頁巖氣鉆完井技術(shù)

第1章頁巖氣藏鉆井技術(shù)特點及關(guān)鍵技術(shù)001

1.1頁巖氣藏的特點003

1.2頁巖氣鉆完井技術(shù)現(xiàn)狀004

1.3頁巖氣鉆井技術(shù)特點與難點007

1.4頁巖氣鉆井關(guān)鍵技術(shù)010

1.4.1井壁穩(wěn)定技術(shù)010

1.4.2井眼軌跡優(yōu)化設(shè)計和控制技術(shù)011

1.4.3下套管與固井技術(shù)012

1.4.4降摩阻技術(shù)018

1.4.5井眼清洗技術(shù)018

1.4.6優(yōu)化鉆具組合019

1.4.7完井技術(shù)019

1.5水平井對頁巖氣開發(fā)的重要性021

1.5.1水平井對頁巖氣開發(fā)的必要性021

1.5.2水平井開發(fā)現(xiàn)狀和開發(fā)效果022

1.6頁巖氣水平井分類022

1.6.1單個水平井022

1.6.2叢式水平井024

1.6.3多分支井025

1.6.4大位移水平井026

1.7頁巖氣水平井的鉆井難點032

1.7.1頁巖氣藏井壁垮塌嚴(yán)重032

1.7.2巖屑床的存在032

1.7.3頁巖氣水平井鉆井難點033

1.8頁巖氣水平井關(guān)鍵技術(shù)034

第2章頁巖氣井鉆井設(shè)計037

2.1鉆井設(shè)計包括的內(nèi)容038

2.2鉆井設(shè)計的考慮因素038

2.3井身結(jié)構(gòu)設(shè)計039

2.4叢式井設(shè)計039

2.5水平井設(shè)計042

2.5.1水平井設(shè)計原則042

2.5.2水平井設(shè)計流程043

2.5.3水平井井眼軌跡設(shè)計045

2.5.4鉆具組合設(shè)計050

2.5.5鉆井液設(shè)計050

2.5.6固井與完井設(shè)計051

2.6欠平衡與氣體鉆井設(shè)計052

2.7測量要求052

VVI第3章鉆頭與鉆具組合053

3.1鉆頭優(yōu)選054

……2100433B

《頁巖氣鉆完井技術(shù)》主要從頁巖氣井鉆井設(shè)計、鉆頭與鉆具組合、欠平衡壓力鉆井、井壁穩(wěn)定性與控制技術(shù)、鉆井液與儲層保護、井眼軌跡測量與控制、水平井降摩減阻工藝和工具、固井與完井、鉆井井控技術(shù)、棄井工藝和技術(shù)、頁巖氣開發(fā)的降本增效等方面，系統(tǒng)介紹頁巖氣水平井鉆完井技術(shù)。

《中國能源新戰(zhàn)略——頁巖氣出版工程》包括頁巖氣地質(zhì)理論與勘探評價、頁巖氣地球物理勘探方法與技術(shù)、頁巖氣開發(fā)工程與技術(shù)、頁巖氣技術(shù)經(jīng)濟與環(huán)境政策等4卷20分冊。叢書對頁巖氣產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)理論、方法及技術(shù)等進(jìn)行了全面系統(tǒng)的梳理、闡述與討論。

《川渝地區(qū)頁巖氣水平井鉆完井技術(shù)》立足于我國西南川渝地區(qū)頁巖氣開發(fā)所面臨的地面地理位置和環(huán)境，以及地下實際工況和技術(shù)，以頁巖氣開發(fā)的全過程為線索，重點介紹了川渝地區(qū)頁巖氣開發(fā)的一整套較為成熟的技術(shù)。

《川渝地區(qū)頁巖氣水平井鉆完井技術(shù)》分為4章，其內(nèi)容包括頁巖氣鉆前工程技術(shù)、頁巖氣鉆井工程技術(shù)、頁巖氣工廠化施工和頁巖氣儲層改造技術(shù)等。

《川渝地區(qū)頁巖氣水平井鉆完井技術(shù)》可供從事頁巖氣開發(fā)的工程技術(shù)人員、管理人員以及高等院校相關(guān)專業(yè)師生參考。

