頁巖氣水平井固井技術難點與對策分析獲獎科研報告【摘

要】我國頁巖氣資源量豐富，勘探開發潛力巨大?近年來，在川渝地區頁巖氣開發取得了較好的經濟效益?頁巖氣儲層物性差，為了提升開發效益，多使用水平井開發，給固井施工作業帶來了難題?為此，對頁巖氣水平井固井過程中存在的巖屑床堆積?套管下入難?套管居中度差?水泥漿頂替效率低等問題進行了探討，采取相應的技術措施提升固井質量，保證后續施工作業的順利進行，對提升頁巖氣井開發效益及使用壽命具有較大意義?

【關鍵詞】頁巖氣;水平井;固井;技術難點;對策

最近一些年來，頁巖氣資源作為非常規能源得到了世界各國的重視，但頁巖中有較多的泥質，存在著易破碎和膨脹的特點，地下儲層孔隙度和滲透度都不高，多在固井完成以后進行射孔作業，利用壓裂增產手段來提升頁巖氣產量，這就是對固井技術提出了更高的要求?與普通固井方式不同，頁巖氣固井對水泥性能要求很高，還需要對水平井段進行固井，保證套管位于井壁中間位置，固井完成后還需要把油基鉆井液驅替出來?

1固井流程及技術要點

固井的目的就是要保護油氣井套管?穩固井壁，封隔地層內的油氣，避免出現油氣水竄層的情況，提升開采效果，延長油氣井使用壽命?同時固井也是為接下來的試油試采?壓裂及采油生產打下基礎，固井質量好壞不僅影響接下來的施工作業，還影響油氣井產量及使用壽命，固井質量必須得到保障?

固井的一般流程是先向井筒內下入套管，然后裝上水泥頭，循環鉆井液做好固井的準備工作?然后在向井筒內先注入隔離液，水泥漿泵車作用下向井筒內泵入水泥漿，注入足夠量水泥漿（滿足填充套管外環空間的需求），然后向井筒內注入鉆井液，頂替井筒內的水泥漿?水泥漿達到套管外環空間一定需要一定的時間達到凝固的效果，這個時間稱為候凝時間，時長通常為24h或48h，或者更長時間?當水泥漿充分凝固，強度達到要求后，就可以開展后續施工作業?

固井過程中有幾個施工要點，對于水平井來說，由于井身結構復雜，如何保證套管順利下入，在造斜段套管下入的摩擦阻力較大?套管在井筒內的居中度影響后期注水泥效果，需要采取相應技術措施來保障套管居中度滿足要求，避免出現居中度不好，導致出現竄槽現象?此外，水泥漿性能也比較關鍵，影響水泥環強度?

2頁巖氣水平井固井技術難點

水平井井身結構特殊，由于其具有較長的水平段，能夠保持井眼在儲層中穿行，與儲層接觸面積大，控制儲量范圍較廣，采用效果好，增產效果明顯?但特殊的井身結構也給固井施工帶來了難題?

2.1頁巖氣水平井易形成巖屑床

水平井具有較大水平段，在鉆井過程中，由于目的層地層變化，使得鉆探目的不明確，當地層起伏較大，鉆頭軌跡需要頻繁調整，以控制軌跡在儲層中穿行，以保證儲層鉆遇率?由此導致井眼軌跡不能按照預定軌跡進行，導致井眼結構更加復雜?由于井眼結構復雜，巖屑在返回過程中，在重力作用下，在水平段容易在井壁下方大量堆積，形成巖屑床使得井眼愈加不規則，在注水泥時，由于巖屑床的存在，在這些部位鉆井液頂替效果不好，使得水泥膠結后，形成的水泥環中會有間隙，不僅影響了水泥環的完整性，還會導致油氣水竄槽，影響固井質量?

針對巖屑床的問題，對于水平井，在固井前應進行井眼清潔，對于巖屑床比較嚴重的部位，應進行劃眼清除巖屑床，劃眼清除巖屑床的效果比較好，能夠有效改善井眼狀況?

