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【摘要】作为开发页岩气的有效方式之一，水平井在能源开发中作用突出，但是在水平井钻井技术中仍然存在摩阻扭矩大、井壁失稳、地层容易垮塌等问题的存在，尚未得到完全解决，论文以某水平井钻井施工为例，从油基钻井液、旋转导向钻井技术等方面对水平井钻井技术进行了研究。
【关键词】页岩气 水平井 油基钻井液
页岩气作为一种储量丰富的、非常规的重要能源，在现代生产中作用突出，油气勘探行业对页岩气的开发使用程度也在不断增加。从90年代中期页岩气被发现以来，其生产产量增速惊人，将会在未来实现新的突破。页岩气在盆地中的储量最为丰富，根据不完全统计，世界页岩气储量突破456*1012m3，利用空间巨大。当前在页岩气钻井、完井，特别是水压裂、连续油管的射孔以及水平井钻井技术的研发下，页岩气的应用范围越来越广，据估算最终全球的页岩气将突破1000*1012 m3，加强页岩气钻井技术的研究，加强资源开发，具有重要意义。
1 工程情况说明
某地区施工完成的页岩气—1井位于四川东部地區自流井组大安寨。水平井钻至弧形高陡褶皱带拔山寺向斜地层最终完钻，从实际钻井情况分析，施工过程中存在难以处理井斜角、机械钻井速率低等问题，使得最终周期较之施工计划周期时间延长，达到145天，全井最大斜度为89.5°，钻进底部的位移数据位1000m。页岩气—1井的位置位于四川盆地重要的两套烃源岩之一位置，总体岩层发育为100m，为黑色页岩，产气潜力较大。在进行水平井钻井过程中，运用油基钻井液、双凝水泥浆、旋转导向钻井等技术能有效加强水平井钻井效率，这些水平井技术有着不低的应用成本，多是用作于解决常见的处理难度较大的钻井技术问题。
2 水平井钻井过程遇见的问题
其一，水平钻井过程中摩阻扭矩较大。进行水平井施工时，由于钻井水平段比较长，摩阻扭矩成为钻井难题，而1号井位井身质量不高，扭矩、摩阻问题更为突出，必须解决这一问题[1]。
其二，该地段的井壁水平段长，加之井身质量低，在进行固井步骤时，容易出现套管居中度不理想，难以顶替、水泥浆胶结情况不理想等问题。
其三，水平井井壁容易出现失稳现象。该项目技术人员对该地段的岩心进行了分析，得出该区域主要岩石矿物组成为石英和黏土成分，其中黏土主要由伊蒙混层以及伊利石构成，钻井过程中井壁会吸收大量水分产生膨胀出现失稳现象，另外目的层的向应力存在差异，增加了钻井施工的难度。
其四，施工地段地表较为疏松容易垮塌。该地段位于四川盆地，沟壑交错，存在地表冲蚀沉积、风蚀情况，地表的成岩性能不理想，部分地段的页岩水敏性较强，侵入钻井液后已形成井壁垮塌现象，为后续钻井工程带来困难；部分地段主要组成部分砂质页岩、页岩，存在严重掉垮、剥蚀情况，尤其在大斜度水平段井眼位置稳定性更差，容易出现坍塌现象[2]。
3 水平钻井技术研究
3.1 旋转导向式钻井技术
作为当前先进的页岩气钻井技术，特殊油藏条件的深井以及钻井难度较高的水平分支井、水平井、定向井以及大位移井等条件下比较适合运用旋转导向式钻井技术进行钻井施工。这一钻井技术主要是利用远端计算机进行调整工具面的数值，通过脉冲向井底仪器传送数据，调整工具面角，对井眼的轨迹进行控制[3]。这一技术相对于传统的螺杆导向更加及时和准确，大幅度提高了控制井眼轨迹的准确程度，而在进行钻井过程时，钻柱始终处于旋转状态，可以有效降低扭矩和摩阻。
3.2 水平钻井的特色固井技术
将该页岩气井的施工难题和固井技术、井眼进行结合，该项目使用了1.90kg/l的防窜气高胶结弹性水泥浆以及1.40kg/l的缓凝低密度水泥浆混合而成的双密度双凝水泥浆，将1.40kg/l的返浆带至地面，降低水泥浆的液柱压力，1.90kg/l的尾浆送至深井处，确保下层页岩气产层的固定程度，这一方法可以确保较低液柱压力，避免出现固井过程漏失水泥浆问题，提升防止窜气和胶结水平，提升固井质量，为下一阶段压裂过程提供前提条件。
3.3 油基钻井液的运用
针对该钻井施工过程出现的问题，决定利用具有高性能的油基钻井液，这一技术的突出特色在于：