下面不同種類的完井方法提供了各種不同有效程度地控制油層的完井方式。這其中一些是基本的，一些是復(fù)雜的。完井方法的選擇必須符合生產(chǎn)限制條件和儲層特性。完井方式也要依據(jù)巖石強度、堵水堵氣要求、預(yù)期流動率、完井壽命、頁巖的活動性和穩(wěn)定性、顆粒排序和紋理的影響。

井筒穩(wěn)定是主要的考慮因素。對于夾層形式，礫石充填擠壓成型并且穩(wěn)定礫石。對于顆粒排序良好的非夾層形式，如果不考慮完井壽命，或者油井正在以高流動率生產(chǎn)，一般考慮非礫石充填完井就足夠了。

現(xiàn)今可以選擇的膠結(jié)地層的完井方式如下：

裸眼完井

裸眼完井用于油井生產(chǎn)時不會坍塌的穩(wěn)定膠結(jié)地層。此時應(yīng)對水錐進(jìn)和氣錐進(jìn)的趨勢進(jìn)行認(rèn)真研究，因為這種完井設(shè)計允許無預(yù)防性的意料之外產(chǎn)生的水或氣的阻斷。

預(yù)鉆或割縫襯管完井

當(dāng)考慮井筒穩(wěn)定性或者需要考慮出砂的時候，我們一般用割縫襯管。割縫襯管或者帶眼襯管直接放在裸眼里或者懸掛在生產(chǎn)套管上。另外，如果地層構(gòu)造中有反應(yīng)性頁巖，襯管是一種合適的防止井眼脫落或者坍塌的選擇。

在固結(jié)地層結(jié)構(gòu)中，預(yù)鉆襯管通常代替割縫襯管使用。預(yù)鉆或割縫襯管完井。只有在預(yù)期沒有增產(chǎn)并且不用考慮不包括有害的諸如水或氣的流體的時候，可以考慮用預(yù)鉆或割縫襯管完井。

裸眼篩管帶管外封隔器完井

套管封隔器通常用于在無水泥封固的裸眼完井中的不同流體類型或者壓力之間形成一個有效的環(huán)形密封。當(dāng)區(qū)域需要隔離時，這種完井方式相比襯管完井是一種改進(jìn)。套管封隔器漲封后密封井眼內(nèi)徑，作為襯管整體的一部分使用。可以用水，泥漿或水泥使其膨脹。當(dāng)正常膨脹的時候，分割器可以提供一個有效的密封環(huán)境用于選擇性生產(chǎn)，增產(chǎn)或者其它的注水目的。套管封隔器一般與割縫襯管，篩管，預(yù)鉆篩管或襯管和滑動套筒配合使用。

射孔完井

套管井眼完井定義是在生產(chǎn)層位中襯管或套管被封固來代替射孔封堵。與其它完井方式相比，套管井眼完井方式對井眼的控制和儲層的操控程度最高。由于在自然壓裂形式下可能存在水泥入侵，套管井眼完井方式一開始時被用于非自然壓裂儲層。套管井眼完井對于水平井來說可以減少鉆井過程中的錐進(jìn)問題。射孔可以選擇性地阻止不需要的流體流入。

預(yù)鉆襯管和裸眼篩管完井

裸眼篩管完井一般用于需要進(jìn)行防砂的非固結(jié)地層。篩管不需要進(jìn)行礫石充填來阻止地層砂進(jìn)入流體中。如果存在不需要的流體，這種完井方式可以結(jié)合套管封隔器施工。獨立篩管完井可以預(yù)充填。預(yù)充填篩管實際上是模塊化的礫石充填因為有樹脂涂敷礫石或者松散砂充填在它們周圍來阻止砂通道的形成。如果在水平井中不需要礫石充填那么預(yù)充填篩管完井是一種合適的方式。但是，儲層要求相對干凈，同時地層砂要求非常一致，最好沒有細(xì)沙粒和平均體積流動率。

裸眼篩管完井

裸眼篩管完井由于在預(yù)射孔襯管內(nèi)工作所以提高了篩管的位置度。這項技術(shù)主要用于由于反應(yīng)性頁巖的存在造成的井眼不穩(wěn)定有防砂要求的疏松巖石。

