頁巖氣水平井鉆井液技術的難點及其選用原則研究

陳晨

摘要：隨著我國科學技術的不斷發展，頁巖氣已成為目前非常重要的潛在能源。雖然它以多種形式存在，但其主要形式應為甲烷形式的天然氣。頁巖氣在利用過程中，以其高效、清潔的優點受到人們的青睞。同時，氣層與常規能源也存在一定的差異。這些差異的存在對氣流阻力和透氣性都有影響，因此頁巖氣的開發難度很大。

關鍵詞：頁巖氣；水平井鉆井液技術；難點；原則

引言

頁巖氣是我國的稀有資源，屬于天然氣。在實際開采過程中，由于后期對頁巖氣勘探的研究和開發，在實際操作中受到一定的限制，導致實際開發工作不能順利進行，因此，對于頁巖氣開采水平的改善應從水平井鉆井技術特點和難點來進行，結合鉆井液技術的實際應用，提高相應技術的有效開發，促進頁巖氣開發的順利實施。

1鉆井液設計原則

在頁巖氣水平井鉆井過程中存在井壁失穩、清孔難度大、鉆具摩阻大等問題，因此用于頁巖氣鉆井的鉆井液體系必須具有良好的乳化穩定性和較強的隨鉆封堵性能和良好的潤滑性能，應根據以下設計原則進行設計：

1）所用鉆井液應便于快速、安全鉆井，有利于環境保護，有利于發現和保護氣層，有利于地質資料的采集。有利于除油、排油，有利于復雜情況的預防和管理。

2）鉆井液必須具有良好的防塌、防漏、保護氣層等能力。

3）根據地層壓力系數和井口控制能力設計鉆井液密度。關鍵是尋找和保護氣層，實現近平衡鉆井，同時做好壓井應急準備。

4）在鉆井過程中，應根據井的實際情況，本著壓力穩定、無泄漏的原則，及時調整鉆井液的性能。注意防噴，加強重鉆井液儲備，預防高壓氣藏，保證鉆井安全高效。

2頁巖氣水平井鉆井液技術的難點

2.1關于井壁穩定性的難點

至于井壁的穩定性，通常與井眼對頁巖的穩定性有關。當存在裂縫或薄弱層及底層時，頁巖將與鉆井結合，逐漸改變頁巖的強度和孔隙間的壓力，最終降低其穩定性。如果失穩是由孔隙壓力引起的，相互作用也會影響膨脹力和水化應力。濾液存在后，膨脹和張力隨水的狀態變化而增大，這對拉伸有影響。如果沒有膨脹，則相應的張力會相對減小，這將影響局部收縮和穩定。如果頁巖具有滲透特性，則直接滲透到濾液中，保證鉆井液壓力和孔隙壓力平衡，達到原有的支護效果。此外，水化應力也有一定的排斥在形式表達上，并有一定的張力形式影響孔隙之間的壓力增加，因此，一旦它發展在某種程度上，它可以減少黏結顆粒的影響，有一個更大的不穩定性。對于某些質量較為低下的層膠或層理發育程度較低的水敏頁巖，經濾液浸沒后，膠結作用會受到破壞。如果裂縫中存在這種頁巖，也會破壞力學平衡，進而導致巖石破碎等問題。

2.2高摩阻和高扭矩問題概述

在淺層大位移井的實際作業中，由于定向造斜段實際傾角較大，在該階段的鉆井作業中可能會出現一些小臺階問題，導致實際數據的不準確，影響到鍵槽。就水平段的實際施工而言，當鉆具在定向和滑向井底鉆進時，周圍的井壁與鉆具之間會產生一定的摩擦現象，而由于兩者之間的摩擦是對鉆具的總成沖擊，導致在鉆進過程中產生實際扭矩過大，在這種情況下，實際的鉆井液潤滑效果要求較高，避免了鉆井過程中過度的摩擦阻力。此外，由于經驗表明，水平井的經驗曲率越大，套管本身的重力越小，水平段較長，實際綜合因素如摩擦阻力的影響越大，導致在實際工藝設定下，粘連與卡頓的情況極易發生，所以在實際鉆井過程中，鉆井液實際操作效果要求很高。

2.3清除巖屑方面的難點

在水平井偏斜段實施過程中，井眼偏斜往往出現很大的變化，對井眼處理有影響，而水平段，巖屑重力與頁巖塔直接受到影響，會出現一些問題，使井眼不干凈，特別是小井眼泵壓較高，較小的空間等，導致位移有限。然后在施工過程中出現巖屑床，大大增加了摩擦力和扭矩。在這種情況下，工作人員將提高清砂能力，提高鉆井液的流變性。鑒于地層情況，在保證井壁和鉆井液穩定的基礎上，在遇到破碎或膨脹問題時盡可能降低井漏、卡鉆和坍塌情況的發生率，多從潤滑劑性能方面考慮。頁巖氣儲層巖性一般以非均質的泥頁巖為主，且有粉砂巖夾層。

3頁巖氣水平井鉆井液技術的選用原則

為保證頁巖氣水平井施工過程中鉆井液的最大有效性，根據實際需要選擇鉆井液應遵循以下原則：

首先，當所選類型為水基鉆井液時，實現頁巖穩定性必須降低鉆井液中具流水力，任何形式的頁巖中，確保保持較高粘度的封堵，并達到頁巖低滲透的目的，所需的鉆井液的實際密封能力，同時還需要對鉆井液進行密封，有一定的抑制作用，從而能提高井壁的穩定性，保證作業的順利進行。

其次，低活性鉆井液適用于低滲透頁巖。低活度鉆井液可以減弱水相的滲透和回流，從而降低實際的水力流量，提高鉆井液的封堵效果。

第三，在一般水平頁巖氣井的開發和勘探中，一般選用的鉆井液需要有一定的潤滑作用，對水平井的儲層造成的損害較小，降低了井壁與鉆具之間的摩擦阻力。通過大量的實踐證明，選用抑制性強、無粘土均等、低固相的鉆井液，能充分發揮降阻、防卡突和增強潤滑作用同時具備較強的清潔能力與流變性能力，可以對井眼以及井壁多處達到巖屑清潔的效果。此外，為了更好地防止鉆井液的侵入，也可以使用油基鉆井液，在一定程度上，毛細壓力大，因此它具有防卡和潤滑作用，提高井壁的穩定性。在我國鉆井液的實際應用中，能滿足上述要求的鉆井液類型主要有硅酸鹽、有機鹽和無機鹽、多元醇、鋁基鉆井液和油基鉆井液。因此，在頁巖氣水平井的實際開發和勘探工作中，相關技術操作人員可根據頁巖開發現場的實際情況選擇合適的鉆井液。

4結語

綜上所述，在目前我國資源儲量中，頁巖氣是非常寶貴的非常規能源，巖氣屬于十分珍貴的非常規能源，當前對頁巖氣的開發與研究工作正在大力進行，為確保在實際開發工作中有效避免經常出現的問題，應該與實際的鉆井技術的使用相結合，必須對人員進行一些針對性的難點和關鍵分析，結合實際鉆井技術的使用，以實際開發為突破口，對需要改進的頁巖氣水平井鉆井技術的使用水平進行了分析調整，保證頁巖氣開采工作的順利進行。

參考文獻

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（作者單位：中海油服油田化學事業部塘沽作業公司）