頁巖氣水平井鉆井液技術的難點及選用原則分析

摘要：頁巖氣本身屬于一種比較特殊的天然氣資源，對比常規(guī)的天然氣資源，頁巖氣的勘探和開采難度較大，在頁巖氣水平井鉆井過程中，鉆井液技術的應用存在一定的難點和問題，影響了鉆井施工的效率和效果。對此，本文結合重慶地區(qū)頁巖氣的開發(fā)情況，針對頁巖氣水平井鉆井液技術的難點進行了分析，探討了技術選用的基本原則，以供參考。

關鍵詞：頁巖氣水平井;鉆井液技術;難點;選用原則

前言：我國對于頁巖氣開采的研究起步較晚，相關技術不夠成熟，在實際工作中存在不少問題，影響了頁巖氣開采效率的提高。對此，相關部門應該加強對于頁巖氣水平井鉆井液技術的研究和應用，對操作環(huán)節(jié)存在的技術難點進行解決，通過合理選用鉆井液技術的方式，提升頁巖氣水平井鉆井工作的質量和安全，為頁巖氣的開發(fā)奠定堅實基礎。

1 重慶頁巖氣開發(fā)現(xiàn)狀

重慶地區(qū)有著十分豐富的頁巖氣資源，開發(fā)潛力巨大，而通過對頁巖氣的開發(fā)和利用，能夠很好地滿足我國日漸增長的能源需求，也可以對現(xiàn)有的能源結構進行優(yōu)化，對于提高能源利用效率、實現(xiàn)節(jié)能減排等有著積極意義。重慶市在開發(fā)頁巖氣資源的過程中，將國家能源安全戰(zhàn)略作為了思想引領，以能源結構的優(yōu)化調整為目標，通過實施五大功能區(qū)域發(fā)展戰(zhàn)略的方式，依托自身頁巖氣資源優(yōu)勢，對市內(nèi)市外要素進行整合，實現(xiàn)了頁巖氣產(chǎn)業(yè)的集群化發(fā)展，也使得重慶地區(qū)成為了全國范圍內(nèi)頁巖氣開發(fā)和利用的先進地區(qū)，為其他地區(qū)頁巖氣的開發(fā)提供了示范和參考[1]。

2 頁巖氣水平井鉆井液技術的難點

2.1井壁穩(wěn)定性

頁巖氣水平井鉆井液技術應用中存在的常見技術難點之一，就是井壁的穩(wěn)定性問題。結合實際操作情況分析，在鉆井作業(yè)環(huán)節(jié)，鉆井液通過的地層如果存在裂縫或者相對薄弱，則頁巖本身受到的壓力及強度會在鉆井液的影響下出現(xiàn)一定變化，導致井壁穩(wěn)定性下降。分析原因，一是應該鉆井液和頁巖在井體縫隙壓力的影響下，會產(chǎn)生一定的作用力，使得地層中存在明顯的液體流入現(xiàn)象，激發(fā)頁巖氣中黏土礦物與水的反應，發(fā)生膨脹的情況，這種情況帶來的直接結果是張力的增大，并導致井壁穩(wěn)定性的變化;二是頁巖本身具備較低的滲透性，當濾液進入到頁巖氣中時，滲透的速度較慢，而通常來講，想要真正實現(xiàn)井壁孔隙壓力與鉆井液壓力的平衡，需要經(jīng)過數(shù)天乃至更長的時間，但是在這個過程中，鉆井液液柱壓力的支撐效果會不斷下降，井壁的穩(wěn)定性也難以有效提升。

2.2巖屑清除

鉆井作業(yè)中，對于水平井造斜區(qū)域，傾斜程度的變化較為明顯，這也導致了井眼的清潔難度較大，而頁巖也會在重力的作用下，出現(xiàn)坍塌等問題，進一步阻礙井眼清潔工作的順利實施。小井眼中的空間間隙較小，內(nèi)部泵體壓力巨大，在低排量的情況下，很容易出現(xiàn)各種各樣的問題，引發(fā)巖屑床的現(xiàn)象，增大鉆井環(huán)節(jié)的摩擦阻力。對此，鉆井液必須具備良好的攜巖能力，同時也需要具備可靠的流變性能和清潔性能，這樣才能保證鉆井作業(yè)質量和效果的提高[2]。

2.3高摩阻高扭矩

在針對淺層大位移巖層進行鉆井作業(yè)時，鉆井定向段產(chǎn)生的的傾斜度較高，在作業(yè)過程中可能出現(xiàn)“小臺階”的問題，影響測量數(shù)據(jù)的精準度，同時也會對鍵槽產(chǎn)生負面影響。在實施鉆孔作業(yè)的過程中，使用的鉆井工具會在定向槽內(nèi)向下鉆進，井壁四周和鉆具間會產(chǎn)生摩擦力，伴隨著摩擦力的增大，鉆頭的扭矩也會變大，受此影響，鉆井液必須具備良好的潤滑效果，對高摩阻和高扭矩進行抵銷，以保證鉆井作業(yè)的質量及安全。鉆井作業(yè)過程中，外部摩擦阻力會導致鉆井連接卡頓的問題，需要提高鉆井液的使用效果[3]。