裸眼篩管礫石充填完井

裸眼篩管礫石充填完井是在篩管和裸眼之間形成礫石充填層。這種完井方式的優(yōu)點是可維持生產(chǎn)率和完井壽命相比于獨立篩管完井。一次成功的水平井礫石充填完井要求井眼干凈、穩(wěn)定并且沒有損壞以放置礫石充填篩管。之前滑進(jìn)井眼中或者在礫石充填的過程中滑入井眼中的反應(yīng)性頁巖是裸眼篩管礫石充填完井的主要阻礙。不穩(wěn)定的臟井眼會污染礫石，引起油井生產(chǎn)率下降如果儲層結(jié)構(gòu)是穩(wěn)定的，完井過程中不需要考慮防砂，則可以選用預(yù)鉆襯管裸眼完井方式。

一般來講，襯管可以在鉆井過程中或者鉆井完成之后安裝。從長遠(yuǎn)考慮，想檢測以后生產(chǎn)過程中的出砂量，那就需要安裝預(yù)鉆襯管。進(jìn)一步講，可能出現(xiàn)的水錐進(jìn)或氣錐進(jìn)問題應(yīng)該被考慮，如果沒有這些問題的話，則推薦用裸眼完井。除了精確地生產(chǎn)控制，如果需要隔離油井中的特殊區(qū)域，那么應(yīng)該用到套管或者尾管，注水泥固井射孔完井。

除了這些完井方式，也可以應(yīng)用預(yù)鉆襯管或者割縫襯管配合套管封隔器完井方式。如果考慮儲層結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定，那么首先要考慮是否需要防砂。如果不需要防砂，在鉆水平井的過程中需要安裝襯管。如果生產(chǎn)過程中存在出砂問題，就需要檢查一下地層分布。除去包括油井工作時間、油井生產(chǎn)率、可能存在的水錐進(jìn)或者氣錐進(jìn)的額外考慮，這里還有三種基本的完井方式：裸眼篩管完井；預(yù)鉆襯管裸眼完井和獨立篩管裸眼篩管礫石充填完井。

裸眼篩管礫石充填完井是近幾年發(fā)展非常迅速的一項新技術(shù)，目前裸眼篩管礫石充填完井綜合評價效果最好，優(yōu)點主要體現(xiàn)為：

①礫石層厚，擋砂效果好。能有效地阻擋底層砂進(jìn)入井筒，并且擋砂的同時可以避免機械篩管被地層砂堵塞。

②管外充填形成的礫石層滲透率遠(yuǎn)高于地層原始滲透率，能夠獲得較低的防砂完井表皮，提高水平井產(chǎn)量。

③射孔炮眼及與篩管環(huán)形空間形成較好的礫石充填層，有利于水平井入流剖面均勻，對防止錐進(jìn)有一定作用。

④防砂有效期長，綜合防砂效果好。

水平井隨著鉆井技術(shù)的發(fā)展和對油藏認(rèn)識的提高，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于各類油藏。隨著水平井實施規(guī)模的擴大，水平井部署與實施目標(biāo)將會越來越復(fù)雜，對各項技術(shù)的依賴程度也會越來越高。水平井鉆井技術(shù)的成熟應(yīng)用，地質(zhì)優(yōu)化設(shè)計和井眼軌跡的跟蹤調(diào)整，完井設(shè)計的優(yōu)化、合理工作制度、穩(wěn)油控水措施以及多學(xué)科協(xié)同管理是應(yīng)用水平井技術(shù)轉(zhuǎn)換稠油開發(fā)方式成功的必要條件。

目前國外水平井完井主要采用裸眼完井，適合于碳酸巖鹽等堅硬不坍塌地層；割縫襯管完井、帶管外封隔器的割縫襯管完井適應(yīng)于水平段油層非均質(zhì)性嚴(yán)重或水平段穿越多個層系；射孔完井有利于避開夾層水、底水、氣頂，可實施水平段分段射孔、試油注采和選擇性增產(chǎn)措施，能將層段分隔開，對于高壓油氣水層、低壓易漏失層能較好的控制曾段之間的竄通。在熱采水平井采用提拉預(yù)應(yīng)力固井，水泥反至井口，但要求較高的固井質(zhì)量和較高的射孔操作技術(shù)；礫石充填完井由于其工藝的復(fù)雜性目前處于試驗開發(fā)階段。

國內(nèi)水平井完井及采油技術(shù)近幾年發(fā)展較快，但起步晚，完井方式單一，與各類油藏適應(yīng)性不強。大多采用固井射孔完井，但由于固井質(zhì)量難以保證，不利于特殊復(fù)雜油氣藏提高產(chǎn)能和采收率，特別是油田開發(fā)后期由于油層壓力下降，全井固井完井易造成油層污染，而且施工周期長、費用高。

