導語：頁巖氣鉆探施工鉆進護壁技術分析一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：頁巖氣是指附存于富有機質泥頁巖或高碳泥頁巖及其夾層中，由于有機質的吸附作用，以吸附和游離狀態(tài)為主要存在方式的一種非常規(guī)天然氣。相對于常規(guī)天然氣，由于頁巖氣具有低孔低滲的特點，巖性致密，給頁巖氣的鉆探帶來了難度。為了解決頁巖氣井的鉆探中井壁的穩(wěn)定性差的問題，需采取相應的護壁技術，詳細介紹了鉆井液護壁技術、套管固井護壁技術和其他特種護壁技術。

關鍵詞：頁巖氣鉆探；護壁技術；鉆井液護壁技術；套管固井護壁技術

1概況

中國頁巖氣廣泛存在于海相及陸相沉積盆地中，含氣頁巖層段時代從古生界分布至新生界，儲集層地質條件較為復雜。我國富有機質頁巖TOC含量較北美低，海相頁巖熱演化程度普遍偏高，陸相頁巖則普遍偏低，且含氣量偏低，埋深偏大。地形多為山地、丘陵等復雜地表，構造復雜，受構造條件影響大，發(fā)育斷裂，保存條件較差。

2頁巖氣鉆井鉆進難度

頁巖氣儲層的頁理發(fā)育，具有層理和天然裂隙等薄弱面，非均質性和各向異性強。泥頁巖中一般含有蒙脫石、伊利石、高嶺石、綠泥石等粘土礦物。粘土礦物含量越多，發(fā)生地層坍塌的可能性愈大。蒙托石吸水膨脹率高達90%~100%，而伊利石吸水膨脹率僅有2.5%，混層礦物吸水膨脹率按蒙脫石所占的比例多少而定，比例大者吸水膨脹較大。由于粘土礦物吸水膨脹產生的壓力，若不加以抑制，則會大大的超過巖石的膠結強度極限而引起井塌而帶來井壁穩(wěn)定性差的問題，為了解決頁巖氣井鉆探的井壁穩(wěn)定性差等問題，需采取科學合理的鉆進護壁解決措施，提高頁巖氣井鉆探的質量。