第一，为了抑制页岩出现水化膨胀问题，对高压高温的失水量进行严格监控，确保失水量小于7.8ml，从实际施工钻井遇见页岩的情况出发逐步提高钻井液的密度，利用较大的破乳电压，确保工程维护时油水比例的平衡稳定；
其二，为了保证油基钻井液的电稳定性较高，必须保证拥有超过2000v的破乳电压，如果地层存在严重的水侵现象，必须添加石灰、润湿剂、乳化剂机械处理，保持电稳定和电平衡。[4]
其三，施工遇见较大斜度的井段以及水平段时，保持高水平的动切力以及黏度，强化油基钻井液的悬浮携砂力，利用有机土、白油、润湿剂、增粘剂以及结构剂调控流变性能，与短程下钻等阶段制定的措施，最大程度将岩屑床进行消除，以便保持井眼的顺畅通透。
其四，利用脂肪酸和其共聚物作为重要材料，取代传统的有机膨胀土，能明显改善泥饼固相含量和质量，降低井壁黏度。[5]务必保持油基钻井液的胶凝切力，以便最大程度降低井漏的可能性。
4 结语
在川东地区水平井钻井过程中，利用油基钻井液、旋转导向钻井技术以及优选钻头等方式方法，有效降低了扭矩和摩阻，在确保井壁稳定性的基础上提高了机械钻的工作效率，加之用双密度双凝水泥浆确保了套管居中程度，获得了很好的固井质量，值得推广和应用。值得注意的是，油基钻井液以及旋转导向技术付出成本较高，在地层裂缝发育地段，由于堵漏技术还需完善，传统堵漏采气技术无法发挥应有作用，这些都是页岩气水平井钻井技术应用还需要强化研究的问题。
参考文献
[1] 姜政华，童胜宝，丁锦鹤.彭页 HF-1页岩气水平井钻井关键技术[J].石油钻探技术，2012，40（4）；285-288
[2] 董大忠，程克明，王世谦，吕宗刚 .气资源评价方法及其在四川盆地的应用[J].天然气工业，2009（5）：125-128
[3] 代绪，赵金海，王华，等.美国Barnett页岩气开发中应用的钻井工程技术分析与启示[J].中外能源，2011，16（4）：47—52
[4] 武治强，周建良，靳勇，张红生.页岩气水平井气层封固难点分析与技术对策[J].石油钻采工艺，2012（11）：123-129
[5] 功玉，王华平，张德军，等.泥浆盖帽强钻技术在威远页岩地层的应用[J].钻采工艺，2012，35（1）：1—3
【关键词】页岩气 水平井 油基钻井液
页岩气作为一种储量丰富的、非常规的重要能源，在现代生产中作用突出，油气勘探行业对页岩气的开发使用程度也在不断增加。从90年代中期页岩气被发现以来，其生产产量增速惊人，将会在未来实现新的突破。页岩气在盆地中的储量最为丰富，根据不完全统计，世界页岩气储量突破456*1012m3，利用空间巨大。当前在页岩气钻井、完井，特别是水压裂、连续油管的射孔以及水平井钻井技术的研发下，页岩气的应用范围越来越广，据估算最终全球的页岩气将突破1000*1012 m3，加强页岩气钻井技术的研究，加强资源开发，具有重要意义。
1 工程情况说明
某地区施工完成的页岩气—1井位于四川东部地區自流井组大安寨。水平井钻至弧形高陡褶皱带拔山寺向斜地层最终完钻，从实际钻井情况分析，施工过程中存在难以处理井斜角、机械钻井速率低等问题，使得最终周期较之施工计划周期时间延长，达到145天，全井最大斜度为89.5°，钻进底部的位移数据位1000m。页岩气—1井的位置位于四川盆地重要的两套烃源岩之一位置，总体岩层发育为100m，为黑色页岩，产气潜力较大。在进行水平井钻井过程中，运用油基钻井液、双凝水泥浆、旋转导向钻井等技术能有效加强水平井钻井效率，这些水平井技术有着不低的应用成本，多是用作于解决常见的处理难度较大的钻井技术问题。
2 水平井钻井过程遇见的问题
其一，水平钻井过程中摩阻扭矩较大。进行水平井施工时，由于钻井水平段比较长，摩阻扭矩成为钻井难题，而1号井位井身质量不高，扭矩、摩阻问题更为突出，必须解决这一问题[1]。
其二，该地段的井壁水平段长，加之井身质量低，在进行固井步骤时，容易出现套管居中度不理想，难以顶替、水泥浆胶结情况不理想等问题。
