油田頁巖氣水平井鉆井關鍵技術分析

陳超

摘要：本文在研究中以油田頁巖氣水平井鉆井關鍵技術為核心，列舉工程案例，分析油田頁巖氣水平井鉆井關鍵技術，明確該技術的應用效果，鉆井效率高、成本低，值得被廣泛應用，并為相關研究人員提供一定的借鑒和幫助。

關鍵詞：油田頁巖氣;水平井;鉆井技術

一、工程概況

某油田頁巖氣水平井鉆進施工中，基于導眼井實施水平井側鉆，以“導管+四開制”為主進行布設，完工后井深為5179m，施工周期為45.38天，機械鉆進均速為7.19m/h。如圖1為井身結構。導眼井屬于直井型，以“導管+三開制”為主進行布設，運用導管鉆進，完工后井深為3433m，施工周期為74.33天，機械鉆進均速為4.59m/h。

二、油田頁巖氣水平井鉆進關鍵技術

（一）旋轉導向鉆井技術

當前，旋轉導向鉆井技術應用中，具有較大的應用優勢，技術水平比較先進，大多應用在特殊油藏的高難度定向井、大位移井、水平井、超深井以及水平分支井。在實際應用中，旋轉導向鉆井技術主要通過遠端計算機，在計算機界面輸入工具參數值，由脈沖傳至井底儀器，優化工具面角，以實現井眼軌跡的控制。相比于傳統螺桿導向鉆井方式而言，旋轉導向鉆井技術具有極強的準確性和及時性，可以實現經驗軌跡控制的最大精度，保證導向鉆井中的持續性旋轉，實現摩阻扭矩的控制。

（二）固井技術

通過對本油田頁巖氣水平井鉆進難點的分析，參考國內外固井技術，選擇雙凝雙密度水泥漿，配置比例為1.38：1.88=低密度緩凝水泥漿：髙膠結彈性防氣竄水泥漿，二者配合使用，不僅可以降低水泥漿液柱壓力，還可以提高下部產層固井質量，避免固井中出現水泥漿泄露問題。且由于髙膠結彈性防氣竄水泥漿具有極強的膠結能力與防氣竄能力，便于后續壓裂施工，提高固井綜合質量。

（三）激進式鉆井技術

為了環節環空壓耗較高的問題，本鉆進工程中選擇激進式鉆井技術，在設置鉆井水力參數中，將鉆井參數和水力參數的實際值都超出其設計值。與此同時，必須對現有鉆井設備進行升級，把原有35MPa地面高壓管提高到52MPa，根據井深大于5000m的水平井應用大功率F-2200型鉆井泵，符合激進式水力參數要求。選擇Landmark軟件進行巖屑床厚度和井斜角關系進行模擬，發現若井斜角高于50°，則巖屑床厚度激增后提高了井眼清潔程度要求，必須優化鉆井液排量與鉆具轉速，進而保證鉆進效率和水平井質量。

1.鉆具轉速設計

設井斜角65°下，鉆井液排量達到40L/s，其機械轉速設定5.2m/h，通過Landmark軟件模擬，獲得巖屑床厚度和鉆具轉速間的關系，如圖1。

由圖中可得，在鉆具鉆速不斷增加后，巖屑床厚度與懸浮巖屑濃度呈逐漸下降趨勢，基本判定當前增加鉆具鉆速可以促進井眼清潔度的提升，結合井壁穩定性，確定鉆具鉆速要從60-80r/min增加到80-100r/min。

2.排量設計

設井斜角65°下，鉆井液排量達到40L/s，其機械轉速設定5.2m/h，通過Landmark軟件模擬，獲得巖屑床厚度和鉆井液排量間的關系，如圖2。

由圖中可以得到，隨著鉆井液排量不斷增加后，巖屑床厚度呈現持續下降的趨勢，基本判定鉆井液排量可以促進井眼清潔程度的提高。按照水平井鉆井要求，將鉆井液排量由原來的30L/s，增加到32L/s，在水平段鉆進過程中要增加到3532L/s，進而有效控制巖屑沉降，達到最佳的井眼清潔情況。

三、油田頁巖氣水平井鉆進施工中的注意事項

（一）使用油基鉆井液

考慮到本油田頁巖氣水平井施工難度，選擇高性能油基鉆井液，這是因為頁巖具有親水性特征，吸水后迅速膨脹，造成井壁掉塊脫落的情況，降低井壁的穩定性，鉆進中必須使用高性能的鉆井液，而高性能油基鉆井液在高溫高壓環境下30分鐘的慮失量達到1.8ml，大大提高了井壁穩定性。與此同時，在實際應用中，油基鉆井液主要以柴油為基礎油，以脂肪酸和共聚物為原材料，對傳統油基鉆井液進行了改進，取替有機膨潤土，將固相含量控制在5%-9%之間，有效提升了泥餅質量，實現摩阻扭矩的控制。除此之外，油基鉆井液的凝膠強度高，有效預防井漏問題。

（二）合理選擇鉆具組合

由于本水平井的水平段長，且井眼軌跡控制難度大，需要配備斜坡鉆桿進行同步鉆進，通過倒裝鉆具組合，可以保證井身質量，控制摩阻扭矩，進而提高鉆進效率。水平段鉆具組合設計中，設置：鉆頭+“旋轉導向+MWD”組合+加重鉆桿×1根。

（三）選擇適宜的鉆頭

由于該區域地層可鉆性不高，在鉆進過程中，必須要合理選擇適宜的鉆頭，使得鉆頭符合地層巖性特征，配備相應的旋轉導向工具，保證鉆進施工中的機械轉速為6.54m/h，值得注意的是，旋轉導向工具要和PDC鉆頭共同使用，使用在鉆進井段中，保證機械鉆進速度為7.52m/h。綜合考量油田頁巖氣水平井目的層鉆頭使用情況，由于PDC鉆頭的適用性更優于牙輪鉆頭，在本次鉆進施工中選擇WH-MGE951-3型PDC鉆頭。

結束語：

綜上所述，在油田頁巖氣水平井鉆進過程中，要不斷優化鉆井關鍵技術，改變原有的鉆進方式，綜合分析水平井軌跡控制、摩阻扭矩以及固井質量等方面因素，確定機械鉆進速度，將摩阻扭矩控制在合理范圍內，配合旋轉導向鉆井技術，實現油田頁巖氣水平井可以成功鉆進，提高施工質量，保證施工進度，進而達到最佳的應用效益。