頁巖氣鉆井技術(shù)(中）

1、井眼軌跡優(yōu)化設(shè)計井眼軌跡優(yōu)化設(shè)計和控制技術(shù)和控制技術(shù)井壁穩(wěn)定技術(shù)井壁穩(wěn)定技術(shù)下套管與固井技術(shù)下套管與固井技術(shù)井眼清洗技術(shù)井眼清洗技術(shù)降摩阻技術(shù)降摩阻技術(shù)4、江漢油田淺層井施工情況井井 號號井別井別開鉆日期開鉆日期完鉆日期完鉆日期完鉆完鉆井深井深m水平水平位移位移m鉆井鉆井周期周期d代斜9-3生產(chǎn)井2000.3.272000.4.171423115028長斜10預探井2001.4.142001.5.520301090.828代8斜-3評價井2011.3.152011.3.231433613.59代斜14-3開發(fā)井2011.1.152011.1.263145509.314一、一、二、三、四、五、難

2、點井壁穩(wěn)定井壁穩(wěn)定軌跡控制軌跡控制摩阻、扭矩摩阻、扭矩鉆具組合鉆具組合套管居中套管居中軌跡控制軌跡控制摩阻、扭矩摩阻、扭矩套管磨損套管磨損巖屑床清除套管下入鉆具組合套管受損套管受損1、井壁穩(wěn)定性差 濾液進入后破壞泥頁巖膠結(jié)性井壁穩(wěn)定頁巖氣井埋深淺泥頁巖膠結(jié)差井斜大、穩(wěn)斜段長各種相應(yīng)的井下事故或復雜情況（井漏、井垮、鉆具阻卡嚴重、埋鉆具）的發(fā)生，從而限制了鉆頭、鉆具組合、鉆井液以及鉆井參數(shù)的選擇和確定；井壁穩(wěn)定性差裂縫發(fā)育，易發(fā)生井漏裂縫發(fā)育，易發(fā)生井漏地層膠結(jié)差井壁穩(wěn)定鉆具屈曲情況 井壁穩(wěn)定井壁穩(wěn)定5、套管磨損6、套管下入困難7、套管受損套管柱通過水平井彎曲段時隨井眼彎曲承受彎曲應(yīng)力作用。 同

3、時，套管屬于薄壁管或中厚壁管,套管柱隨井眼彎曲變形時,即使彎曲應(yīng)力未超過其材料的屈服極限,但套管截面已成為橢圓形狀而喪失穩(wěn)定性。由于橢圓的短軸小于套管公稱尺寸,故一些工具無法下入。套管柱彎曲嚴重時也有可能產(chǎn)生屈曲變形破壞8、鉆具組合選擇局限性大淺層大位移水平井，由于造斜點淺，上部地層疏松，膠結(jié)質(zhì)量差，同時頁巖易垮塌的特性，上部鉆具自身重量輕，加壓困難，導致整個鉆具組合的選擇更加受限制。如果鉆具組合選擇不恰當，極易偏磨套管。扭矩、摩阻過大，也將極易導致發(fā)生鉆具事故9、套管居中程度差由于造斜點淺，從造斜點至至A靶點，井斜將達最大井斜，下套管時，斜井段套管易與井壁發(fā)生大段面積接觸。當井斜超過70時套

4、管重量的90%將作用于井眼下側(cè)，套管嚴重偏心，居中度難以達到66.7以上10、固井前洗井、驅(qū)替效果差，水泥漿膠結(jié)質(zhì)量差、固井前洗井、驅(qū)替效果差，水泥漿膠結(jié)質(zhì)量差p巖屑床中的巖屑也難以清潔干凈。p油氣層頂界埋深淺，頂替時接觸時間短，不容易頂替干凈。p井斜角大、水平位移長，套管在井眼內(nèi)存在較大偏心，低邊泥漿難以驅(qū)動，產(chǎn)生“拐點繞流”現(xiàn)象p油基鉆井液必須進行潤濕反轉(zhuǎn)后，水泥漿才能有夠膠結(jié)11、固井過程中井漏、固井過程中井漏固井作業(yè)過程中，井底漿柱產(chǎn)生的正壓差要比鉆井過程中壓差大得多。且要求水泥漿返至地面，封固段長，由于水泥漿摩阻及攜砂能力大于常規(guī)鉆井液，頂替鉆井液后期易造成水泥漿漏失。河頁1井替漿過

