深层页岩气水平井优快钻井技术分析

深层页岩气水平井优快钻井技术分析

柳彬

中石化西南石油工程有限公司湖南钻井分公司  湖南长沙  410007

摘要：深层页岩气水平井的钻井过程面临着诸多技术难题，包括钻井周期长、复杂事故发生率高以及定向工具故障等问题。为了克服这些难点并提高钻井效率，本文对深层页岩气水平井的优快钻井技术进行了全面分析。钻井提速的关键技术包括井身结构优化、井眼轨道优化、钻井提速提效技术等。此外，优选定向钻具组合及其应用效果以及钻井液体系的优化和应用也得到了研究。通过实践和数据分析，本研究验证了这些技术在深层页岩气水平井钻井中的应用效果。

关键词：深层页岩气水平井；优快钻井技术；钻井提速；定向钻具组合

引言

深层页岩气水平井作为一种重要的油气勘探与开发方式，具有巨大的潜力和经济价值。然而，传统的钻井技术在深层页岩气水平井的钻井过程中面临着诸多挑战。本文以提速为核心目标，通过优化钻井工艺和应用新的技术手段，旨在缩短钻井周期，减少事故发生率，改善定向工具的性能，并提高钻遇优质储层的概率。
1钻井提速关键技术
1.1井身结构优化技术

第一，根据地层特性和井深条件，选择适当的井筒材料，如高强度钢管或复合材料管，以提供足够的强度和耐磨性，减少井壁塌陷和磨损。第二，优化钢管螺纹连接设计，确保连接的强度和密封性，减少漏失和断裂的风险，提高井身整体的稳定性和可靠性。第三，根据地层压力、井深和井斜要求，合理确定井身壁厚，并采取加固措施，如设置加强环、钢带包覆等，提高井身的抗压和抗弯能力。第四，根据井身结构要求和施工工艺，合理设计管柱组合，考虑钻进、套管和固井等工序的需求，确保井身的完整性和施工效率[1]。
1.2井眼轨道优化技术

第一，根据地层特性、井眼形状和钻井目标，合理设计钻进曲线，确定井斜和方位角的变化规律，以实现预期的井眼轨道。第二，选择适当的定向钻具，如测斜仪、方位仪和导向钻头，根据钻进曲线要求进行合理配置和组合，以确保井眼轨道的准确性和稳定性。第三，轨迹实时监测和调整。利用测斜仪和方位仪等装置，实时监测井眼轨迹的测量数据。通过与目标轨迹进行比较，及时调整钻进参数和方向控制，以修正偏差和保持轨迹的准确性[2]。
1.3钻井提速提效技术
1.3.1钻头优选

首先，根据地层特性和钻井目标，选择适当的钻头切削结构和刀具材料。例如，在硬度较高的地层中，选择具有强大切削能力和耐磨性的钻头，以提高钻进速度和延长使用寿命。其次，根据钻井条件和目标井眼轨道，确定合适的钻头尺寸和几何形状。通过优化钻头的几何参数，如刀具角度、刀具形状和喷嘴设计等，可以提高钻进效率和钻头的稳定性。最后，结合实时测量数据和地质信息，进行钻头使用寿命的评估和预测，及时进行更换，避免因钻头磨损过度导致的钻进速度下降和井眼质量下降[3]。
1.3.2钻具组合优化

根据钻井曲线的设计要求和地质条件，确定需要使用的测斜仪、方位仪和导向钻头等定向钻具，确保井眼轨道的准确性和稳定性。其次，优化钻具的工作流程和操作方式，提高钻具的作业效率。例如，合理安排钻具的装卸和连接过程，减少作业时间，提高作业效率。最后，结合实时监测数据和模型预测结果，对钻具的工作状态进行评估和调整，以最大限度地发挥钻具的性能和效率。
1.3.3水平段水力振荡器提速技术

通过调整水力振荡器的工作参数，如振幅、频率和相位等，使其与地层特性和钻进条件相匹配。合理选择水力振荡器的工作模式，确保产生合适的振动效果，以提高钻进速度。选择适当的钻井液体系，包括泥浆密度、粘度和固相含量等参数，以满足水力振荡器的振动要求。同时，合理控制钻井液的流量和压力，以保持稳定的振动效果。通过实时监测水力振荡器的振动效果和钻井参数，及时调整振荡器的振幅、频率和相位等参数，以最大限度地发挥水力振荡器的提速效果。

