探讨国内深层页岩气钻井难点及技术进展

赵峥

【摘  要】深层页岩气钻井之所以是最难的井下作业原因是地层深处埋藏页岩的地区若存在自然资源则一般难以勘测，地层多样导致难以钻进，同时也因为钻井困难而导致工期漫长。同时在自然资源储藏位置的气温和气压很高从而导致井壁支护不安全。最后还有设备进入该区域后容易失灵的问题从而影响了该地质情况的自然资源的勘测和使用。所以本文综述了近年来国内在防漏堵漏、高效钻头、固井技术等方面取得的进展。并在此基础上分析了如何完成高效钻井和开采天然气的方法，并在研发的基础上进一步改善钻井技术，降低成本等，从而实现深层页岩地理位置的天然气的开发和使用，为我国的发展打下良好的基础。

【关键词】深层页岩气;水平井;PDC钻头;水基钻井液;钻井提速

1深层页岩气地质特征

（1）地质条件复杂，开发困难，分为多地层。

如涪陵江东区块，钻遇地层较焦石坝一期相比，地表露出地层增加侏罗系自流井组、珍珠冲组，三叠系须家河组、雷口坡组等陆相沉积层系，易发生井漏、垮塌的风险。

（2）钻井设备使用过程中容易发生塌方等事故，同时研磨性有待处理。

深层页岩的上方的岩石硬度非常高，难以利用钻井设备完成钻井作业。若使用PDC钻头又会面临抗冲击性差的难题;栖霞-黄龙组地层研磨性强，容易磨损钻头外排齿和保径，严重制约PDC钻头使用效果和钻井提速提效。

（3）天然气储藏位置不利于开采，地心气温过高，气压过大。

气的储存位置越向地心靠近，气温和气压越大。一般深层页岩的埋藏深度为3700m左右，这一情况下一般这个位置的温度远超100℃，同时地层压力梯度处于2.02MPa/100m的状态。这样的环境非常难以使用如今的开采技术。

2钻完井难点

2.1井漏问题

经过多年地质勘测可知，存在页岩的区域地质一般经历多期构造运动，褶皱、断裂、剥蚀作用频繁，地形条件复杂，从表1可以看出，主要漏失层位为三叠系须家河、雷口坡、嘉陵江组以及志留系韩家店、小河坝、龙马溪组，上部地层以溶洞性漏失和裂缝性漏失为主，中下部以裂缝性和渗透性漏失为主。并且钻井过程中很容易发生遗漏情况，除了遗漏外还容易出现循环作业，固井失败等情况。

2.2钻头与地层匹配性问题

开采过程中，钻扣容易磨损的问题一直是懂啊只钻孔速度降低的重要原因。同时若开采页岩，则对钻头的硬度和小咯要求更高。一般用于开采的钻头很难适应，容易导致磨损发生后的高频更换，从而导致效率降低也会影响到生产成本。另外，在将损坏的钻头取出并检查中，发现受到磨损最为严重的位置是钻头肩部。这导致成本的增高过快，同时也不利于经济效益的获取。

2.3井壁稳定性问题

页岩周边的黏土矿会和钻井液混合，从而导致页岩周边压力增大，这会影响井壁的安全。另一方面，在页岩以伊利石为主的情况下，层理间细微裂缝处容易吸水，在毛细管作用下削弱岩石层面间的联结力，使得井壁失稳。井壁失稳严重情况下会发生塌方等安全事故，严重可能导致该气井不可再开采。

2.4高温高压导致仪器失效问题

深层页岩所处位置造成天然环境不利于钻井作业，特别是在投入钻井液后，随着密度的不断增大，钻头处的辅助设备也会出现问题。导致成本增加外还会影响到钻井效率和方向。

3主要技术进展

3.1高效防漏堵漏技术

针对浅层采用地球物理方法即电法勘探技术，通过电视法、电磁法视电阻率反演剖面，检测地下溶洞、暗河，以达到避开漏失的高风险区域，为浅层钻井设计提供可靠依据。所以面对以上情况，可以不采用钻井液，利用纯净水强化钻头以及不使用辅助设备来钻井等。

