页岩气钻井防喷井控技术研究

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1 引言

页岩气是一种位于泥页岩中,以吸附或自由状态存在的天然气,页岩气藏的特点是:岩石致密、渗透率低、吸附气含量低、孔隙中的自由气含量高。同时天然气作为一种清洁无污染的能源,其需求量不断增加,但由于我国的天然气油井的存储量少,大部分需要进口。为了缓解这一矛盾压力,我国早在2012年明确提出推进页岩气的开发,推进天然气的开发进程。与常规油井开采相比,页岩气的开发难度大,一方面由于页岩容易水化膨胀,微裂缝发育,另外一方面,页岩气开采的井型复杂。另外,页岩气的存储形式以游离态和吸附态两种形式存在,其中游离态的页岩气占比30%－85%,游离态含量越多,越容易出现井喷的风险。

2 页岩气特征

(1)页岩气主要通过地层中的有机质进行热演化产生,其较多的分布在富含有机质的泥页岩地层中,能够进行自生、自储等特点。

(2)页岩气属于烃类气体,其存储形式主要可以分为吸附、游离和溶解,页岩气主要以吸附和游离为主,溶解状态存在的页岩气相对较少。

(3)页岩气主要受富有机质页岩分布控制,而常规油气的分布则主要受烃源岩和圈闭的控制。

3 页岩气钻井防喷井控技术难点

3．1 低渗低压的控井难题 针对油气田的开发,以往的关注重点主要在高压高渗气井,而对于低渗低压储层的页岩气开发,相关的控井资料和参考技术相对较少。目前,我国的页岩气开发主要集中在四川盆地区域。低渗低压气井的开采关键技术主要是水平井技术和压裂技术。而压裂技术需要借助高压设备向井内输入压裂液,使得压裂液进入孔隙或裂缝内,对地层原有结构产生影响,这种压裂技术对于低渗低压的页岩气控井而言十分不利,很容易导致出现井喷异常。

3．2 新区地层压力预测不准 湘西北地区的断层相对较多,地层构造复杂,尤其对于湘西北地区属于新的页岩气勘测区块,可以用于参考的资料相对较少,而对该地区的压力预测精度不能有效满足需求,给控井带来直接的影响。

3．3 井壁易失稳 从岩层的特性力学角度分析,微裂缝的存在会大大降低岩层结构的致密性和整体性,使得岩层的整体物理结构性能受到破坏,力学强度降低。在实际的钻井过程中,为了保证钻井液能够有效进入到岩层中,需要人为制造一些岩层中的微裂缝。岩层中的微裂缝存在一方面会诱发水力劈裂作用,导致井壁岩层结构破碎,另外一方面地层结构中注入钻井液,会加剧钻井液物质与地层岩层结构的相互作用,降低岩层井壁的稳定性,促使井壁失稳。因此需要对钻井液进行科学的筛选,提升井壁的稳定性。

4 页岩气钻井防喷井控技术

4．1 选择合适的钻井液 油基钻井液由于连续相是油,本身具有良好的润滑性,可以满足钻井过程中对于润滑性的要求,同时因油基钻井液不会造成岩层出现水化作用,有较好的抑制作用,充分保证岩层结构稳定性。目前,北美国家使用的钻井液多数采取油基钻井液。近几年来,中国石化加大对油基钻井液的应用研究,并成功在四川的涪陵地区采取柴油基钻井液进行页岩井开采应用,钻井过程中的井壁状态稳定,且岩屑的返出顺利,没有出现钻井液导致的复杂事故情况,取得较好的现场应用效果。油基钻井液的研究主要围绕乳化剂、流变调节剂、封堵材料进行。

乳化剂是保证油基钻井液体系稳定性的关键,目前国内采取的乳化剂多为脂肪酸、脂肪酸皂等表面活性剂,该类物质一般同时存在亲水基团和亲油基团,亲油基团分布在油相中,一般亲水基团含有负电荷,与水相中的钙离子相互结合。但正是由于亲水基团含有负电荷,在界面上进行排列时受到同种电荷排斥的作用,难以形成致密层,不利于油水界面层的强度提升,对于钻井液的切力提升也有阻碍,具体表现为乳化稳定程度不高。为此对乳化剂进行了改进,设计分子中含有多个吸附基团,通过化学键将吸附基团链接到乳化剂分子上,这样发挥作用时,通过化学键的作用,避免出现亲水基团的相互排斥情况,改善界面结构。

流变调节剂主要改善钻井液的流变性能,使得一定钻井速度和剪切速率条件下,钻井液高分子结构能够保持一定的粘度,有效发挥润滑效果。通过加入流变调节剂,可以提升钻井液的切力、结构力和动塑比。

4．2 压裂技术 主裂缝压力的控制与优化是实现效果良好压裂网络的前提和关键,主裂缝净压力的大小主要与储层的特征参数和人为控制因素两方面有关,其中储层的特征参数指标有垂向主应力剖面、弹性模量、泊松比和断裂韧性等,人为控制因素有施工排量,压裂液粘度和平均砂液比。通过对裂缝不同阶段的具体特征进行分析,选择与之对应的控制方法,可以更大限度的保证裂缝的压裂质量。例如,可采用裂缝模拟方法,考察分析裂缝净压力对平均砂液比的敏感程度,来决定是否选用提高平均砂液比来实现缝网的办法。

在实际的施工过程中,可能会遇到储存条件不能满足上述施工的技术要求,如果此时采用上述的压裂技术,可能仅能实现部分储层缝网的压裂。在施工过程中,压裂液的粘度相对固定,只能通过控制施工的排量来对净压力实现控制,上述的技术方法实现起来相对困难。因此,可以通过端部脱砂压裂技术,增加主裂缝的净压力,实现良好的压裂效果。

4．3 井控工程技术 在实际钻井过程中,标准化安装井控设备并试压合格后再开始钻进。从二开开始坚持钻井液、录井和钻井三方同时坐岗观察,记录好钻井液增减量。钻进过程中加强防喷演练,发现溢流立即关井,疑似溢流关井检查。在处理井漏时与预防井喷同步进行,防止发生漏喷转换。在压力异常地层可以考虑降低钻井液密度配合使用控压钻井技术。在起钻之前通过短程起下钻方式验证油气上窜速度,满足安全的前提下再起钻。

5 结语

页岩气的开采可以很大上缓解我国对于天然气的能源需求压力,在页岩气开采中容易使得页岩的结构受到影响,页岩气存储地层条件相对复杂,在开采过程中如果不能进行有效的控井,可以产生一系列的问题,直接影响页岩气的安全开采。