深层页岩气钻井关键技术难点及对策研究

范俊

摘要：随着我国社会经济的快速发展，社会各界对能源需求量一直在不断提高，因此页岩气已经成为全球能源开发的焦点，页岩气的开采与其他常规油气藏的开采有着明显不同，通过分析深层页岩气钻井关键技术，了解在钻井过程中所出现的难点并提出相应的改进措施，从而有效增强我国深层页岩气的开采效率和质量。

关键词：页岩气;钻井技术;难点

随着我国社会各界对能源需求量的不断增加，天然气的价格处于上升趋势，因此天然气开发技术的不断提高以及人们对新型能源的依赖，目前深层页岩气的开采已经受到了社会各界的高度关注，已经成为世界资源勘探开发的重要研究领域。我国深层页岩气资源非常丰富，但是页岩气的勘探和开发正处于初级阶段，相应的钻井技术并不成熟，通过分析深层页岩气在钻井过程中的关键技术并研究钻井技术难点，对提高我国深层页岩气的开采有着非常重要的作用。

1页岩气定义及特征

页岩气的形成条件是气源物质的沉积，该条件对储层中有机物烃类物质的含量要求非常严格。通过对页岩气目前的勘探和开采经验来看，形成页岩气的最佳储层是含有较高有机质的黑色泥页岩，该页岩是最容易形成页岩气生成的源岩。页岩气之所以能够在此源岩中大量生成，其主要的原因是该页岩能够形成良好的沉积条件和封闭性环境，使烃类物质能够大量沉积。

页岩气是一种与常规天然气不同的物质，页岩气主要储层在泥岩或者页岩中，具有自生自储、无汽水界面、大面积连续成藏的特点，同时具有低孔隙度和低渗透率的特征。通常情况下页岩气自然产能较低，甚至没有自然产能。需要大型的水力压裂和水平井技术才能够进行开采，另外页岩气井的单井生产周期长。

2页岩气水平井钻井技术

通常情况下，页岩气储层的钻井技术主要以水平井为主，垂直井的使用主要是针对页岩气储层的实验阶段，并且通过垂直井所得出的实验结果，能够为后期水平井的开采提供相关数据，并对水平井进行进一步优化，对于水平井的使用能够对储藏中裂缝较少或者没有裂缝的储层进行保护，可以将页岩气的开采技术进行优化，实现页岩气的最大经济效益。

在水平井钻井完成之后，就需要对页岩气井进行固定和完井工作，一般情况下页岩气井所采取的固定方式为泡沫水泥固井，而完井的工作方式则为组合式桥塞完井和水力喷射孔完井以及机械式组合完井。

3深层页岩气钻井技术难点

深层页岩气钻井技术在实际应用过程中主要包括以下几个工作难点：

井壁稳定性差。在进行开采过程中，岩层中的结合水会转化成自由水，因此会导致岩层内部压力逐渐上升，一旦岩层内部压力高于钻井液压力，则会影响到钻井液性能的发挥，导致钻井也会流入到岩层间隙，岩层中的黏土物质遇水会发生膨胀，更加增大了岩层的压力，岩层结构出现不稳定性，另外由于水溶液或钻井液进入到裂缝中后，会逐渐破坏岩层的内部结构平衡，储层内部岩层发生破裂，井壁的稳定性出现降低，同时井眼周围容易发生应力改变，不仅会容易引起井下生产的安全事故，同时后续井下作业的技术肯定会受到严重影响，严重增加了技术的难度。

井眼控制轨迹难题。页岩气钻井深度浅，倾斜难度大，井壁的稳定性较差，并且井径的变化差异明显，因此在实际开采过程中的扭矩设计也会发生较大变化。这些问题的发生都会加大井眼軌迹的控制难度，一旦井眼轨迹控制难度出现异常，则会容易引发井露、井垮等安全事故的发生。

套管技术难题。该问题主要包括套管下入难题和套管受损问题。由于页岩气开采井的倾斜角度大，井径变化明显，因此在套管下入过程中非常困难，导致套管下入阻力大，容易出现粘卡现象。另外页岩气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，无法利用套管的自重来提供前进的驱动力，严重阻碍了开采效率的提高。套管受损问题主要是套管柱在水平井弯曲段的过程。由于井眼会施加较大的弯曲应力作用，因此会对套管产生不利影响，一旦套管壁承受不住外界的压力就会发生弯曲变形，导致套管受损，稳定性降低。

4主要技术对策

4.1优化井身结构及水平井眼控制技术

在实际开采过程中由于三开井身结构无法满足深层页岩气的钻井需求，通常情况下需要采用四开井身结构来满足深层页岩气水平井的开采，但是在该过程中就会导致井眼尺寸变大，套管层次增多，从而影响机械的钻井速度，延长了钻井周期，所以需要对三开井身结构进行优化，并且对套管和钻头的尺寸进行完善，缩小上部井眼尺寸，从而使机械钻井速度增大，提高钻井效率。

在分析深层页岩气相关钻井资料的基础上，可以利用旋转导向钻井技术对水平井眼轨迹进行有效控制，该技术的有效应用可以确保钻住在旋转的状态下控制井眼轨迹，能够有效提高钻井效率。

4.2研制高效PDC钻头

针对深层页岩气地层的研磨性较强，可钻性差的特点，使用传统的PDC钻头磨损率过快，而使用牙轮钻头又会降低机械的钻井速度，因此需要不断优化PDC钻头的结构，研制出适合深层页岩气井的高效钻头，提高PDC钻头的耐磨性能，在不影响钻井速度的情况下增强钻头的使用寿命，并且满足深层页岩气水平井的钻井施工需求。

4.3优化井壁稳定控制技术

为了能够有效防止深层页岩气在钻井过程中出现井壁失稳、坍塌等安全事故的发生，应当更加深入研究深层页岩岩石的应力影响因素、井壁垮塌机理和钻井液合理密度范围，不断优化适合深层页岩气水平井的钻井液体系，优化水平段长度及施工工艺流程，确保深层页岩气在钻井过程中的安全性。

5结束语

综上所述，深层页岩气的开发技术难度较高，工作人员必须结合深层页岩气的地质特点和实际状况，结合新技术、新装备制定有效的开采策，以便更好的确保深层页岩气在钻井过程中的安全性，从而有效提高深层页岩气的开采质量和效率，从而有效推动我国深层页岩气钻井技术的不断提高。

参考文献

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