頁巖氣水平井固井技術難點及對策研究

王澤林

（大慶鉆探工程公司鉆技一公司技術管理中心，黑龍江大慶163000）

1 概述

近年來，隨著我國石油及天然氣資源需求量的持續(xù)增加，國內(nèi)油氣田生產(chǎn)能力滿足不了國民經(jīng)濟發(fā)展對能源的需求，能源自給率嚴重不足，對進口的依賴程度上升。為了改變這種不利局面，國內(nèi)油氣田加大了勘探開發(fā)力度，在常規(guī)油氣資源難以獲得突破的情況下，非常規(guī)油氣資源成為勘探的熱點，其中尤以頁巖氣受到青睞，在四川取得了較好的勘探效果。我國頁巖氣資源量豐富，勘探開發(fā)潛力巨大，在四川頁巖氣開發(fā)取得了較好的經(jīng)濟效益。頁巖氣儲層與常規(guī)油氣儲層不同，儲集巖性多為頁巖，屬于低孔低滲，甚至是特低孔、特低滲儲層，為了實現(xiàn)對頁巖氣資源的有效開發(fā)，多選用長水平段水平井，水平段長度達上千米，并且采用大規(guī)模壓裂的方式增產(chǎn)。頁巖氣水平井由于水平段長、井壁穩(wěn)定性差等原因[1]，給固井帶來了難題，加強對頁巖氣水平井固井難點分析，采取相應措施提升頁巖氣水平井固井質(zhì)量，具有重要意義。

2 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(wěn)固井壁，封隔地層內(nèi)的油氣，避免出現(xiàn)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(chǎn)打下基礎，固井質(zhì)量好壞不僅影響接下來的施工作業(yè)，還影響油氣井產(chǎn)量及使用壽命，固井質(zhì)量必須得到保障[2]。

固井的一般流程是先向井筒內(nèi)下入套管，然后裝上水泥頭，循環(huán)鉆井液做好固井的準備工作。然后在向井筒內(nèi)先注入隔離液，水泥漿泵車作用下向井筒內(nèi)泵入水泥漿，注入足夠量水泥漿（滿足填充套管外環(huán)空間的需求），然后向井筒內(nèi)注入鉆井液，頂替井筒內(nèi)的水泥漿。水泥漿達到套管外環(huán)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(xù)施工作業(yè)。

固井過程中有幾個施工要點，對于水平井來說，由于井身結(jié)構(gòu)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(nèi)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(xiàn)居中度不好，導致出現(xiàn)竄槽現(xiàn)象。此外，水泥漿性能也比較關鍵，影響水泥環(huán)強度。

3 頁巖氣水平井固井技術難點

水平井井身結(jié)構(gòu)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(chǎn)效果明顯。但特殊的井身結(jié)構(gòu)也給固井施工帶來了難題。

3.1 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?shù)貙悠鸱^大，鉆頭軌跡需要頻繁調(diào)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(jié)構(gòu)更加復雜。由于井眼結(jié)構(gòu)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(guī)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(jié)后，形成的水泥環(huán)中會有間隙，不僅影響了水泥環(huán)的完整性，還會導致油氣水竄槽，影響固井質(zhì)量[3]。

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。此外，還可以采取加大鉆井液排量的方法來循環(huán)鉆井液，也可以起到破壞巖屑床的效果。

3.2 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(zhì)量。由于注水泥漿時水泥漿在井眼內(nèi)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(huán)空間中部分井段沒有被水泥完全封堵，固井水泥環(huán)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(fā)水泥竄槽。造成竄槽的原因歸結(jié)起來有以下幾種：一是套管居中度不好。由于井眼不規(guī)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(huán)空間的狹窄部位，容易出現(xiàn)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(nèi)與鉆井液相混，使得固井質(zhì)量受到影響，導致出現(xiàn)竄槽的情況；三是井壁不規(guī)則，頁巖地層遇水膨脹，使得出現(xiàn)縮徑、地層坍塌等情況，井壁不規(guī)則，在這些部位水泥漿頂替呈尖峰狀，頂替效果差，容易出現(xiàn)竄槽；四是水泥漿性能不能滿足要求，在失水和水化過程中，水泥漿體積減??；五是由于頂替不徹底，套管外部環(huán)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。

3.3 固井界面膠結(jié)質(zhì)量差

在固井過程中，將套管外部空間的水泥漿與套管外壁之間的界面稱為固井一屆面，將水泥漿與井壁之間的界面稱為二界面。頁巖氣井鉆井過程中，為了保證鉆井液具有較好的潤滑及攜砂性，同時還具有較好的儲層保護效果，通常會使用油基鉆井液，油基鉆井液抑制地層水化能力較強，同時兼具潤滑性，對儲層保護的效果也較好，因此在頁巖氣水平井鉆井過程中使用較為普遍。使用油基鉆井液的缺點是容易在套管外壁和井壁上形成油餅或者油膜，使得井壁表面或者井壁上由親水性變?yōu)橛H油性，使得水泥漿不能很好地吸附在套管外壁和井壁上，影響了第一界面和第二界面的膠結(jié)質(zhì)量。要克服這種情況，在固井注水泥漿之前，可以注入油基前置液，將吸附在井壁及套管外壁的油膜去掉，將親油性變?yōu)橛H水性。此外，在水泥漿頂替時，可以轉(zhuǎn)動或上提下放套管，使套管外壁上的油餅脫落。從而提升第一界面和第二界面的膠結(jié)質(zhì)量。

4 提升頁巖氣水平井固井質(zhì)量技術對策

4.1 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(fā)生變形。在造斜段和水平段，受到井壁側(cè)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(cè)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(huán)形空間形態(tài)不規(guī)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。

4.2 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(wěn)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?yōu)橛H油性界面，導致水泥漿凝固時，一、二界面的膠結(jié)質(zhì)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(jié)質(zhì)量，達到固井質(zhì)量要求。

4.3 優(yōu)化固井水泥漿性能

水泥漿性能對固井質(zhì)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(zhì)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(huán)空中聚集，出現(xiàn)竄槽的情況。在水平段，水泥漿固結(jié)時，容易發(fā)生沉降，導致水泥環(huán)上部的水泥漿少，固結(jié)強度低，當?shù)貙訅毫ο禂?shù)大時，在這些部位容易發(fā)生氣竄。對于頁巖氣井，通常采用大規(guī)模壓裂的增產(chǎn)措施，固井水泥漿膠結(jié)質(zhì)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(zhì)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(wěn)定性、稠化時間短等，同時還要求具有一定的觸變性。

5 結(jié)束語

隨著我國加大了對非常規(guī)油氣資源的勘探與開發(fā)力度，頁巖氣、頁巖油等非常規(guī)油氣資源成為勘探的熱點，頁巖氣儲層物性差，采用普通直井開發(fā)產(chǎn)量較低，達不到邊界經(jīng)濟效益，為了提升單井產(chǎn)量，多使用長水平段水平井，增產(chǎn)效果明顯。針對頁巖氣水平井固井中存在的問題，諸如巖屑床問題、套管下入難題、套管居中度差、水泥漿頂替效率低等，需要采取針對性措施，提升固井質(zhì)量，保證后續(xù)施工作業(yè)的順利進行，提升頁巖氣井的使用壽命。