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摘 要：本文对国内外页岩油气钻完井工程技术进行了调研，胜利非常规油气钻井技术主要进展，主要包括钻井工程设计技术、优快钻井技术、非常规储层钻井液技术和非常规水平井固井完井技术四方面进展。
关键词：非常规；钻井；完井技术；研究
非常规资源是当今国际能源领域激烈争论的话题之一。随着不断增长的世界能源需求和现有传统资源消减之间的矛盾日益加剧，全球对非常规油气资源的需求也日益迫切。与常规天然气相比，非常规天然气的类型和赋存形式更为多样，分布范围更为广泛，潜在资源量远远大于常规天然气资源。在全球，致密砂岩气藏中的天然气资源量大约为1.14×1010m3。世界油页岩资源丰富，据统计，如果将全球33个国家和地区的油页岩折算成页岩油，约4000亿吨，超过了石油资源量。
1.国内外页岩油气钻完井工程技术调研
油页岩资源在世界许多地区都有分布，但分布并不均匀，主要分布于美国、俄罗斯、加拿大、中国、扎伊尔、巴西、爱沙尼亚、澳大利亚等国家。各国油页岩形成的时代也不一致，从寒武纪、奥陶纪、泥盆纪、石炭纪、三叠纪、侏罗纪、二叠纪、白垩纪到第三纪都有分布。
经过多年的技术摸索和积累，国外非常规油气藏开发技术逐步趋于成熟，其钻完井工程技术发展趋势包括以下几个方面：
（1）丛式井钻井技术
用丛式井组开发页岩气的优点是：（A）利用最小的丛式井井场使钻井开发井网覆盖区域最大化。（B）实现设备利用的最大化。 多口井依次一开，依次固井，依次二开，再依次固完井。钻井、固井、测井设备无停待。（C）钻井液重复利用，减少钻井液的交替。（D）压裂工厂化流程能够在一个丛式井平台上压裂22口井，极大提高效率。
（2）最优化钻井
对工程量最大的钻井来说，要求“钻井速度高、井眼质量好、钻井成本低”，从井身结构设计、钻机选择、钻头优选、钻井液体系优化、轨迹测量与控制、完井方式优化等各个方面体现出这几方面要求，形成各个区块页岩气开发的最优化区域钻井模式。
（3）长水平段水平井或水平分支井钻井技术。
①尝试在页岩储层钻水平段后向水平方向、上下方向钻分支井眼，扩大储层井眼密度、提高压裂效果，研究分支的形式、数量和方向等；②水平段钻井过程的钻井循环流体选择，基本上用油基钻井液，压裂时用过氮气泡沫和水基压裂液；③测量与轨迹控制方式选择，优化MWD/LWD参数组合，选择使用几何导向或地质导向的轨迹控制模式。
（4）优化完井技术。
包括研究满足后期开发和压裂需求的完井方式设计；套管封固的完井方式优化，在成本允许的条件下可以采用泡沫水泥固井技术；研制特殊套管、封隔器、分支工具等材料和新型井下工具。
2.胜利非常规油气钻井技术主要进展
2.1钻井工程设计技术
①井身结构优化设计
页岩油井身结构设计主要原则：进入页岩储层下技术套管保证上部井眼的稳定性。致密砂岩区块井身结构设计主要原则：进入致密砂岩水平段下技术套管保证小井眼水平段的延伸能力。
②井眼轨道优化设计
需要通过摩阻扭矩分析进行井眼轨道方案优选和进行跨专业多向交互式水平井优化设计，同时做好油藏地质、采油工程与钻井工程的对接工作，包括：全面参与油藏设计的井位优选、轨道优化、工程模拟；全程参与地质设计的方案讨论、设计论证、钻机整拖方向和距离的确定；钻井工程设计与论证。
2.2优快钻井技术
①轨迹控制技术分析
针对具体问题，确定了钻具组合（常规钻具组合＼动力钻具组合）旋转+配合高效PDC的技术思路，精确把握造斜、稳斜、降斜规律，采取钻具组合受力分析的技术手段顺利的实现了该井的优快钻井。
②底部钻具组合力学分析
力学性能分析结果显示：Φ152.4mm井眼的螺杆钻具本体扶正器外径小于133mm时，其复合钻进增斜的效果不明显；随着本体扶正器外径增大，复合钻进增斜的趋势呈显线性增加。
③钻头优化设计
取樊154、罗67区块岩心进行了可钻性评价实验，数据表明：该地区目的层适合使用PDC钻头。在此基础上进行优化水力结构、钻头布齿方案优化和钻头切削稳定性设计。结果显示，其机械钻速比樊154-平1定向段机械钻速提高30%；在致密砂岩水平段可使用PK5235MJH-152.4钻头，使用了进口复合片，大大提高了钻头寿命和破岩效率。
2.3非常规储层钻井液技术