5、程中漏失嚴重，井口失返，建111井、黃頁1井也均出現(xiàn)不同程度漏失一、一、二、三、四、五、提 綱1、井身剖面設(shè)計p井位選擇時，應(yīng)盡量保證井口的水平投影與A、B靶點在同一條直線上，以減少方位上的拐點。如果是叢式水平井，本著綜合設(shè)計的原則進行水平井組的整體設(shè)計，避免今后的防碰等意外情況的發(fā)生。五、頁巖氣鉆井技術(shù)措施五、頁巖氣鉆井技術(shù)措施水平段井眼水平段井眼位置位置及及方向方向的設(shè)計主要依據(jù)地應(yīng)力資料的設(shè)計主要依據(jù)地應(yīng)力資料水平井眼取向水平井眼取向 最大應(yīng)力方向最大應(yīng)力方向p設(shè)計合理的螺桿外徑（在滿足功率和造斜率的情況下，可考慮小尺寸的螺桿，同時，嚴格控制螺桿本體扶正器的尺寸，以減小井下摩阻，保證定向

6、施工順利。如建頁平1井設(shè)計井下動力鉆具時，所有螺桿外徑應(yīng)選為165mm，本體扶正器211212mm。p井下鉆具所有扣型均應(yīng)設(shè)計為同一扣型，減少或杜絕轉(zhuǎn)換接頭數(shù)量，盡量簡化鉆具，保證井下施工安全注意事項五、頁巖氣鉆井技術(shù)措施五、頁巖氣鉆井技術(shù)措施穩(wěn)斜井段摩阻在總摩阻中占主要部分，當彎曲井段鉆柱受壓時，將導致總滑動摩阻增加。因此，建頁平1井采用單圓弧增斜剖面，這種剖面軌跡簡單，減少了大井斜井段復合鉆進尺，增加了連續(xù)定向增斜進尺，能保證井眼軌跡平滑，減少了局部增斜和降斜井段，減小了鉆柱與井壁接觸面積，能有效降低全井摩阻。五、頁巖氣鉆井技術(shù)措施五、頁巖氣鉆井技術(shù)措施采用倒裝柔性鉆具結(jié)構(gòu)，鉆具下部使用斜

7、坡鉆桿，將加重鉆桿放在井斜角30以上井段，由上部加重鉆桿提供鉆壓，下部鉆桿代替鉆鋌傳遞軸向載荷，從而減少鉆柱與井壁之間的作用力，降低摩阻和扭矩。優(yōu)先“小度數(shù)單彎螺桿+無磁承壓鉆桿”的柔性倒裝鉆具組合建頁HF-1：215.9mm牙輪鉆頭+165mm1.5螺桿+210mm扶正器+浮閥+無磁承壓鉆桿+MWD無磁懸掛短節(jié)+短無磁鉆鋌+ 127mm斜坡鉆桿1500m+127mm加重鉆桿30根+ 127mm斜坡鉆桿 五、頁巖氣鉆井技術(shù)措施五、頁巖氣鉆井技術(shù)措施堅持“少滑動，多旋轉(zhuǎn)，微調(diào)和勤調(diào)”的原則。根據(jù)井眼軌跡的控制要求、鉆具造斜率變化要求頻繁以及盡可能減少起下鉆次數(shù)，以有效降低鍵槽的發(fā)生，可采用可變徑

8、彎殼單彎螺桿進行定向，或者使用變徑扶正器來有效調(diào)整造斜率的變化。對于水平段后期的施工過程中的扭矩、摩阻明顯增加，鉆壓無法傳遞到鉆頭時，可采用旋轉(zhuǎn)導向鉆進的方法，從而實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)，并實現(xiàn)及時清理巖屑床，降低磨阻的目標五、頁巖氣鉆井技術(shù)措施五、頁巖氣鉆井技術(shù)措施建頁建頁HF-1HF-1井井 定向造斜設(shè)計：定向造斜設(shè)計：0.30.3/m/m造斜率造斜率0.25/m造斜率剖面設(shè)計方案中可以看出，造斜率較為緊張，復合鉆井段很少，調(diào)整段基本沒有，對于實際施工控制十分不利，一旦造斜率突變或地層提前，工作會十分被動。而0.3/m造斜率以上的施工剖面中，有相應(yīng)的復合調(diào)整段，有利于實際施工中的軌跡調(diào)整和著陸控制。但如

9、果造斜率過高，大井斜穩(wěn)斜段過長，又會造成井下摩阻增加，增加井下安全隱患，同時螺桿度數(shù)過大無法進行復合鉆進0.250.25/m/m造斜率造斜率五、頁巖氣鉆井技術(shù)措施五、頁巖氣鉆井技術(shù)措施4、使用旋轉(zhuǎn)導向等先進鉆井技術(shù)和工具p旋轉(zhuǎn)導向鉆井技術(shù)是一項尖端的自動化鉆井新技術(shù),國外鉆井實踐證明,在水平井、大位移井、大斜度井、三維多目標井中推廣應(yīng)用旋轉(zhuǎn)導向鉆井技術(shù),既提高了鉆井速度,也減少了鉆井事故,從而降低了鉆井成本p使用變徑彎殼單彎螺桿和變徑扶正器四、頁巖氣鉆井技術(shù)措施四、頁巖氣鉆井技術(shù)措施旋轉(zhuǎn)導向鉆井和常規(guī)螺桿復合定向井眼形狀對比四、頁巖氣鉆井技術(shù)措施四、頁巖氣鉆井技術(shù)措施5、合理的模擬計算井眼參數(shù)