3.2优化设计高效钻头

不同特性的页岩可以采用不同的钻头来提升效率。

3.2.1牙轮钻头

涪陵江东平桥区块早期采用HJT53GK型牙轮钻头进行二开钻进，该钻头为勺尺型，露齿较高，攻击性强，但抗冲击性差。通过优选耐磨性强的切削齿材料，所以改用耐磨性材料同时提升切削齿的数目，从而提升钻井效率。例如HJT637GL钻头，该钻头实现了抗冲击性的提升。

3.2.2混合钻头

江钻公司研制了抗冲击性牙轮齿+斧型复合片切削齿的ADGR系列混合钻头，该钻头的优势在于：（1）不容易磨损;（2）采用多类型倾角和间距的方式来完成钻头不同部位的设计;（3）在规径位置加设减震设施，避免对环境的不利影响。该类型的钻头常用于多口页岩井。不仅提高了钻井效率也提升了钻井速度。

3.3适用于深层页岩气的井眼轨迹控制技术

（1）采用高屏蔽聚焦伽马定向开窗采集方法、磁偶极子跨螺杆钻具信号传输方法、井下高分辨率快速扫描及大数据处理等，这些工艺方法让了解钻头位置的地质环境成为了可能;（2）采用耐油耐温螺杆钻具+抗温175℃旋转导向工具+MWD+近钻头伽马测量仪控制轨迹，同时水平段辅以水力振荡器+震击器减少托压卡钻风，这样提升了钻井成功的概率，同时也让钻遇率提升到了90%到96%之間。

4结论及建议

（1）深层页岩这样的地质条件对于开采钻井工作来说难度系数很大。在这一地质条件极端困难的前提下，容易导致漏钻以及钻头容易磨损的情况。同时难以控制井眼轨迹以及越接近地心越高温高压的情况也限制了深层页岩气钻的发展。

（2）改善钻头并加设辅助设备，从而降低高温和高压环境对钻井作业的影响。同时可以设计耐高温的导向设备以及开发抗压固井技术来实现对复杂地形位置的自然资源的采集。

（3）自然资源的埋深越深，随着而来的自然环境越恶劣，所以对应的钻头设计和辅助设备的设计应当更适应困难的环境。

下步建议：进一步通过建立建立仿真模型来研究深层页岩气钻技术的方法，从而提升开采技术;其次，应当积极研发和引进各类高新技术，从而实现钻井工作的高效化;最后应当保证施工人员和设备的安全，减少固井失败的概率。

参考文献：

[1]孙焕泉，周德华，蔡勋育，等.中国石化页岩气发展现状与趋势[J].中国石油勘探，2020，25（2）：14-26.

[2]马新华，李熙喆，梁峰，等.威远页岩气田单井产能主控因素与开发优化技术对策[J].石油勘探与开发，2020，47（3）：1-9.

[3]马新华，谢军，雍锐.四川盆地南部龙马溪组页岩气地质特征及高产控制因素[J].石油勘探与开发，2020，47（5）：1-15.

[4]曾义金.深层页岩气开发工程技术进展[J].石油科学通报，2019，4（3）：233-247.[5]韩烈祥.川渝地区超深井钻完井技术新进展[J].石油钻采工艺，2019，41（5）：555-561.

[5]薛兆杰.中国深层油气勘探开发进展与发展方向[J].中国石油勘探，2020，25（1）：45-57.

[6]胡大梁，郭治良，李果，等.川南威荣气田深层页岩气水平井钻头优选及应用[J].石油地质与工程，2019，33（5）：103-106+111.

[7]孙坤忠，陶谦，周仕明，等.丁山区块深层页岩气水平井固井技术[J].石油钻探技术，2015，（3）：55-60.

[8]万夫磊.长宁页岩气表层防漏治漏技术研究[J].钻采工艺，2019，42（4）：28-31.