，因此增加水平井鉆井技術(shù)的摩擦力對頁巖氣開采有著十分重要的作用，并且摩阻與施工難度是呈線性上升的趨勢的，因此為了增加頁巖氣水平井鉆井技術(shù)的穩(wěn)定性，提高鉆頭扭矩的承重性是提高我國頁巖氣開采施工難度的有效措施。［2］在具體頁巖氣具體的開采工作中，鉆柱的軸向壓力是呈現(xiàn)撥弦的形狀，因此摩阻與扭矩增大，可能是井下的鉆具受壓導(dǎo)致的，可以適當(dāng)?shù)母纳沏@具的荷載值來增加巖壁的穩(wěn)定性。

2.4淺層氣活躍

淺層氣活躍也會(huì)給頁巖氣的開采工作帶來嚴(yán)重的影響，主要表現(xiàn)在當(dāng)頁巖層的空隙壓力過大時(shí)，會(huì)造成井侵的現(xiàn)象，給頁巖水平井鉆井技術(shù)造成不利的影響，淺層氣最常見的影響是讓頁巖氣產(chǎn)生溢流現(xiàn)象，造成地下的井噴現(xiàn)象，給頁巖氣開采的施工造成不可估量的損失，因此相關(guān)工作人員需要對淺層氣的活躍重視起來，深入的研究淺層氣井涌或者井噴現(xiàn)象的原因，提高頁巖氣水平井鉆井技術(shù)的施工工藝以及抗風(fēng)險(xiǎn)能力。

3　頁巖氣水平井鉆井技術(shù)的研究

3.1旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向技術(shù)

由于上述的一些難點(diǎn)，旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向技術(shù)被廣泛的應(yīng)用與頁巖氣開采工作當(dāng)中，因?yàn)樾D(zhuǎn)導(dǎo)向技術(shù)具有經(jīng)濟(jì)性與穩(wěn)定性，因此是如今頁巖氣水平井鉆井技術(shù)常運(yùn)用到的一個(gè)技術(shù)。旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向技術(shù)針對水平井鉆井技術(shù)的井眼軌跡難于控制的特點(diǎn)，利用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向作用來減少摩擦阻力，提高水平井鉆井的鉆速，從而提高頁巖氣開采的效率，是我國新能源企業(yè)常用到的一個(gè)開采手段。相比其他頁巖氣水平井鉆井技術(shù)，旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向技術(shù)還具有自動(dòng)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)，頁巖氣的施工作業(yè)更具科學(xué)性與準(zhǔn)確性，保證井深軌跡平滑而且容易控制。［3］

3.2控壓或欠平衡鉆井技術(shù)

在肉眼所見的井段，因?yàn)轫搸r氣的開采難度較小，井段壓力較小，因此在水平井鉆井過程當(dāng)中，不需要考慮太多的技術(shù)因素。但隨著鉆頭的深入，會(huì)出現(xiàn)井段雨水膨脹的現(xiàn)象，此時(shí)如果繼續(xù)鉆井開采，會(huì)導(dǎo)致施工地點(diǎn)坍塌的現(xiàn)象，因此控壓鉆井技術(shù)就顯得十分必要，相比傳統(tǒng)的開采鉆井技術(shù)，欠平衡鉆井技術(shù)的區(qū)別在于欠平衡鉆井的“持壓作用”。在相同的情況，欠平衡鉆井可以承受更多的施工滲透性的壓力，減少頁巖氣開采的鉆速，延長鉆頭的壽命，給新能源企業(yè)帶來實(shí)際的經(jīng)濟(jì)效益。

3.3油基鉆井液技術(shù)

油基鉆井液技術(shù)主要針對頁巖開采的特性，對頁巖具有穩(wěn)固的作用。油基鉆井液技術(shù)的應(yīng)用可以有效提高巖壁的防滲性、抗高溫性。油基鉆井液技術(shù)具有一定的施工原則，因?yàn)橛突@井液技術(shù)的施工難度較大，但因?yàn)橛突@井液的功能較為強(qiáng)大，可以用來穩(wěn)固工程，清潔巖石碎屑等特征因此被廣泛的適用于頁巖氣的開采施工過程之中，不過也要考慮油基鉆井液的活性特征，進(jìn)行正確使用。

4　結(jié)語

綜上所述，研究頁巖氣水平井鉆井技術(shù)對我國新能源的開采問題具有重大意義，比如頁巖的防滲性比較差，容易造成頁巖的膨脹化，給水平井鉆井的施工造成一定的問題，因此在研究頁巖氣水平井鉆井技術(shù)的時(shí)候，不能忽略頁巖氣開采的一些難題，結(jié)合頁巖氣開采的特點(diǎn)，對水平井鉆井技術(shù)深入的研究探討，借此給相關(guān)從業(yè)人員一些寶貴的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。

［1］王中華.頁巖氣水平井鉆井液技術(shù)的難點(diǎn)及選用原則 ［J］.中外能源，2012，04：43-47.

［2］劉偉，伍賢柱，韓烈祥，謝意，陳煒卿，譚清明，陳東，張宇.水平井鉆井技術(shù)在四川長寧-威遠(yuǎn)頁巖氣井的應(yīng)用 ［J］.鉆采工藝，2013，01：114-115.

P5［文獻(xiàn)碼］ B

1000-405X（2016）-8-183-1