深層頁巖氣鉆井關鍵技術難點及對策研究

范俊

摘要：隨著我國社會經濟的快速發展，社會各界對能源需求量一直在不斷提高，因此頁巖氣已經成為全球能源開發的焦點，頁巖氣的開采與其他常規油氣藏的開采有著明顯不同，通過分析深層頁巖氣鉆井關鍵技術，了解在鉆井過程中所出現的難點并提出相應的改進措施，從而有效增強我國深層頁巖氣的開采效率和質量。

關鍵詞：頁巖氣;鉆井技術;難點

隨著我國社會各界對能源需求量的不斷增加，天然氣的價格處于上升趨勢，因此天然氣開發技術的不斷提高以及人們對新型能源的依賴，目前深層頁巖氣的開采已經受到了社會各界的高度關注，已經成為世界資源勘探開發的重要研究領域。我國深層頁巖氣資源非常豐富，但是頁巖氣的勘探和開發正處于初級階段，相應的鉆井技術并不成熟，通過分析深層頁巖氣在鉆井過程中的關鍵技術并研究鉆井技術難點，對提高我國深層頁巖氣的開采有著非常重要的作用。

1頁巖氣定義及特征

頁巖氣的形成條件是氣源物質的沉積，該條件對儲層中有機物烴類物質的含量要求非常嚴格。通過對頁巖氣目前的勘探和開采經驗來看，形成頁巖氣的最佳儲層是含有較高有機質的黑色泥頁巖，該頁巖是最容易形成頁巖氣生成的源巖。頁巖氣之所以能夠在此源巖中大量生成，其主要的原因是該頁巖能夠形成良好的沉積條件和封閉性環境，使烴類物質能夠大量沉積。

頁巖氣是一種與常規天然氣不同的物質，頁巖氣主要儲層在泥巖或者頁巖中，具有自生自儲、無汽水界面、大面積連續成藏的特點，同時具有低孔隙度和低滲透率的特征。通常情況下頁巖氣自然產能較低，甚至沒有自然產能。需要大型的水力壓裂和水平井技術才能夠進行開采，另外頁巖氣井的單井生產周期長。

2頁巖氣水平井鉆井技術

通常情況下，頁巖氣儲層的鉆井技術主要以水平井為主，垂直井的使用主要是針對頁巖氣儲層的實驗階段，并且通過垂直井所得出的實驗結果，能夠為后期水平井的開采提供相關數據，并對水平井進行進一步優化，對于水平井的使用能夠對儲藏中裂縫較少或者沒有裂縫的儲層進行保護，可以將頁巖氣的開采技術進行優化，實現頁巖氣的最大經濟效益。

在水平井鉆井完成之后，就需要對頁巖氣井進行固定和完井工作，一般情況下頁巖氣井所采取的固定方式為泡沫水泥固井，而完井的工作方式則為組合式橋塞完井和水力噴射孔完井以及機械式組合完井。

3深層頁巖氣鉆井技術難點

深層頁巖氣鉆井技術在實際應用過程中主要包括以下幾個工作難點：

井壁穩定性差。在進行開采過程中，巖層中的結合水會轉化成自由水，因此會導致巖層內部壓力逐漸上升，一旦巖層內部壓力高于鉆井液壓力，則會影響到鉆井液性能的發揮，導致鉆井也會流入到巖層間隙，巖層中的黏土物質遇水會發生膨脹，更加增大了巖層的壓力，巖層結構出現不穩定性，另外由于水溶液或鉆井液進入到裂縫中后，會逐漸破壞巖層的內部結構平衡，儲層內部巖層發生破裂，井壁的穩定性出現降低，同時井眼周圍容易發生應力改變，不僅會容易引起井下生產的安全事故，同時后續井下作業的技術肯定會受到嚴重影響，嚴重增加了技術的難度。

井眼控制軌跡難題。頁巖氣鉆井深度淺，傾斜難度大，井壁的穩定性較差，并且井徑的變化差異明顯，因此在實際開采過程中的扭矩設計也會發生較大變化。這些問題的發生都會加大井眼軌跡的控制難度，一旦井眼軌跡控制難度出現異常，則會容易引發井露、井垮等安全事故的發生。

套管技術難題。該問題主要包括套管下入難題和套管受損問題。由于頁巖氣開采井的傾斜角度大，井徑變化明顯，因此在套管下入過程中非常困難，導致套管下入阻力大，容易出現粘卡現象。另外頁巖氣井的井眼曲率在很多水平段很容易增加套管的摩擦阻力，自由下滑的位移小，無法利用套管的自重來提供前進的驅動力，嚴重阻礙了開采效率的提高。套管受損問題主要是套管柱在水平井彎曲段的過程。由于井眼會施加較大的彎曲應力作用，因此會對套管產生不利影響，一旦套管壁承受不住外界的壓力就會發生彎曲變形，導致套管受損，穩定性降低。

4主要技術對策

4.1優化井身結構及水平井眼控制技術

在實際開采過程中由于三開井身結構無法滿足深層頁巖氣的鉆井需求，通常情況下需要采用四開井身結構來滿足深層頁巖氣水平井的開采，但是在該過程中就會導致井眼尺寸變大，套管層次增多，從而影響機械的鉆井速度，延長了鉆井周期，所以需要對三開井身結構進行優化，并且對套管和鉆頭的尺寸進行完善，縮小上部井眼尺寸，從而使機械鉆井速度增大，提高鉆井效率。

在分析深層頁巖氣相關鉆井資料的基礎上，可以利用旋轉導向鉆井技術對水平井眼軌跡進行有效控制，該技術的有效應用可以確保鉆住在旋轉的狀態下控制井眼軌跡，能夠有效提高鉆井效率。

4.2研制高效PDC鉆頭

針對深層頁巖氣地層的研磨性較強，可鉆性差的特點，使用傳統的PDC鉆頭磨損率過快，而使用牙輪鉆頭又會降低機械的鉆井速度，因此需要不斷優化PDC鉆頭的結構，研制出適合深層頁巖氣井的高效鉆頭，提高PDC鉆頭的耐磨性能，在不影響鉆井速度的情況下增強鉆頭的使用壽命，并且滿足深層頁巖氣水平井的鉆井施工需求。

4.3優化井壁穩定控制技術

為了能夠有效防止深層頁巖氣在鉆井過程中出現井壁失穩、坍塌等安全事故的發生，應當更加深入研究深層頁巖巖石的應力影響因素、井壁垮塌機理和鉆井液合理密度范圍，不斷優化適合深層頁巖氣水平井的鉆井液體系，優化水平段長度及施工工藝流程，確保深層頁巖氣在鉆井過程中的安全性。

5結束語

綜上所述，深層頁巖氣的開發技術難度較高，工作人員必須結合深層頁巖氣的地質特點和實際狀況，結合新技術、新裝備制定有效的開采策，以便更好的確保深層頁巖氣在鉆井過程中的安全性，從而有效提高深層頁巖氣的開采質量和效率，從而有效推動我國深層頁巖氣鉆井技術的不斷提高。

參考文獻

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