1.4堵漏措施优化

选择适合的渗透堵漏剂，通过与井壁、岩层产生化学反应或形成物理屏障，防止钻井液向地层渗透，减少漏失风险。优选堵漏剂的关键是考虑其渗透性、稳定性和可操作性，以确保在水平段钻井中的有效堵漏效果。选择适用的封隔剂，用于封堵漏失点或井眼周围的漏失通道，防止钻井液沿井眼进一步渗漏。优化封隔剂的选择和使用方法，考虑到其封堵效果、适应性和环境友好性，确保封堵效果持久稳定，并降低对后续作业的影响。建立漏失监测体系，通过监测钻井液流量、压力和钻井液性质等参数，实时掌握漏失情况[4]。
1.5水平段清砂防卡技术

第一，清砂工具优化。选择适合水平段清砂的工具，如旋转清砂器、冲洗清砂器等，根据井眼直径、地层特性和砂粒颗粒大小等因素，优化清砂工具的尺寸和形状，以提高清砂效果和作业效率。第二，清砂工艺优化。优化清砂工艺，包括调整清砂液体系的组成和性质，合理控制清砂液的流量、压力和速度，以达到高效清除井眼内砂粒和颗粒物的目的。同时，采用适当的冲洗技术和工艺参数，如旋转速度、冲洗液体性质和流量等，以增强清砂效果，防止砂粒堆积和堵塞井眼。

第三，清砂实时监测与控制。通过实时监测井内清砂液的流量、压力和含砂量等参数，及时掌握清砂效果和井眼状态。结合地质信息和井斜方位数据，实时调整清砂工艺参数，确保清砂作业的准确性和及时性。此外，采用高精度的测斜仪和方位仪等工具，对井眼的状态进行实时监测，及时发现和处理可能引起阻塞和卡钻的异常情况。第四，砂粒排出与废弃物处理。在水平段清砂过程中，及时排出清除的砂粒和废弃物是关键步骤。采用合适的排砂装置和排砂工艺，如振动筛、离心分离器等，有效分离和排出砂粒和废弃物。同时，合理处理废弃物，如集中收集、分类处理和环保处置，以减少对环境的影响。
1.6油基钻井液地面降温技术

第一，选用低温稠化剂。在油基钻井液的配方中，选择低温稠化剂作为基础成分，以降低液体的温度。这些稠化剂具有较低的沸点和热稳定性，可以有效减少液体在高温环境下的挥发和降解，保持液体的稳定性和性能。第二，使用冷却设备。在钻井现场设置冷却设备，如冷却器、冷却塔等，通过冷却介质与油基钻井液进行热交换，将液体温度降低到合适的范围。这些冷却设备可以利用水或其他冷却介质进行循环冷却，有效地降低液体的温度。第三，控制钻井液循环速度。调整钻井液的循环速度，控制液体在井内的停留时间，减少液体受高温环境影响的时间。通过增加液体的流动速度，可以有效地带走井底高温区域产生的热量，降低液体的温度。第四，优化泥浆添加剂。根据钻井现场的实际情况和液体温度要求，优化泥浆添加剂的种类和用量，以提高液体的热稳定性和散热性能。适当增加散热剂、抗热剂等添加剂的用量，可以有效降低液体的温度，并防止因高温引起的泥浆性能下降和设备故障。
1.7欠平衡钻井提速技术

第一，控制井口压力。通过控制井口压力，使其维持在适当的欠平衡状态。可以通过调整泥浆排量、钻井液密度和钻井流速等参数来实现。保持井口压力低于地层压力，可以有效减少钻井液在井底的停留时间，降低井眼塌陷和井壁固结的风险，从而提高钻井速度。第二，优化钻井液体系。选择合适的钻井液体系，以提高欠平衡钻井效果。例如，使用低密度的钻井液，使其密度低于地层压力，进一步增加井内压力差。此外，添加适量的润滑剂和减阻剂，可以减少井眼摩擦阻力，提高钻井速度。第三，合理设计钻头结构。钻头是欠平衡钻井的关键工具，其结构设计直接影响钻进效率。通过优化钻头的形状、刃数、喷嘴布置等参数，可以提高钻头的钻进能力和清渣排屑能力，进而提高钻井速度。第四，实时监测井底情况。通过实时监测井底压力、钻进参数和钻头状态等信息，及时调整钻井操作。根据井底反馈信息，对钻井液流量、压力和循环速度等进行调节，以保持适当的欠平衡状态，实现钻井的高效率和稳定性。
2优选定向钻具组合及应用效果
2.1定向钻具组合效果分析

表1  定向钻具组合效果分析表

2.2储层实时追踪

表2  不同储层深度范围参数对照表

根据实时测量和监测，钻井团队可以在特定深度范围内追踪这些参数的变化情况。例如，在1000 - 1500m深度范围内，储层速度为2000m/s，孔隙度为18%，渗透率为100mD，油藏压力为15MPa。随着深度的增加，这些参数可能会发生变化，而实时追踪能够提供准确的数据，帮助钻井团队做出相应的调整和决策。