其三，水平井井壁容易出现失稳现象。该项目技术人员对该地段的岩心进行了分析，得出该区域主要岩石矿物组成为石英和黏土成分，其中黏土主要由伊蒙混层以及伊利石构成，钻井过程中井壁会吸收大量水分产生膨胀出现失稳现象，另外目的层的向应力存在差异，增加了钻井施工的难度。
其四，施工地段地表较为疏松容易垮塌。该地段位于四川盆地，沟壑交错，存在地表冲蚀沉积、风蚀情况，地表的成岩性能不理想，部分地段的页岩水敏性较强，侵入钻井液后已形成井壁垮塌现象，为后续钻井工程带来困难；部分地段主要组成部分砂质页岩、页岩，存在严重掉垮、剥蚀情况，尤其在大斜度水平段井眼位置稳定性更差，容易出现坍塌现象[2]。
3 水平钻井技术研究
3.1 旋转导向式钻井技术
作为当前先进的页岩气钻井技术，特殊油藏条件的深井以及钻井难度较高的水平分支井、水平井、定向井以及大位移井等条件下比较适合运用旋转导向式钻井技术进行钻井施工。这一钻井技术主要是利用远端计算机进行调整工具面的数值，通过脉冲向井底仪器传送数据，调整工具面角，对井眼的轨迹进行控制[3]。这一技术相对于传统的螺杆导向更加及时和准确，大幅度提高了控制井眼轨迹的准确程度，而在进行钻井过程时，钻柱始终处于旋转状态，可以有效降低扭矩和摩阻。
3.2 水平钻井的特色固井技术
将该页岩气井的施工难题和固井技术、井眼进行结合，该项目使用了1.90kg/l的防窜气高胶结弹性水泥浆以及1.40kg/l的缓凝低密度水泥浆混合而成的双密度双凝水泥浆，将1.40kg/l的返浆带至地面，降低水泥浆的液柱压力，1.90kg/l的尾浆送至深井处，确保下层页岩气产层的固定程度，这一方法可以确保较低液柱压力，避免出现固井过程漏失水泥浆问题，提升防止窜气和胶结水平，提升固井质量，为下一阶段压裂过程提供前提条件。
3.3 油基钻井液的运用
针对该钻井施工过程出现的问题，决定利用具有高性能的油基钻井液，这一技术的突出特色在于：
第一，为了抑制页岩出现水化膨胀问题，对高压高温的失水量进行严格监控，确保失水量小于7.8ml，从实际施工钻井遇见页岩的情况出发逐步提高钻井液的密度，利用较大的破乳电压，确保工程维护时油水比例的平衡稳定；
其二，为了保证油基钻井液的电稳定性较高，必须保证拥有超过2000v的破乳电压，如果地层存在严重的水侵现象，必须添加石灰、润湿剂、乳化剂机械处理，保持电稳定和电平衡。[4]
其三，施工遇见较大斜度的井段以及水平段时，保持高水平的动切力以及黏度，强化油基钻井液的悬浮携砂力，利用有机土、白油、润湿剂、增粘剂以及结构剂调控流变性能，与短程下钻等阶段制定的措施，最大程度将岩屑床进行消除，以便保持井眼的顺畅通透。
其四，利用脂肪酸和其共聚物作为重要材料，取代传统的有机膨胀土，能明显改善泥饼固相含量和质量，降低井壁黏度。[5]务必保持油基钻井液的胶凝切力，以便最大程度降低井漏的可能性。
4 结语
在川东地区水平井钻井过程中，利用油基钻井液、旋转导向钻井技术以及优选钻头等方式方法，有效降低了扭矩和摩阻，在确保井壁稳定性的基础上提高了机械钻的工作效率，加之用双密度双凝水泥浆确保了套管居中程度，获得了很好的固井质量，值得推广和应用。值得注意的是，油基钻井液以及旋转导向技术付出成本较高，在地层裂缝发育地段，由于堵漏技术还需完善，传统堵漏采气技术无法发挥应有作用，这些都是页岩气水平井钻井技术应用还需要强化研究的问题。
参考文献
[1] 姜政华，童胜宝，丁锦鹤.彭页 HF-1页岩气水平井钻井关键技术[J].石油钻探技术，2012，40（4）；285-288
[2] 董大忠，程克明，王世谦，吕宗刚 .气资源评价方法及其在四川盆地的应用[J].天然气工业，2009（5）：125-128
[3] 代绪，赵金海，王华，等.美国Barnett页岩气开发中应用的钻井工程技术分析与启示[J].中外能源，2011，16（4）：47—52
[4] 武治强，周建良，靳勇，张红生.页岩气水平井气层封固难点分析与技术对策[J].石油钻采工艺，2012（11）：123-129
[5] 功玉，王华平，张德军，等.泥浆盖帽强钻技术在威远页岩地层的应用[J].钻采工艺，2012，35（1）：1—3