頁巖氣井鉆井工藝配套技術分析

劉文旭

摘 要：本文闡述了我國川南地區的頁巖氣井鉆進工作中遇到的工程技術難點，并對頁巖氣井鉆井工藝技術的應用方案和實施效果進行了分析。

關鍵詞：配套技術;頁巖;地質特征;垂直技術

我國川南地區于2014年在國家政策扶持下展開頁巖氣井鉆井，至今已經完成十余口井鉆井工作，并在實踐中逐漸形成了一套獨特的鉆井工藝技術流程。但是傳統的鉆井技術方法存在著環保性不足和開發成本較高的問題，因此，對川南地區頁巖氣地質結構特征和施工難點進行分析，有利于對配套的施工技術進行優化，更好地展開鉆井工作。

1 地質特征與工程難點

1.1 地質特征

川南地區位于我國西南地區，地質結構屬于縱向孔隙與裂縫發育的模式，在這種結構模式當中，若進行鉆井施工比較容易產生出口失返，或者因為漏水問題影響到了鉆井防漏施工技術的應用。本次研究的工程項目中，區域地塊結構位于四川盆底和云貴高原相交的位置，地層受到了東部褶皺沖斷影響，南部地區受到了婁山褶皺帶演化控制的影響，使其實際的構造特征呈現出了復合型特征[1]。

1.2 工程難點

該地區地表當地沉巖性較差，在施工中容易產生破碎性的掉塊問題或者坍塌問題。所以，在井壁切向應力與水平井應力等因素的影響下，大斜度井以及水平井可能會產生重大垮塌問題。本工程項目所在區域中間夾層較多，整體可鉆性較差，施工期間對于鉆頭的要求較高，若只使用單一的鉆頭，則會對整體的施工進度產生嚴重干擾。而且，頁巖氣藏鉆井工程項目前期投入資金較大，施工周期長，產能較少，資金回流慢，增加了鉆井施工的壓力。對此，相關領域的工作人員要不斷對頁巖氣井鉆井施工技術進行優化，提升鉆井采收效率，降低施工成本，推動頁巖氣開發采集工作更加高效。

2 鉆井工藝技術應用與效果分析

2.1 技術應用

2.1.1 垂直技術

為了全面地解決陸相地層施工中存在的傾斜角大且容易歪斜的問題時，工程項目的組織規劃部門工作人員安排了垂直鉆井工藝技術。①垂直鉆井工藝處于井下工作狀態時，可使用3個重力傳感器進行自動化處理，在進行施工中，還可以使用自動近鉆頭對井斜方位進行實時測量，以此實現自動化調整和降斜處理;②當鉆井工具處于全旋轉狀態下，要為鉆具提供側向力，從而引導其井眼回歸到垂直狀態;③使用垂直鉆井工藝技術可以完成平滑鉆井，使得井眼的軌跡更為平滑，整體形態更加規整，這種方法可以有效地避免鉆具旋轉過程中，出現卡鉆的問題。川南地區的頁巖氣井鉆井施工中，應用垂直施工工藝技術，可充分提升鉆井的速度，整體的施工效果較為優秀。

2.1.2 水平技術

水平鉆井技術在應用中要著重考慮以下幾個方面：

2.1.2.1 井身結構方案

井身結構方案的規劃設計中，要對頁巖氣井地址項目所在區域的壓力剖面特征進行分析，按照三開三完或者二開二完等結構模式，設計出建設方案，同時在表層的套管水平段位置、疏松層、上方漏層位置應用油層套管完成固定。以三開三完結構模式為例，要在其中間增加套管，并在上方二疊系垮塌和復雜層的垮塌進行隔離。根據復雜地質結構的特征，對頁巖氣井內的結構形式進行分析總結，縮減水平段裸眼段的長度和井眼的規格。這種方法不僅節約了成本，還可以提升頁巖氣藏開發工作效率。

2.1.2.2 井眼軌跡控制

根據測井資料、壓裂資料和地震資料，工作人員可以構建出頁巖氣井的井下壓力模型，并以此推斷出頁巖氣地區的地理應力表現情況，從而對應力的大小與方向進行判定，明確得出水平段的穩定性需求，獲取去存儲層改造工作方案，確保穩定性與存儲規格的需求能夠得到兼顧。

2.1.2.3 防塌陷井液系統

防塌陷井液系統的設置主要是針對頁巖層當中各種不同的結構類型可能產生的塌陷問題的預防。

2.1.3 旋轉技術

旋轉工藝技術是一種導向型工藝技術，通常在系統鉆柱旋轉鉆進，跟隨鉆頭的動向完成實施導向工藝技術。旋轉導向工藝技術在實際對應用中，體現出了摩擦阻力小、扭矩小、井眼平滑、鉆速高和以調控等優勢。根據本文選擇的工程項目所在地區的地理因素特征可以看出，頁巖氣地質工程項目鉆井工作與旋轉導向工藝技術的操作特點相匹配。在水平段旋轉鉆井施工中，導向施工可以實現一步到位操作，施工軌跡更為平滑，測井下套管的時間明顯縮短。

2.2 應用效果

將垂直技術、水平技術和旋轉技術進行綜合運用之后，施工現場的平均速度較以往提升了20%，速度達到了4.52m/h，頁巖氣井鉆井周期從原本的204天縮短至113天，節約了91天。不僅如此，施工費用也從原本的3516萬元降低至1522萬元。這一工程項目目前已經成為了當地鉆井施工速度最快、周期最短且成本最低的工程項目，創造了頁巖氣井鉆井多項新紀錄。

3 總結

綜上所述，綜合運用了垂直施工技術、水平技術和旋轉技術后，川南地區的頁巖氣井建設工作發展邁向了新的臺階，鉆井的速度較以往提升了20%，施工成本也得到了明顯降低，為其他地區的鉆井工程項目規劃和施工工作提供了參考。

參考文獻：

[1]張小鋒，段元向，趙小猛.川南頁巖氣井鉆井工藝配套技術[J].石化技術，2019，26（05）：143-144.