3 頁巖氣水平井鉆井液技術的選用原則

3.1適用性

在選擇頁巖氣水平井鉆井液技術的過程中，應該結合地質條件，保證技術選擇的適用性，將技術所具備的優(yōu)勢和價值充分發(fā)揮出來。對于低滲透性頁巖，若鉆井液活度低于空氣液體活度，則孔隙中的液體會在滲透回流作用下，達到相對平衡，水利的流動減緩了水化速度，空氣壓力會有所升高，地層強度以及井壁附近的有效應力也會得到提升。借助相應的處理措施，井眼本身的強度和穩(wěn)定性可以得到顯著提升，再運用高礦化度聚合物鉆井液或者氯化鈣鉆井液來進一步降低鉆井液本身的活性，就可以很好的控制巖層和鉆井液之間存在的相互作用力。也可以選擇含有適量甲酸鉀氯化鈣及氯離子的鹽溶液，借助頁巖本身較低的脫水空氣壓力和井壁區(qū)域的化學變化，提升鉆井作業(yè)的質量和安全。對于發(fā)育程度較大的頁巖，可以使用封堵劑進行必要的封堵操作。原始地層條件下，一旦出現(xiàn)壓力問題，容易在影響區(qū)域范圍內(nèi)，形成破碎頁巖，即便選擇低活度的水鉆井液，也無法保證井眼穩(wěn)定。針對這樣的問題，可以提高鉆井液的粘稠度，也可以借助密封處理，確保滲透回流間的有效作用，降低頁巖滲透率，就水體傳導率進行控制。例如，可以選擇甲基葡萄糖或氯化鈣，以及部分高濃度低相對分子量的聚合物，降低鉆孔內(nèi)的水體傳導率，也可以借助封堵劑對頁巖空隙進行封堵，形成滲透率組合，保證頁巖的穩(wěn)定[4]。

3.2合理性

在對鉆井液技術進行選用的過程中，應該堅持合理性的基本原則，對油基和水基鉆井液進行合理選用。油基鉆井液能夠提升水濕性頁巖的毛細管壓力，預防鉆井液對頁巖的不良侵蝕，借助油基或者合成基鉆井液，能夠對鉆井過程中出現(xiàn)的井壁不穩(wěn)的問題進行解決。在對頁巖氣水平井穩(wěn)定性進行處理時，油基鉆井液體系是比較有效的處理方法之一，其本身在潤滑、防卡和鉆進中有著良好的使用效果。通過深入的研究，乳化鉆井液作為油基鉆井液的一種，被廣泛的應用在頁巖氣水平井鉆進作業(yè)過程中，能夠防范鉆井事故，保證鉆井作業(yè)的順利實施，提升鉆井作業(yè)的安全性，也可以使得鉆井液體系達到合成鉆井液的質量標準，具備經(jīng)濟適用的特點。將乳化鉆井液應用到頁巖氣水平井鉆探作業(yè)環(huán)節(jié)，能夠達到預期的施工效果。

3.3穩(wěn)定性

水基鉆井液的應用能夠提高井壁穩(wěn)定性和警惕的抑制性，通過降低鉆井液濾液濃度的方式，可以保證頁巖穩(wěn)定，而不管是哪一種頁巖條件，都可以通過鉆孔封堵的方式來降低鉆井液在鉆孔中的滲透率。對于低活度水基鉆井液的應用，可以實現(xiàn)對裂縫頁巖的有效處理，不過在后續(xù)作業(yè)環(huán)節(jié)需要進行相應的強化和封堵。頁巖氣水平井鉆井液技術選用中，需要提高鉆井液的潤滑度，降低鉆井過程中的摩阻，強化鉆井液的保護能力[5]。

4 結語

總而言之，對頁巖氣水平井鉆井液技術難點和選用原則進行研究，可以促進頁巖氣水平井鉆井液技術使用效果的提高，滿足頁巖氣勘探看法的現(xiàn)實需求。對于相關工作人員而言，需要對工作經(jīng)驗進行總結，依照實際情況來對頁巖氣水平井鉆井液技術進行優(yōu)化，滿足整體施工要求，促進鉆井液使用效率的提高。

參考文獻：

[1]張露，張玉勝，江波，等.DY3-1HF常壓頁巖氣水平井低成本鉆井技術[J].西部探礦工程，2021，33（07）：89-91.

[2]吳雄軍，趙琳，林永學，等.頁巖水平井環(huán)保型多硅基水基鉆井液技術[J].石油與天然氣化工，2021，50（02）：72-76.

[3]李祜先.頁巖氣水平井鉆井液技術的難點及選用原則分析[J].當代化工研究，2020，（19）：20-21.

[4]彭雙磊，胡貴，張國輝，等.頁巖油儲層鉆井液技術現(xiàn)狀及發(fā)展方向[J].中國石油和化工標準與質量，2020，40（17）：193-197.

[5]蓋靖安，王震宇，杜平，等.哈薩克斯坦肯基亞克油田鹽下水平井鉆井液技術[J].石化技術，2020，27（06）：88-89.

作者簡介：武虎彪，1986-08，男，漢，陜西咸陽人，本科，中級工程師，研究方向：石油工程與鉆井液。