西南地區頁巖氣固井技術應用研究

趙休龍(中原石油工程有限公司固井公司，河南 濮陽 457000)

西南地區頁巖氣固井技術應用研究

趙休龍(中原石油工程有限公司固井公司，河南 濮陽 457000)

西南地區是我國頁巖氣勘探開發最成熟的區域，總結了頁巖氣固井技術難點，對目前的固井技術及措施進行實例剖析，提出了目前頁巖氣固井存在的問題，為頁巖氣固井技術的發展提供指導。

頁巖氣；固井技術；難點；西南地區

西南是國內頁巖氣勘探開發最成熟的區域之一，頁巖氣主要分布層位包括志留系龍馬溪組、寒武系下統筇竹寺組和侏羅紀自流井組大安寨、珍珠沖地層。其中產量最高的是涪陵頁巖氣田。2012年底焦頁1HF井獲得20.3×104m3/d的高產工業氣流，實現了頁巖氣勘探的重大突破。然而，由于頁巖氣井的特性，在固井過程中往往出現較多困難，導致固井質量不合格，嚴重影響工程質量及后期氣田開發。因此，開展頁巖氣井固井技術研究及實踐具有重大意義。

1 頁巖氣固井難點

（1）套管下入困難。主要是川南地區，由于井眼軌跡差，加入套管扶正器后套管剛性大，下入困難，多口井出現了下套管時間長達48h以上的情況，長寧H9-4井套管未下入到位。而焦石壩地區下步井眼垂深和水平段進一步加深加長，井眼軌跡根據地質情況及時進行調整，加大了套管下入難度。

（2）套管居中困難。根據軟件模擬，215.9mm井眼下入139.7mm套管，按一根套管帶一只206mm扶正器，套管居中度才能達到約76%。而部分井隊不愿意下入扶正器，或者只愿意下入195mm扶正器。

（3）油基鉆井液清洗困難。油基鉆井液在生產套管外壁和井壁形成油膜，難以驅替，尤其是很多井存在井漏情況，環空返速低，無法保證固井膠結質量。

（4）井漏情況普遍。焦石壩、川南地區及金頁區塊惡性井漏多，地層承壓能力低，壓力窗口較窄，水泥漿密度和環空現場施工動態當量密度要求設計精確。尤其是油基鉆井液環境下堵漏手段有限，都是強行固井，容易出現返高不夠的情況。部分復雜井常常是漏失伴隨著后效和溢流的同時發生，窗口較窄，固井過程要兼顧壓穩和防漏，難度較大。

（5）水泥漿要求高。為滿足大型水力壓裂，要求水泥漿有較高的彈韌性和強度。

（6）水基鉆井液抑制性差。油基鉆井液環保方面帶來較大壓力，因此，往水基鉆井液發展是大趨勢，但目前來看，水基鉆井液抑制性較差，帶來井壁垮塌、井徑不規則等影響，造成套管難以下入、提高頂替效率困難、水泥漿用量難以確定等固井難點。

2 頁巖氣固井技術

2.1 上部地層可控膠凝堵漏技術

川南和焦石壩上部地層縫洞性漏失比較普遍，尤其是焦石壩南區，部分井二開完鉆前堵漏時間長達2個月，使得鉆井周期遠超定額。

可控膠凝劑研究成功后，經過40余井次的堵漏應用，一次性堵漏成功率80%，堵漏成功率達90%以上，成功的解決了裂縫性地層鉆井過程中發生的惡性漏失。尤其是江漢鉆二焦頁65-2HF井，井下鉆遇地下暗河漏失萬余方、經過40余次堵漏無效，使用可控膠凝后效果顯著。

該堵漏劑是由膠凝材料、觸變劑、纖維增韌劑、膨脹劑、微膠囊吸水樹脂及表面調節劑組成。以淡水或現場水為配漿水，可配制成1.40g/cm3-1.70g/cm3的可控膠凝堵漏漿，改變觸變劑的加量可滿足低溫和中溫條件下的堵漏時間要求。

2.2 固井水泥漿技術

最早使用的是四級沖洗體系：防破乳劑（柴油）、沖洗液、加重隔離液、低密度水泥漿。以焦頁1-3HF井為例，其中使用柴油是防止出現破乳問題，并且有著稀釋作用，對改變流體有一定作用（考慮到環保等問題，目前已經取消柴油）。使用的沖洗液是在前置液中加入10-20%油基沖洗劑。

通過不同加重介質室內實驗模擬對比，發現沖洗效果鐵礦粉和石英砂大于重晶石，綜合考慮成本，采用顆粒比較大的石英砂與重晶石復配。

采取的主要措施是對前置液6速讀數進行優化，通過計算得知該井該井注替排量為2.30m3/min，因此我們在施工過程中控制注灰排量為2.50m3/min（前置液量38m3，注灰5m3時前置液出套管鞋），實現前置液經過環空時流態為紊流。該井施工過程順利，固井質量全井優質（聲幅全井5%左右）。

頁巖氣固井對水泥漿要求較高，大量水泥漿技術均得到了應用。例如（中石化工程院的）彈塑性水泥漿、（中石油鉆井院和重慶弘晟）的膠乳水泥漿、韌性水泥漿、膠粒水泥漿、纖維水泥漿等。

通過焦石壩37口井的固井質量和射孔后的投產跟蹤調查，發現在滿足大型水力壓裂方面，實際應用效果差異性不大，因此漸漸放棄了成本較高的膠乳、膠粒和彈塑性水泥漿，而是選用韌性水泥漿和纖維水泥漿。此外，目前自主研發的多套水泥漿體系，也取得了良好的固井效果。

2.3 固井工藝技術與措施

頁巖氣產層固井面臨的最大難題是井漏問題，采取的重點工藝措施包括：（1）對于井底惡性漏失的井，采用封隔器+分級箍的組合，封隔下步漏失井段后打開分級箍進行固井作業；（2）前置液和水泥漿中加入堵漏纖維、超細碳酸鈣等堵漏材料，增加漿體預堵漏能力；（3）合理設計漿柱，盡量降低液柱壓力（較少尾漿附加量）；（4）現場座談討論通井、提承壓、分段循環、扶正器安裝、漿柱等相關技術。

3 頁巖氣固井技術總結

（1）通過加密安裝扶正器、合理設計前置液結構、優選水泥漿體系、調節施工參數及加強現場施工管理，在頁巖氣領域克服了較多困難，取得了良好的固井質量。

（2）在頁巖氣固井過程中，通過引入了可控膠凝堵漏技術、強彈浮雙作業式浮箍浮鞋、滾珠扶正器等新技術，走在了市場的前列。

（3）通過推廣公司的自主水泥漿體系，目前不僅取得了較好的固井質量，更完全實現了自主化，在技術、經濟等方面有著較大的進步。

[1]周賢海.涪陵焦石壩區塊頁巖氣水平井鉆井完井技術[J].石油鉆探技術，2013，41(5)：26-30.

[2]劉偉.彭水地區海相頁巖氣水平井固井技術[J].石油天然氣學報，2014，36(1)：83-87.

趙休龍（1983-），男（漢族），工程師，主要從事固井技術工作。