涪页HF-1页岩气水平井钻井关键技术.pdf

2 0 1 3年第 4 1 卷第 8期 石 油机械 CHI NA P ET R0L E UM MAC HI NE RY ． ． 前 沿技术 涪 页 HF一1页岩气水 平井钻 井关键技术 马庆涛 葛鹏飞 王晓宇 贾江鸿 1 ．中石化胜利石油工程有限公司钻井工艺研究院2 ．中国石油大学 北京石油工程学院 摘要 涪页 HF一1井是一口页岩气预探水平井，在钻井过程 中面临地质不确定因素多、地层 可钻性差、页岩层易坍塌 、井身质量难以控制、机械钻速低及 固井难度大等难题。实际施工 中综 合应用空气锤钻井、油基钻井液和漂浮下套管技术，并在水平段优选钻 头和钻具组合，最终成功 钻达 目的层。介绍 了该井的井身结构和井眼轨迹设计 ，详细描述 了空气锤钻 井和漂浮下套管技术 的应用过程 ，并对钻头的优选和油基钻井液的使用做 了分析说 明，为涪陵 区块 页岩气大规模勘探 开发提供 了指导和借鉴。 关键词 页岩气；水平井；井壁稳定；空气锤钻井 ；油基钻井液；涪页 H F一1井 中图分类号 T E 2 4 3 文献标识码 B d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 1 4 5 7 8 ． 2 0 1 3 ． 0 8 ． 0 2 7 Ke y Te c hn o l o g y o f S ha l e Ga s Ho r i z o n t a l Dr i l l i ng i n W e l l HF 1 o f Fu y e Ma Q i n g t a o G e P e n g f e i Wa n g X i a o y u J i a J i a n g h o n g 1 ． R e s e a r c h I n s t i t u t e o f D r i l l i n g T e c h n o l o g y ，S I N O P E C S h e n g l i P e t r o l e u m E n g i n e e r i n g C o m p a n y 2 ． S c h o o l o f P e t r o l e u m E n g i nee r i n g ，C h i n a U n i v e r s i t y of P e t r o l e u m，B e ij i n g Ab s t r a c t W e l l HF一1 o f F u y e i s a s h a l e g a s ho riz o n t a l wi l dc a t h o l e ． I n t h e p r o c e s s o f d ril l i n g，i t f a c e s s o me p r o bl e ms， s u c h a s ma n y i n d e t e r mi n a t e g e o l o g i c f a c t o r s，p o o r f o r ma t i o n d r i l l a bi l i t y，c o l l a ps i b i l i t y o f s h a l e l a y e r ， d i ffic u l t y i n c o n t r o l o f w e l l b o r e q u a l i t y ， l o w r a t e o f p e n e t r a t i o n R O P a n d g r e a t d i ffic u l t y i n c e m e n t i n g ． I n p r a c t i c a l c o ns t r u c t i o n， c o mp r e he n s i v e u s e o f a i r h a mme r，o i l b a s e d r i l l i n g flu i d a nd fl o a t c a s i n g run n i n g t e c h n o l o g y wa s ma d e ．Dril l i n g b i t a nd d r i l l a s s e mb l y we r e o p t i mi z e d a t h o riz o n t a l s e c t i o n ． Fi n a l l y，t h e t a r g e t l a y e r wa s r e a c h e d S U C c e s s f u l l y ． T h e d e s i g n o f w e l l b o r e s t ruc t u r e a n d h o l e t r a j e c t o r y w a s i n t r o d u c e d i n t h e p a p e r ． T h e a p p l i c a t i o n p r o c e s s o f a i r h a mme r dril l i n g a n d flo a t c a s i n g run ni ng t e c h n o l o gy we r e d e s c r i b e d i n d e t a i l ．T he o p t i mi z a t i o n o f d ril l i n g bi t a n d u s e o f o i l b a s e dril l i n g flu i d we r e a na l y z e d a n d d i s c u s s e d ． Th e s t u d y c a n s e r v e a s a g ui d e a n d r e f e r e n c e t o t h e l a r g e s c a l e e x pl o r a t i o n a n d d e v e l o p me nt o f s h a l e g a s i n F ul i n g Bl o c k ． Ke y wor ds s h a l e g a s； h o r i z o n t a l we l l ； we l l wa l l s t a b i l i t y； a i r h a mme r d ril l i n g； o i l b a s e d ril l i n g flu i d W e l l HF一1 o f F uy e 0 引 言 涪页 H F一1井是 中国石油化工集 团公 司部署 在四川盆地的第 1口页岩气预探水平井 ，以页岩气 勘探的有利层系下侏罗统 自流井组大安寨段页岩层 为 目的层 ，成功钻遇 1 1 3 0 ． 