10、：0.3 /m造斜率井眼剖面，水平段長1003m。首先我們以泥漿密度1.2g/cm3進行計算。該方案以7噸鉆壓滑動鉆進時，最大摩阻12.9噸，起鉆摩阻9.3噸，下鉆摩阻10.4噸，側(cè)向力、三軸應(yīng)力、抗拉、抗壓強度都可滿足安全系數(shù)要求。但滑動鉆進時鉆壓如果超過8噸，鉆具會在井深318m處發(fā)生正弦屈曲。 軸向拉力 軸向拉力 ( (kNkN) ) 鉆柱深度 鉆柱深度 ( (m m) ) 屈曲分析屈曲分析 建頁建頁HFHF- -1 1 滑動鉆進滑動鉆進 泥漿密度 1.200 g/cm3 鉆壓 70.000 kN 鉆頭扭矩 0.000 kN.m 摩擦阻力 摩擦阻力 ( (kNkN) ) 鉆柱深度 鉆柱深

11、度 ( (m m) ) 摩擦阻力摩擦阻力 建頁建頁HFHF- -1 1 滑動鉆進滑動鉆進 泥漿密度 1.200 g/cm3 鉆壓 70.000 kN 鉆頭扭矩 0.000 kN.m四、頁巖氣鉆井技術(shù)措施四、頁巖氣鉆井技術(shù)措施抗扭強度校核抗扭強度校核建 頁HF-1井選擇水平段1003m、鉆壓100KN、泥漿密度1.8 g/cm3、旋轉(zhuǎn)鉆進工況做計算 扭矩 扭矩 ( (kNkN. .m m) ) 鉆柱深度 鉆柱深度 ( (m m) ) 抗扭強度抗扭強度 建頁建頁HFHF- -1 1 旋轉(zhuǎn)鉆進旋轉(zhuǎn)鉆進 泥漿密度 1.800 g/cm3 鉆壓 100.000 kN 鉆頭扭矩 0.000 kN.m四、頁

12、巖氣鉆井技術(shù)措施四、頁巖氣鉆井技術(shù)措施6、井壁穩(wěn)定泥頁巖對鉆井液的性能要求強抑制、高封堵、高潤滑油基鉆井液原油作為鉆井液 原油 1920年前后 有利于防塌、防卡和保護油氣層，但流變性不易控制，易著火，使用范圍僅限于100以內(nèi)淺井 油基鉆井液 柴油、瀝青、乳化劑及少量水（7%以內(nèi)） 1939年 具有油基鉆井液的各種優(yōu)點，可抗200250高溫，但配制成本高，較易著火，鉆速較低 油包水乳化鉆井液 柴油、乳化劑、潤濕劑、親油膠體、乳化水（10%60%） 1950年前后 通過水相活度控制有利于井壁穩(wěn)定，與全油基鉆井液相比不易著火，配制成本有所降低，抗溫可達200230 低毒油包水乳化鉆井液 礦物油、乳化

13、劑、潤濕劑、親油膠體、乳化水（10-60%） 1980年 具有油基鉆井液的各種優(yōu)點，同時可有效防止對環(huán)境的污染，特別適用于海洋鉆井 第一代合成基鉆井液合成基液、乳化劑、潤濕劑、親油膠體、乳化水（10%60%） 1990年酯基、醚基、聚-烯烴（PAO）、縮醛等人工合成的有機物作為基液。可生物降解，直接向海洋排放，抗溫性差。第二代合成基合成基液、乳化劑、潤濕劑、親油膠體、乳化水（10%60%） 1995年線性烷基苯（LAB）、線性石蠟LP、線性-烯烴（LAO）、異構(gòu)烯烴（IO）全油基鉆井液基液、增粘劑、降濾失劑2000年機械鉆速高、井壁穩(wěn)定、減輕乳化堵塞可逆乳化鉆井液基液、親油膠體、乳化劑、潤濕劑

