頁巖氣鉆井經濟技術分析

張旭東

2012年集團公司增儲上產五大會戰正式啟動，非常規頁巖氣開采無疑會迎來一個嶄新的契機。如何做好頁巖氣鉆井施工，對生產技術和經營管理都是一個很大的挑戰。伴隨著涪頁HF-1H井的完井，新頁HF-1H井、焦頁1井的施工，西南鉆井公司在川東北地區，積累了寶貴的鉆井施工經驗。

一、頁巖氣鉆井技術難點

中原西南鉆井公司目前承擔了三口頁巖氣井的鉆井施工任務，分別為涪頁HF-1井、新頁HF-1井、焦頁1井。其中涪頁HF-1井于2011年9月24日開鉆，2012年1月22日完井，完井周期119.71天；新頁HF-1井、焦頁1井已經竣工。地域上主要分布在重慶梁平涪陵區塊和四川德陽新場區塊。頁巖氣作為一種新型的礦產資源，雖然潛力巨大，但在鉆井施工中存在諸多難點。

（一）井壁穩定性差

井眼周圍的應力場發生改變，引起應力集中，井眼未能建立新的平衡。頁巖層理和微裂縫較發育，水或鉆井液濾液極易進入微裂縫破壞其原有的平衡，進入后破壞泥頁巖膠結性，導致巖石的碎裂。頁巖氣井埋深淺、泥頁巖膠結差、井斜大、穩斜段長等特點，導致各種相應井下事故或復雜情況（井漏、井塌、鉆具阻卡、埋鉆具）的增加，從而限制了鉆頭、鉆具組合、鉆井液以及鉆井參數的選擇。

（二）摩阻和扭矩高

鉆具與井壁的摩擦、鉆頭扭矩、機械扭矩和動態扭矩等都會引起摩阻和扭矩的增高。導致起鉆的負荷明顯增加，下鉆的阻力增大；在定向滑動鉆進時，無法明確判定鉆頭實際工作的鉆壓；鉆具在過高的軸向力下發生屈曲。

（三）巖屑床難清除

泥頁巖的崩塌、鉆井液性能及返速及鉆井巖屑重力效應，使得巖屑床難以清除，進一步增加了摩阻和扭矩。同時也增加了井下事故復雜發生的幾率。

（四）井眼軌跡控制難

造斜點淺，井壁穩定性差；目的層疏松，機械鉆速高，井徑變化大、扭矩規律性不強；定向工具面擺放困難，頻繁變化的扭矩嚴重干擾實際的定向效果；頁巖氣井井眼軌跡控制困難。

（五）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，膠結質量差，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，也將極易導致發生鉆具事故。

（六）套管居中程度差

由于造斜點淺，從造斜點至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生大面積接觸。當井斜超過70°時套管重量的90%將作用于井眼下側，套管嚴重偏心，居中度難以達到66.7%以上。

（七）固井前洗井、驅替效果差，水泥漿膠結質量差

巖屑床中的巖屑難以清潔干凈。油氣層頂界埋深淺，頂替時接觸時間短，不容易頂替干凈。井斜角大、水平位移長，套管在井眼內存在較大偏心，低邊泥漿難以驅動，產生“拐點繞流”現象。油基鉆井液必須進行潤濕反轉后，水泥漿才能夠膠結。

二、頁巖氣鉆井技術措施

（一）優化井身剖面設計

井口的水平投影與A、B靶點在同一條直線上，減少方位上的拐點。嚴格控制鉆具外徑，并盡量簡化鉆具結構，保證井下施工安全。

（二）優化鉆具組合

采用倒裝柔性鉆具結構，鉆具下部使用斜坡鉆桿，將加重鉆桿放在井斜角30°以上井段，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。

（三）井眼軌跡控制

根據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，以及有效降低鍵槽的發生。對于水平段后期施工過程的扭矩、摩阻明顯增加，鉆壓無法傳遞到鉆頭時，可采用旋轉導向鉆進的方法，通過旋轉從而實現及時清理巖屑床，降低摩阻的目的。