水平井完井技術(shù)工藝結(jié)構(gòu)

套管外封隔器主要由橡膠筒、中心管、閥箍等組成?？芍苯优c套管串連接；橡膠筒是一種帶有軟金屬片疊加成的加強層與橡膠硫化一體的可承受高壓的的可膨脹密封元件；閥箍上裝有兩只斷開桿和三個并列串連在一起的控制閥，在施工中閥系可以準(zhǔn)確的控制封隔器座封，不會提前座封或由于座封壓力過大而脹破膠筒；閥箍中還有過濾裝置，確保鉆井液中的各種顆粒物不會堵塞閥孔及進(jìn)液通道。

水平井完井技術(shù)工作原理

（1）基本作用原理，根據(jù)帕斯卡流體力學(xué)原理：“在一個平衡的流體中，由于外部施加的壓力而引起分壓力在整個流體內(nèi)部各部分是均勻變化的”。套管外封隔器正是應(yīng)用這一原理。當(dāng)封隔器內(nèi)膨脹到一定壓力后，其外部壓力（壓差）的增減都會引起內(nèi)部壓力的相應(yīng)變化，外部壓差增加封隔器對井壁的密封壓力也成比例增加，封隔器的膨脹壓力達(dá)到一定后就能隨著環(huán)空壓差的變化而變化，封隔器承受環(huán)空壓差能力與環(huán)形間隙大小是成反比關(guān)系。

（2）膨脹原理，頂替膠塞通過封隔器中心管及閥接頭時將斷開桿打斷，（如果無膠塞通過應(yīng)事先將斷開桿卸掉），當(dāng)頂替膠塞碰壓或運行到阻流板時，在套管內(nèi)形成密封并蹩壓時，井內(nèi)流經(jīng)閥箍的進(jìn)液孔、濾網(wǎng)，進(jìn)入鎖緊閥，當(dāng)壓力達(dá)到設(shè)定值時鎖緊閥上的銷釘被剪斷，鎖緊閥打開，同時單流閥也打開，井內(nèi)流體經(jīng)限壓閥進(jìn)入中心管與膠筒間的膨脹腔內(nèi)，在壓力作用下封隔器膨脹變形與井壁緊密接觸形成密封。當(dāng)膨脹腔內(nèi)的壓力達(dá)到一定時，限壓閥銷釘剪斷，限壓閥便會關(guān)閉，將進(jìn)液孔堵死，此時套管內(nèi)壓力的大小對封隔器膨脹腔內(nèi)的壓力無任何影響，實現(xiàn)安全密封；當(dāng)井口放壓為零后，鎖緊閥自動鎖緊，實現(xiàn)永久性關(guān)閉，以后的井下的各種壓力作業(yè)不會影響封隔器的工作狀態(tài)。

水平井完井技術(shù)工藝原理

此項完井技術(shù)可用于造斜段須要卡封水層或氣層的情況。在完井管柱中將管外封隔器與割縫襯管完井技術(shù)結(jié)合在一起，根據(jù)油藏膠結(jié)程度在水平段下入割縫襯管，上部接兩級管外封隔器，一級卡封在目的層與上部水層或氣層之間的夾層處，另一級封隔器卡封在上層套管內(nèi)。這種完井方式可以按層段進(jìn)行作業(yè)和生產(chǎn)控制。

水平井完井技術(shù)技術(shù)特點

（1）適用范圍廣，可用于各種條件的油氣井，如深井、超深井、定向井、水平井及開窗側(cè)鉆井，施工操作簡便，不改變原施工工藝程序；

（2）專門設(shè)計的高強度、高韌性膠筒子在工作時可隨井徑和井下壓差變化而變化，確保環(huán)空形成可靠密封橋堵；

（3）先進(jìn)的控制閥系統(tǒng)能可靠地保護和準(zhǔn)確地控制封隔器的安全座封與工作；

（4）具有良好的耐高溫性能，耐高溫可達(dá) 150℃-170℃；

（5）選用高鋼級高壁厚中心管及先進(jìn)的硫化工藝、確保井下長壽命適用；

（6）根據(jù)不同井徑，設(shè)計生產(chǎn)了不同規(guī)格不同膠筒直徑的工具，以滿足各種復(fù)雜井的需要。