油基钻井液作为成熟的钻井液体系，国内第一口页岩气水平井威201-H1井、其它页岩油气水平井泌页HF1井、威201-H3井、涪页HF-1水平段都设计或使用油基钻井液。油基钻井液与水基钻井液相比较，油基钻井液具有能抗高温、抗盐钙侵、有利于井壁稳定、润滑性好和对油气层损害程度较小等多种优点。
2.4非常规水平井固井完井技术
2.4.1 塑性微膨胀水泥浆体系
经过室内试验研究，开发出了塑性微膨胀水泥浆体系，通过对该体系塑性微膨胀力学性能测试、射孔试验和凝固后的固井质量试验，验证该体系具有：① 低滤失量（50～200mL/30min）；②防窜；③防渗和提高固井质量。
2.4.2 自愈合水泥浆体系
为了保证油气井固井水泥环的长效封隔性能对延长油气井开采寿命、实现地下资源开采的最大化以及保护环境。通过大量实验研究，形成了一套遇水自愈合水泥浆体系。该体系在水泥环发生微裂缝或损坏时，在遇水的条件下，具有防水抗渗作用自动修复水泥环裂缝。并通过了自愈合性能测试。
2.4.3 辅助固井工具
（1）液压膨胀式扶正器
常规使用的滚轮扶正器或旋流扶正器的外径大，下入摩阻相应较大，套管无法安全下入。胜利油田研制的5-1/2″液压式扶正器的最大外径为190mm，外径要比常规扶正器小13.1%；胀开后最大外径为320mm，比常规扶正器大32.3%，即使在井眼扩大率较大的井段也可取得良好的扶正效果。
（2） 自膨胀短节
①遇油遇水膨胀，膨胀率≥400%，不破坏水泥环结构，防止油、气、水窜，提高压裂效果；②自动膨胀，简化施工工艺，降低施工风险和成本。
3.非常规油气开发钻井技术攻关方向
长水平段水平井是非常规油藏开发的有效技术手段，已经初步具备了实施长水平段水平井2000-3000m的技术能力，但是在页岩油气开发方面正在探索满足油气开发需要的钻完井工程配套技术，在井壁稳定、井眼轨迹高效控制方面还没有找到适应的模式，在致密砂岩开发应用中钻井效率和井筒质量方面还存在问题。表现在以下几方面：
（1）在复杂水平井钻井工程设计方面仍需因进步优化设计
（2）水平井井身轨迹控制技术
（3）在钻井液技术方面，还没有形成配套的体系
（4）固井方面套管安全下入和提高固井质量还是难题
4. 结束语
从非常规油气水平井开发整体项目优快钻井管理、技术模式探索和单井优快钻井技术标准化作业两方面入手开展工作，通过工艺流程优化设计和技术装备的经济高效管理提高非常规油气藏长水平段水平井钻井速度和井眼质量。
关键词：非常规；钻井；完井技术；研究
非常规资源是当今国际能源领域激烈争论的话题之一。随着不断增长的世界能源需求和现有传统资源消减之间的矛盾日益加剧，全球对非常规油气资源的需求也日益迫切。与常规天然气相比，非常规天然气的类型和赋存形式更为多样，分布范围更为广泛，潜在资源量远远大于常规天然气资源。在全球，致密砂岩气藏中的天然气资源量大约为1.14×1010m3。世界油页岩资源丰富，据统计，如果将全球33个国家和地区的油页岩折算成页岩油，约4000亿吨，超过了石油资源量。
1.国内外页岩油气钻完井工程技术调研
油页岩资源在世界许多地区都有分布，但分布并不均匀，主要分布于美国、俄罗斯、加拿大、中国、扎伊尔、巴西、爱沙尼亚、澳大利亚等国家。各国油页岩形成的时代也不一致，从寒武纪、奥陶纪、泥盆纪、石炭纪、三叠纪、侏罗纪、二叠纪、白垩纪到第三纪都有分布。
经过多年的技术摸索和积累，国外非常规油气藏开发技术逐步趋于成熟，其钻完井工程技术发展趋势包括以下几个方面：
（1）丛式井钻井技术
用丛式井组开发页岩气的优点是：（A）利用最小的丛式井井场使钻井开发井网覆盖区域最大化。（B）实现设备利用的最大化。 多口井依次一开，依次固井，依次二开，再依次固完井。钻井、固井、测井设备无停待。（C）钻井液重复利用，减少钻井液的交替。（D）压裂工厂化流程能够在一个丛式井平台上压裂22口井，极大提高效率。
（2）最优化钻井
对工程量最大的钻井来说，要求“钻井速度高、井眼质量好、钻井成本低”，从井身结构设计、钻机选择、钻头优选、钻井液体系优化、轨迹测量与控制、完井方式优化等各个方面体现出这几方面要求，形成各个区块页岩气开发的最优化区域钻井模式。
（3）长水平段水平井或水平分支井钻井技术。
①尝试在页岩储层钻水平段后向水平方向、上下方向钻分支井眼，扩大储层井眼密度、提高压裂效果，研究分支的形式、数量和方向等；②水平段钻井过程的钻井循环流体选择，基本上用油基钻井液，压裂时用过氮气泡沫和水基压裂液；③测量与轨迹控制方式选择，优化MWD/LWD参数组合，选择使用几何导向或地质导向的轨迹控制模式。