3鉆進護壁技術

頁巖氣鉆探中鉆進護壁技術主要有鉆井液護壁技術、套管固井護壁技術和其他特種護壁技術等。鉆孔護壁技術的選擇通常要根據(jù)頁巖氣鉆進過程中鉆遇不穩(wěn)定地層的類型以及需要護壁的位置所處鉆孔深度等幾個方面進行綜合考慮，有時還要采用多種護壁技術組合以保證鉆孔能繼續(xù)實施。3.1鉆井液護壁技術。鉆井液護壁就是在充滿水和膨潤土以及CMC等其他外加劑的混合液情況下，由于鉆井液對孔壁產生的靜壓力而在孔壁上形成的泥皮，可以有效地防止孔壁坍塌或剝落，并維持鉆孔的形狀不變。鉆井液還具有攜渣和冷卻、潤滑鉆具的作用。（1）破碎不穩(wěn)定地層護壁。地層出現(xiàn)松散破碎等情況，采用雙聚防塌鉆井液體系。備用堵漏材料（如鋸末等隋性堵漏材料）、加重材料（重晶石）、稀釋劑及潤滑劑等材料。雙聚防塌鉆井液配方：清水+0.1%~0.2%燒堿+3%~5%膨潤土+0.8%~1.5%降失水劑（GPNH）+1%~2%防塌型隨鉆堵漏劑（GPC）+0.3%~0.6%增粘劑（GTQ）+0.2%~0.3%包被劑（GBBJ）；鉆井液性能：漏斗粘度25~35s；密度1.02~1.05g/cm3（密度根據(jù)現(xiàn)場需要調整）；API濾失量6~10mL；泥皮不大于0.3mm；pH值8~10。（2）水敏性地層護壁。水敏性地層主要指遇水膨脹和分散地層。該類地層可以采用成膜防塌鉆井液體系。該鉆井液可在孔壁形成隔水膜，能有效抑制水敏性地層吸水膨脹與分散，具有較強粘接性，有利于松散破碎地層孔壁穩(wěn)定，同時有利于保護巖芯和提高巖芯采取率。成膜防塌鉆井液配方：水+5%成膜A劑+0%~5%成膜B劑+0.3%~0.8%增粘劑（GTQ）+1%~2%改性瀝青防塌劑（GLA）+2%~3%封堵劑（GFD-1）+0.2%~0.3%包被劑（GBBJ）。3.2套管固井護壁技術。3.2.1套管固井護壁技術。套管固井護壁技術是鉆探施工最有效和最可靠的鉆井護壁方案之一，頁巖氣鉆探施工所用套管有井口管、技術套管、生產套管。除生產套管以外，其他套管均起到穩(wěn)定井壁，保證順利施工的作用。3.2.2固井技術。（1）影響水泥漿設計的因素。影響水泥漿設計的因素包括：井深、鉆井液液柱壓力、水泥漿粘度與水灰比、井溫、可泵時間及稠化時間、支持套管柱所需的水泥強度、鉆井液及其處理劑類型、水泥漿密度等。（2）水泥漿體系選擇：①表層套管：常規(guī)水泥漿配方：G級油井水泥+2.5%降失水劑+1.3%分散劑+0.1%消泡劑+44%水。②技術套管：常規(guī)水泥漿配方：G級油井水泥+2.5%降失水劑+1.5%分散劑+0.1%消泡劑+44%水。③生產套管：領漿低密度韌性防氣竄水泥漿配方：G級油井水泥+20%漂珠+15%微硅+4.0%彈性材料+5.0%防氣竄劑+4.0%液硅+4.0%降失水劑+1.5%分散劑+0.1%消泡劑+58%水；尾漿韌性防氣竄水泥漿配方：G級油井水泥+5.0%防氣竄劑+4.0%彈性材料+1.0%液硅+4.0%降失水劑+1.5%分散劑+0.1%消泡劑+44%水。（3）水泥漿性能要求。水泥漿性能要求推薦數(shù)值，見表1。（4）固井施工工藝措施。①對于鉆孔存在漏失的井段，在下套管前應進行漏失段堵漏，使地層有足夠承壓能力保證固井施工時不發(fā)生漏失。②注水泥漿之前，現(xiàn)場取樣，進行水泥漿稠化時間、相容性復核試驗，確保注水泥漿施工安全、順利。③下完套管到井底后，充分循環(huán)鉆井液，鉆井液性能應達到注水泥要求。④推薦采用大泵紊流頂替鉆井液，排量不低于鉆進排量。達不到紊流時，應注入足量的前導低密度水泥漿，盡量降低領漿密度，以降低漏失風險。⑤注水泥必須按照設計進行，確保連續(xù)施工。水泥漿和前置液注入量、注替排量、水泥漿密度和性能必須達到設計要求。水泥漿密度應保持均勻，平均密度與設計密度誤差不超過±0.02g/cm3。⑥注水泥期間，專人專崗觀察井口鉆井液返出情況，分析判斷井下情況。⑦固井碰壓后，穩(wěn)壓2~3min后泄壓，如回壓閥密封好，則敞壓候凝；否則，需關井憋壓候凝，管內外靜液柱壓差2~3MPa，并派專人按要求放壓。3.3其他特種護壁技術。其他特種護壁技術包括注水泥護壁技術、膨脹套管護壁技術等，本文主要闡述一下膨脹套管護壁技術。近些年來膨脹管技術呈現(xiàn)快速發(fā)展，膨脹套管護壁技術主要包括膨脹實體套管技術、膨脹波紋管技術和膨脹有縫管技術。膨脹套管護壁技術采用多瓣梅花型薄壁波紋管成形技術、小口徑膨脹波紋管懸掛錨固技術及小口徑多根膨脹管對接技術，能在有效封隔漏失、縮徑、坍塌等復雜情況地層的同時不損失井眼直徑。與常規(guī)的套管不同，膨脹管從上層套管中下入、膨脹后，坍塌、掉塊的復雜地層被膨脹管隔離，隨后可用與膨脹管下入前的同樣直徑的鉆頭繼續(xù)鉆進。使用膨脹套管技術，鉆遇頁巖氣不穩(wěn)定地層時，在鉆穿該層位后，下入膨脹套管，既穩(wěn)定了孔壁，又簡化了鉆孔結構，套管層次可大大減少。

4結論與認識

通過對頁巖氣鉆井中坍塌、掉塊等難點問題，分析推薦了鉆井液護壁技術、套管固井護壁技術和膨脹套管護壁技術，合理利用護壁技術，可提高頁巖氣井鉆探的效率。①鉆井液護壁技術，針對頁巖氣鉆井工藝和地層特點，選擇合理的鉆井液體系和性能參數(shù)，做好現(xiàn)場鉆井液管理和維護調整工作，確保井壁穩(wěn)定和工程質量。②套管護壁是鉆探施工最有效和最可靠的鉆井護壁方案之一，固井質量也是保證套管護壁效果的關鍵技術?？茖W合理地設計水泥漿配比和套管結構，采取有效的工藝技術措施，提高固井質量。③膨脹套管護壁技術具有可以解決多種類型鉆井的孔內井壁不穩(wěn)定事故的能力，可為我國頁巖氣等非常規(guī)能源的鉆探開發(fā)提供了更加可靠的護壁技術。

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作者:劉文武 郭坤 馮美貴 單位:北京探礦工程研究所