14、、乳化水（10%60%）降濾失劑2000年以后油包水和水包油之間相互轉(zhuǎn)化四、頁巖氣鉆井技術(shù)措施四、頁巖氣鉆井技術(shù)措施原油鉆井液柴油基鉆井液白油基鉆井液氣制油基鉆井液全油基鉆井液國外國外國內(nèi)國內(nèi)開始研究時間開始研究時間始于始于2020年代年代60-7060-70年代年代處理劑情況處理劑情況種類多且配套種類多且配套種類數(shù)量極少種類數(shù)量極少油基鉆井液體系油基鉆井液體系體系多體系多單一單一商業(yè)化程度商業(yè)化程度程度高程度高商業(yè)化程度較低商業(yè)化程度較低現(xiàn)場應(yīng)用現(xiàn)場應(yīng)用技術(shù)成熟，應(yīng)用廣泛技術(shù)成熟，應(yīng)用廣泛應(yīng)用不普及應(yīng)用不普及總的來說，國內(nèi)與國外還存在總的來說，國內(nèi)與國外還存在一定一定的差距的差距國內(nèi)油基鉆井

15、液現(xiàn)狀五、頁巖氣鉆井技術(shù)措施五、頁巖氣鉆井技術(shù)措施u油基鉆井液與水基鉆井液性能對比油基鉆井液水基鉆井液熱穩(wěn)定性環(huán)保環(huán)保熱穩(wěn)定性井壁穩(wěn)定性，抑制性強井涌探測井涌探測井壁穩(wěn)定性潤滑性壓縮性和膨脹性低壓縮性易于高溫凝膠化失水控制循環(huán)漏失趨勢高地質(zhì)評估抗污染性差（CO2&H2S,固相）卡鉆趨勢低后勤保障抗污染好（CO2&H2S,固相）無腐蝕性保護儲層保護儲層五、頁巖氣鉆井技術(shù)措施五、頁巖氣鉆井技術(shù)措施水基和油基對井壁的影響五、頁巖氣鉆井技術(shù)措施五、頁巖氣鉆井技術(shù)措施油基鉆井液砂樣五、頁巖氣鉆井技術(shù)措施五、頁巖氣鉆井技術(shù)措施p 電穩(wěn)定性電穩(wěn)定性(ES)(ES) 70/30乳狀液的放大圖7

16、0/30乳化不良分散液滴越小，體系分布均勻，穩(wěn)定性好分散相增多，可變形粒子增多賈敏效應(yīng)的阻力越大五、頁巖氣鉆井技術(shù)措施五、頁巖氣鉆井技術(shù)措施五、頁巖氣鉆井技術(shù)措施五、頁巖氣鉆井技術(shù)措施基礎(chǔ)油CaCl2鹽水油水親油膠體潤濕劑主乳化劑輔乳化劑降濾失劑石灰等五、頁巖氣鉆井技術(shù)措施五、頁巖氣鉆井技術(shù)措施配制和使用油基泥漿過程中注意事項配制和使用油基泥漿過程中注意事項p開鉆前用清水清洗循環(huán)罐，疏通泥漿泵上水管線、灌注泵管線、加重上水管和排出管、泥漿泵泄壓管線、各固控設(shè)備的進出管線、循環(huán)罐間連接管、各倉間連通管線在內(nèi)的全部鉆井液管線。p油基泥漿所接觸到的所有橡膠元件均換成耐油件。p用清水對循環(huán)系統(tǒng)試運轉(zhuǎn)，

17、檢查各鉆井液管線、各閘閥、各循環(huán)罐倉間的密封情況五、頁巖氣鉆井技術(shù)措施五、頁巖氣鉆井技術(shù)措施p拆檢所有固控設(shè)備，固控管線法蘭盤密封墊子和法蘭軟接撓性短節(jié)等全部更換為耐油配件。p泥漿泵組件中的全部橡膠件全部更換為耐油件。p各個罐之間連接良好，且密封完好。每罐泥漿之間可相互倒換，泥漿泵、加重泵可隨意抽取每罐。p準備1個2-3方帶蓋的罐，并接好長桿泵，40米管線，用于罐車卸白油用注：油基泥漿要做好防水工作，切忌不要用水沖洗振動篩五、頁巖氣鉆井技術(shù)措施五、頁巖氣鉆井技術(shù)措施配制和使用油基泥漿過程中注意事項配制和使用油基泥漿過程中注意事項p建頁HF-1井油基鉆井液維護要點鉆井液密度密度1.20 g/cm3以下用碳酸鈣加重； 密度 1.20 g/cm3以上用重晶石加重在70/30 85/15之間，以70/30起步維持嚴格的乳化狀態(tài)和使用DURATONE HT，HTHP濾失 4 ml配方 柏油+3.5-4.5%主乳化劑+0.5-1.5%輔助乳化劑+3-4%降濾失劑+0.1%潤濕劑+1.0-2.0%增粘劑+0.5%提切劑+2.0-3.0%提切劑+4.5-5.5%防塌劑+1.5-2.5%石