2.2注水泥竄槽

注水泥過程中，水泥漿頂替效率直接影響固井質量?由于注水泥漿時水泥漿在井眼內是呈尖峰狀向前流動的，不是平行向前頂替，會導致套管外環空間中部分井段沒有被水泥完全封堵，固井水泥環完整性難以保證，這些水泥間隙為油氣水流動提供了通道，會誘發水泥竄槽?造成竄槽的原因歸結起來有以下幾種：一是套管居中度不好?由于井眼不規則，套管下入時沒有安裝扶正器，造成套管貼近一邊井壁，不僅影響水泥漿頂替效果，在套管外環空間的狹窄部位，容易出現竄槽的情況;二是水泥漿密度不夠，水泥漿配置太稀，導致水泥漿流動性強，在井眼內與鉆井液相混，使得固井質量受到影響，導致出現竄槽的情況;三是井壁不規則，頁巖地層遇水膨脹，使得出現縮徑?地層坍塌等情況，井壁不規則，在這些部位水泥漿頂替呈尖峰狀，頂替效果差，容易出現竄槽;四是由于頂替不徹底，套管外部環空中殘存大量游離水，這些游離水聚集在一起，容易形成竄槽的情況?

3提升頁巖氣水平井固井質量技術對策

3.1提升頁巖氣水平井套管居中度

對于頁巖氣水平井，在造斜段井眼曲率較大，套管下入過程中在造斜段受到重力?摩擦阻力?鉆井液浮力作用，下入難度較大，套管易發生變形?在造斜段和水平段，受到井壁側向作用力的影響，套管下入的摩擦阻力較大，并且隨著套管下入深度的增加，側向摩擦阻力增大，使得套管難以準確下入到預定的部位?由于套管下入過程中受到摩擦阻力及應力形變，套管居中度難以保證，套管居中度差造成環形空間形態不規則，影響水泥漿頂替效率?為了提升套管居中度，可以在套管下入過程中安裝扶正器，扶正器安裝的距離越小，套管的居中度越好，但安裝過密會影響套管的正常下入，因此，要控制扶正器合理安放?

3.2使用油基前置液頂替

由于頁巖氣水平井鉆井過程中，為了提升井壁穩定性，同時兼顧潤滑性?攜砂性及儲層保護效果，多使用油基鉆井液，油基鉆井液保護井壁效果好，潤滑性好?對儲層保護效果好，但容易在套管外壁或井壁上形成含油泥餅或油膜，使親水性界面變為親油性界面，導致水泥漿凝固時，一?二界面的膠結質量變差?為了改善這種情況，可以使用油基前置液，通過前置液改善界面親水性，使得水泥漿能夠吸附在套管外壁或井壁上，提升一二界面膠結質量，達到固井質量要求?

3.3優化固井水泥漿性能

水泥漿性能對固井質量起到至關重要的作用，水泥漿性能如密度?失水量?流變性等對固井質量影響較大?在固井過程中，水泥漿失水過多，會導致析出的自由水在環空中聚集，出現竄槽的情況?在水平段，水泥漿固結時，容易發生沉降，導致水泥環上部的水泥漿少，固結強度低，當地層壓力系數大時，在這些部位容易發生氣竄?對于頁巖氣井，通常采用大規模壓裂的增產措施，固井水泥漿膠結質量達不到要求，會影響壓裂效果?為了保證頁巖氣水平井固井質量要求，水泥漿性能要求具有零析水?低失水?流變性好?高沉降穩定性?稠化時間短等，同時還要求具有一定的觸變性?

3.4水泥漿體系優化

普通的水泥環有著很高的脆性，具備的抗拉強度小于抗壓強度?射孔作業完成以后，水泥環受到沖擊而形成裂紋，這就導致水泥環完整性受到影響，無法對頁巖氣起到很好的封固效果?提高水泥環的韌性和抗沖擊性能，是減小水泥環破裂的有效手段?可以在水泥漿中添加具備塑性的材料來改善水泥石變形能力，優化后的水泥漿體系可以更好地改進水泥漿性能，還可以提升水泥石性能?

4結束語

隨著我國加大了對非常規油氣資源的勘探與開發力度，頁巖氣?頁巖油等非常規油氣資源成為勘探的熱點，頁巖氣