7 5 m页岩气油气显示 ， 展示了 自流井组大安寨段 良好 的页岩气 资源潜力 ， 同时也验证 了水平井技术在开发页岩气方面的适用 性 。该井在钻探过程中面临地质不确定 因素多、 地层可钻性差 、页岩层易坍塌、井身质量要求高、 机械钻速低 、固井难度大等难题 。施工中合理选用 配套技术 ，系统优化工程设计 ，最终成功钻达 目的 层 ，为涪陵区块水平井钻探提供 了依据。 基金项 目中石 化集 团公 司重点科技项 目 “ 非常规油气藏长水平段水平井钻完井技术研究 ” 2 0 1 2 0 2 1 0 9 。 一 1 l 0一 石 油机械 2 0 1 3年第 4 1 卷第 8期 服套管在长水平段水平井中的高摩阻扭矩问题 ，能 够有效防卡 ，保证套管顺利下人 J 。 下套管施工过程 中，生产套管下至技术套管鞋 2 3 0 9 ． 0 6 m处 ，循环 1 周 ，先注入密度 1 ． 5 0 g ／ e ra 的轻浆 1 2 m ，再注入密度 1 ． 7 3 g ／ o n 的重浆 1 0 m 。计算轻浆段长为套管底部 1 0 0 0 m，套管悬重 明显下降，如图 1 所示 ，漂浮效果良好 。出套管鞋 后 1 0根灌浆一次 ，缩短套管 串静止 时间 ，避免遇 卡。水泥浆体系采用胶乳防窜水泥浆体系和常规防 窜水泥浆体系 ，具有较强 的胶结 能力 和防气窜能 力，确保固井质量。 轻 浆注 入过程 图 1 套 管悬重随轻浆注入 过程 的变化 曲线 Fi g ．1 Cu r v e o f c a s i n g ha n g i ng h e a v y c ha ng i ng w i t h l i g h t s l u r r y i n j e c t i o n 5 复杂情况分析 本井在造斜段 出现上部 页岩层垮塌。工程 现 象 钻至 2 3 3 4 ． 1 2 m循环起钻 ，起钻至 2 2 7 0 ． 0 0 m处上提遇卡 ，在 2 2 7 0～ 2 0 1 0 m井段遇卡频繁， 开泵上提及倒划眼过程中振动筛返出大量直径 3～ 4 e m的片状页岩掉 块 ，偶 见直径 1 0 e m左右 的掉 块 。原因分析 上部页岩层长时间浸泡在水基钻井 液中，超过坍塌周期。采取措施 多次通井清砂后 调整井身结构方案 ，提前下入套管封隔，共计耗时 8 5．1 7 h。 涪页 HF一1井复杂地层为凉高山底部 至大安 寨上部 ，岩性主要为页岩层 ，且含夹层 ，容易出现 垮塌。从钻开页岩层至井下出现垮塌 ，施工周期为 2 3 d ，超过页岩层的垮塌周期。因此钻开页岩层后 应加快钻进速度 ，在页岩层垮塌周期 内进行有效封 隔，避免井下 复杂情况 的发 生 。处理坍塌 事故 过程中机械清砂方式效果 明显 ，但应 避免破坏井 壁 ，造成复杂情况加剧 。 6 结论与建议 1 涪页 H F一1 井通过综合应用空气锤钻井 技术、油基钻井液和漂浮下套管技术 ，同时优选钻 头和钻具组合 ，有效提高了机械钻速 ，保证了井身 质量 ，取得较好的钻探效果 ，值得在涪陵区块页岩 气水平井开发 中推广应用 。 2 空气锤钻井兼有气体钻井和冲击 回转钻 井的双重效果 ，具有机械钻速高 、保径能力强以及 能有效防斜纠斜 、保证井身质量等优势，是解决硬 岩钻井难题的一种有效方法。 3 井壁稳定是 页岩气水平井钻井的主要难 题 ，如何保证在页岩层坍塌周期 内快速穿过敏感地 层是解决问题的关键 ，建议钻井过程 中采用油基钻 井液和进 口P D C钻头 。 4 后期压 裂施工对 水平 井井 眼轨迹控制 、 井身质量和固井质量提出了更高的要求 ，钻井过程 中应保证井眼轨迹圆滑，狗腿度小 ，水泥浆胶结质 量好 ，具有较强 的弹性 、韧性和耐久性。 [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 6 ] [ 7 ] 参考文献 黎红胜 ，汪海 阁，纪 国栋 ，等 ．美 国页岩气 勘探 开 发关键技术 [ J ]．石油机械，2 0 1 1 ，3 9 9 7 8 83 ． 韩来聚，周延军，唐志军 ．胜利油田非常规油气优 快钻井技术 [ J ]．石油钻采工艺，2 0 1 2 ，3 4 3 1 11 5． 裴建忠，刘天科 ，周飞，等 ．金平 1 浅层大位移水 平井 钻井技 术 [ J ]．石油 钻探技 术，2 0 0 9 ，3 7 1 8 79 O ． 祁宏郡，闫振来，唐志军，等 ．金平 1井长水平段 水平井 的设计与施工 [ J ]．中外能源，2 0 1 0 ，1 5 25 65 7 ． 罗整 ，徐忠祥，李晓慧，等 ．空气锤钻井技术在气 体钻井中的应用 [ J ]．钻采工艺，2 0 0 7 ，3 0 6 91 0． 1 5． 何振奎 ．泌页 H F 1井油基钻井液技术 [ J ]．石油 钻探技术 ，2 0 1 2 ，4 0 4 3 2 3 7 ． 刘善祯 ． 大位移水平井下套管受力分析及漂浮接箍 设计 [ D ]．东营中国石油大学 华东 ，2 0 0 7 ． 第一作者简介马庆涛，助理工程师，生于 1 9 8 5年， 2 0 1 1 年毕业于中国石油大学 华东油气井工程专业，获 硕士学位，现从事钻井工程设计工作。地址 2 5 7 0 1 7 山东 省东营市。E m a i l q i n g t a o m1 9 8 5 1 6 3 ． c o m。 收稿 日期 2 0 1 3一 O 1 0 7 本文编辑谢守平