（4）优化完井技术。
包括研究满足后期开发和压裂需求的完井方式设计；套管封固的完井方式优化，在成本允许的条件下可以采用泡沫水泥固井技术；研制特殊套管、封隔器、分支工具等材料和新型井下工具。
2.胜利非常规油气钻井技术主要进展
2.1钻井工程设计技术
①井身结构优化设计
页岩油井身结构设计主要原则：进入页岩储层下技术套管保证上部井眼的稳定性。致密砂岩区块井身结构设计主要原则：进入致密砂岩水平段下技术套管保证小井眼水平段的延伸能力。
②井眼轨道优化设计
需要通过摩阻扭矩分析进行井眼轨道方案优选和进行跨专业多向交互式水平井优化设计，同时做好油藏地质、采油工程与钻井工程的对接工作，包括：全面参与油藏设计的井位优选、轨道优化、工程模拟；全程参与地质设计的方案讨论、设计论证、钻机整拖方向和距离的确定；钻井工程设计与论证。
2.2优快钻井技术
①轨迹控制技术分析
针对具体问题，确定了钻具组合（常规钻具组合＼动力钻具组合）旋转+配合高效PDC的技术思路，精确把握造斜、稳斜、降斜规律，采取钻具组合受力分析的技术手段顺利的实现了该井的优快钻井。
②底部钻具组合力学分析
力学性能分析结果显示：Φ152.4mm井眼的螺杆钻具本体扶正器外径小于133mm时，其复合钻进增斜的效果不明显；随着本体扶正器外径增大，复合钻进增斜的趋势呈显线性增加。
③钻头优化设计
取樊154、罗67区块岩心进行了可钻性评价实验，数据表明：该地区目的层适合使用PDC钻头。在此基础上进行优化水力结构、钻头布齿方案优化和钻头切削稳定性设计。结果显示，其机械钻速比樊154-平1定向段机械钻速提高30%；在致密砂岩水平段可使用PK5235MJH-152.4钻头，使用了进口复合片，大大提高了钻头寿命和破岩效率。
2.3非常规储层钻井液技术
油基钻井液作为成熟的钻井液体系，国内第一口页岩气水平井威201-H1井、其它页岩油气水平井泌页HF1井、威201-H3井、涪页HF-1水平段都设计或使用油基钻井液。油基钻井液与水基钻井液相比较，油基钻井液具有能抗高温、抗盐钙侵、有利于井壁稳定、润滑性好和对油气层损害程度较小等多种优点。
2.4非常规水平井固井完井技术
2.4.1 塑性微膨胀水泥浆体系
经过室内试验研究，开发出了塑性微膨胀水泥浆体系，通过对该体系塑性微膨胀力学性能测试、射孔试验和凝固后的固井质量试验，验证该体系具有：① 低滤失量（50～200mL/30min）；②防窜；③防渗和提高固井质量。
2.4.2 自愈合水泥浆体系
为了保证油气井固井水泥环的长效封隔性能对延长油气井开采寿命、实现地下资源开采的最大化以及保护环境。通过大量实验研究，形成了一套遇水自愈合水泥浆体系。该体系在水泥环发生微裂缝或损坏时，在遇水的条件下，具有防水抗渗作用自动修复水泥环裂缝。并通过了自愈合性能测试。
2.4.3 辅助固井工具
（1）液压膨胀式扶正器
常规使用的滚轮扶正器或旋流扶正器的外径大，下入摩阻相应较大，套管无法安全下入。胜利油田研制的5-1/2″液压式扶正器的最大外径为190mm，外径要比常规扶正器小13.1%；胀开后最大外径为320mm，比常规扶正器大32.3%，即使在井眼扩大率较大的井段也可取得良好的扶正效果。
（2） 自膨胀短节
①遇油遇水膨胀，膨胀率≥400%，不破坏水泥环结构，防止油、气、水窜，提高压裂效果；②自动膨胀，简化施工工艺，降低施工风险和成本。
3.非常规油气开发钻井技术攻关方向
长水平段水平井是非常规油藏开发的有效技术手段，已经初步具备了实施长水平段水平井2000-3000m的技术能力，但是在页岩油气开发方面正在探索满足油气开发需要的钻完井工程配套技术，在井壁稳定、井眼轨迹高效控制方面还没有找到适应的模式，在致密砂岩开发应用中钻井效率和井筒质量方面还存在问题。表现在以下几方面：
（1）在复杂水平井钻井工程设计方面仍需因进步优化设计
（2）水平井井身轨迹控制技术
（3）在钻井液技术方面，还没有形成配套的体系
（4）固井方面套管安全下入和提高固井质量还是难题
4. 结束语
从非常规油气水平井开发整体项目优快钻井管理、技术模式探索和单井优快钻井技术标准化作业两方面入手开展工作，通过工艺流程优化设计和技术装备的经济高效管理提高非常规油气藏长水平段水平井钻井速度和井眼质量。