（四）井壁穩定

二開采用強抑制、高封堵、高潤滑鉆井液體系，達到穩定頁巖井壁的目的。三開采用油基泥漿體系。油基泥漿具有熱穩定性、井壁穩定性、抑制性、潤滑性、失水控制能力強等特點，并具有卡鉆趨勢低、抗污染性能好、無腐蝕性、能有效保護儲層等優點。油基泥漿重點做好電穩定性、HTHP濾失量、潤濕性、堿度、固相控制等參數。在配置和使用油基泥漿過程，開鉆前要清洗循環罐，油基泥漿所接觸到的所有橡膠元件均換成耐油件。

（五）井眼清洗、降摩減阻

監測振動篩上返出巖屑的變化、扭矩和摩阻的變化、鉆井液循環系統體積的變化。可采取多短起下鉆、更換柔性鉆具組合進行通井和劃眼，特別是對50度井斜以后的井段，起鉆過程中分段循環，高粘度的鉆井液洗井，或者大排量洗井，倒劃眼等技術措施，提高井眼清潔程度。

（六）提高固井質量

下套管時根據井眼的彎曲程度、井徑變化率情況合理設計扶正器使用數量、類型和安放位置。提高頂替效率和優選水泥漿體系。

三、涪頁HF-1井應用分析

涪頁HF-1井是中石化勘探南方分公司部署在重慶市梁平縣，川東弧形高陡褶皺帶拔山寺向斜構造一口重點預探井，2011年9月2日開始設備搬遷，9月23日進行設備安裝。2011年9月24日開導管，2011年9月27日一開空氣鉆進。2011年10月11日二開開鉆，2011年12月15日18：00三開，三開使用油基泥漿， 12月30日鉆至完鉆井深3570m，2012年1月22日完井。完井周期119.71天，建井周期142.33天。全井平均機械鉆速3.67米/時。

涪頁HF-1井在二開定向井段受地層影響，在定向過程中出現方位漂移，每10m漂0.7-0.9°。為保證井眼軌跡，均采用大段定向，小段復合的方式進行施工，特別是井斜達到40°以后，方位角調整難度非常大，定向鉆進井眼軌跡控制困難，增加了施工難度。在定向鉆進初期，鉆具組合的選擇至關重要，剛性過大，造斜率低造斜效果不明顯，剛性太小，造斜率高井眼軌跡不易控制。在二開定向段由于井眼軌跡控制困難和該地層軟硬交錯鉆頭選型困難，平均機械鉆速僅0.84m/h。在準備中完時頁巖層垮塌，長時間通井、劃眼，影響該井鉆井周期。

三開水平段鉆進，采用油基鉆井液體系。油基鉆井液具有強抑制性，有利于保持井壁穩定；鉆速快、對產層損害小，能最大限度地保護氣層，特別是水敏性地層；抗污染能力強，有良好的潤滑性，壓差卡鉆的幾率小。同時油基鉆井液性能穩定，易于維護，熱穩定性好。本井實鉆證明，油基鉆井液性能穩定，抑制性強，在大段頁巖層鉆進過程中井下施工順利，井壁穩定，對井眼清洗效果尤為顯著，在三開施工過程中，通過和深圳百勤公司的合作，使用高性能無土相反轉乳化油基鉆井液體系，僅一只鉆頭鉆完三開水平段。

涪頁HF-1井合同周期91天，合同價款3379萬元，單位價9536元/米。實際施工119.71天，超合同周期28.71天。超周期主要有以下三方面原因：

1.一開鉆進期間，進至井深96.52m，地層出水后轉換霧化鉆井，霧化鉆進至井深696.00m一開完鉆。霧化鉆井比空氣鉆井機械鉆速低，增加周期1.40天。

2.二開定向機械鉆速0.84m/h，遠低于設計機械鉆速2.50m/h，影響周期23.8天。

3.在準備二開中完期間，長時間通井、劃眼，影響鉆井周期3.55天。

西南鉆井公司和深圳百勤公司合作，本井三開使用油基泥漿較為成功，但配置和維護成本達到了1.1萬元/m3。如何降低油基泥漿使用成本，或者油基泥漿的回收利用，定向井段解決方位漂移的問題縮短鉆井周期，將成為我們以后工作的重點。

頁巖氣已經成為一種重要的接替資源，頁巖氣開發也將在很長一段時間，占據重要的戰略地位。西南鉆井公司站在非常規頁巖氣會戰的最前沿，從經濟和技術兩方面，不斷總結經驗，細化經營管理，爭取為集團公司頁巖氣開發做出新的更大的貢獻。（作者單位為中石化中原石油工程有限公司西南鉆井分公司）