2.3削减定向井工具振动的配套技术措施

为了削减定向井工具的振动，采取了以下配套技术措施：动平衡调整、节流器设计优化和钻井液振动抑制剂。动平衡调整技术措施可使工具的质量分布调整到适当位置，从而将振动幅值控制在2.5mm左右，并使振动频率范围在10-15Hz之间。节流器设计优化技术措施通过合理设计节流器的结构和流道，减小了振动幅值至1.8mm左右，并使振动频率范围保持在8-12Hz之间。采用钻井液振动抑制剂的技术措施可以有效降低振动幅值至0.9mm左右，并将振动频率范围控制在6-10Hz之间。这些技术措施的评价表明，动平衡调整在振动幅值和频率范围的降低方面评价为4，节流器设计优化评价为3，而钻井液振动抑制剂评价为5，表明钻井液振动抑制剂对振动干扰的降低程度最高。
2.4钻井液体系的优选及应用

表4钻井液体系优选及应用的表格

3应用效果
3.1缩短钻井周期

首先，钻井提速关键技术的应用，如钻头优选、钻具组合优化和水平段水力振荡器提速技术，有效提高了钻进速度和效率。其次，井身结构优化技术和井眼轨道优化技术的应用，使钻进过程更加顺利和稳定，减少了非生产时间和钻井停顿。此外，优化的堵漏措施和水平段清砂防卡技术的应用，减少了施工中的问题和延误，进一步缩短了钻井周期。综合而言，深层页岩气水平井优快钻井技术的综合应用，使钻井周期大幅缩短，提高了生产效率。
3.2减少复杂事故发生率

深层页岩气水平井钻井过程中，复杂事故的发生可能会导致工程延误、安全风险和经济损失，应用优快钻井技术可以显著降低复杂事故的发生率。首先，井身结构优化技术和井眼轨道优化技术的应用，减少了井眼的扭曲和变形，降低了井壁塌陷和井眼挤压的风险。其次，钻进曲线设计的合理性和实时监测的精确性，减少了钻井偏离目标轨迹的可能性。此外，钻井液体系的优选及应用，有效控制了井眼稳定性和井底压力的平衡，减少了钻井过程中的问题和风险。通过采取这些技术措施，深层页岩气水平井优快钻井技术成功降低了复杂事故的发生率，保障了钻井施工的安全性和稳定性。
3.3解决了定向工具故障问题，提高钻井效率

首先，定向钻具组合优化的技术措施确保了定向工具的选择和配置的准确性，降低了故障率。通过合理组合和配备测斜仪、方位仪等工具，能够实时监测井眼轨迹和工具状态，及时发现并解决潜在的故障问题。其次，削减定向井工具振动的配套技术措施也起到了关键作用。通过优化井身结构、调整钻进参数和控制钻进过程中的振动，有效减少了定向井工具的振动，降低了故障发生的概率。定向井工具的稳定运行不仅提高了钻井效率，还减少了维修和更换工具的时间和成本。
3.4优质储层钻遇率高

深层页岩气水平井优快钻井技术的应用极大地提高了优质储层的钻遇率。通过钻井提速关键技术的应用，如钻头优选和钻具组合优化，能够有效地穿越复杂地层，减少非生产时间，增加钻井进尺。此外，储层实时追踪技术的应用，通过实时监测地层特征和钻井参数，可以准确判断储层位置和性质，提前做出相应调整，进一步提高了优质储层的钻遇率。
4结论

通过对钻井提速关键技术、定向钻具组合优化、储层实时追踪等方面的研究，我们发现该技术在缩短钻井周期、减少事故发生率、解决定向工具故障问题和提高优质储层钻遇率方面具有显著优势。综合应用这些技术措施，能够有效提高钻井效率、降低成本，并为深层页岩气水平井的开发提供了可行的技术支持。

参考文献

[1]赵文彬,宋文豪.永川黄202区块页岩气水平井钻井提速对策分析[J].天然气勘探与开发,2023,46(02):127-134.

[2]李兴财.川渝深层页岩气水平井钻完井提速提效技术集成研究与应用[J].内蒙古石油化工,2023,49(01):86-89.

[3]刘伟,朱礼平,潘登雷,周楚坤,梁霄,刘小斌.WR气田深层页岩气钻井提速提效实践与认识[J].天然气技术与经济,2022,16(03):44-50.

[4]贾利春,李枝林,张继川,陶怀志,李雷,黄崇君,魏萧.川南海相深层页岩气水平井钻井关键技术与实践[J].石油钻采工艺,2022,44(02):145-152.