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页岩气水平井固井技术研究
作者：于海杰 吴杰
来源：《农家致富顾问·下半月》2015年第08期
摘 要：通过分析国内外页岩气水平井固井技术，探讨套管下入及居中控制技术、固井水泥浆体系、提高顶替效率技术，提出了提高页岩气水平固井质量的有效途径。 关键词：固井水泥浆体系；套管下入及居中技术；顶替效率技术 研究意义和目的：
作为非常规天然气的一种，页岩气在我国有着丰富的储量和巨大的开发潜力。随着油气勘探开发程度的不断提高和勘探领域的逐步扩大，发现和探明的页岩气含量不断升高，科技的发展使开采成本不断下降，人们越来越重视其战略意义和经济价值。较长的水平井水平段和特殊的增产措施和完井方式，对提高固井质量和有效封固产层提出了挑战。
国内的页岩气勘探开发技术起步较晚，并且多集中于对地质勘探和钻井技术方面的研究，对固井技术研究较少。但是，固井作为页岩气开采中最为重要的环节之一，水平井固井过程中的套管居中，提升钻井液顶替效率及水泥浆和前置液选用问题，是目前开采页岩气必须要解决的[1]。
页岩气固井技术：
页岩气储层具有低渗低孔的性质，储气层中天然裂缝的沟通需要通过高压压裂等增产措施完成，其对固井质量具有很高要求。通过研究国内外页岩气水平井固井技术，分析页岩气水平井固井关键技术，提出提高我国页岩气水平井固井质量的有效途径[3]。 1 套管下入及居中控制技术 1.1 通井彻底
页岩气水平井的井眼质量、井眼轨迹对下套管影响很大，为了提高井眼质量，应对起下钻遇卡井段、遇阻、井斜变化率超标井段仔细划眼通井；在全角变化率大的井段，重复大幅度活动钻具，使岩屑清除彻底，到底后大幅度活动钻具，并且大排量循环钻井液；为了利于套管顺利下入，需要使用满眼钻具组合通井一到两趟，通井管柱刚度需要满足大于套管串刚度的要求[4]。
1.2 套管抬头下套管技术
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水平段中，在套管引鞋与其下方的井壁之间的接触面上具有很大的摩擦阻力。为了使引鞋翘起离开井壁，可以在靠近引鞋的位置固定1-2个刚性扶正器，为了便于套管下入，超长水平段井采用导向型引（浮）鞋。
（3）采用套管漂浮技术。利用漂浮下套管工艺可以降低下放阻力和上提拉力，易于套管下入。将漂浮接箍（图1）与套管柱连接起来，套管内会构成临时屏障，把一定量的空气注入到漂浮接箍以下的套管内，满钻井液充满上面的的部分，用膜密封，钻井液对套管产生很大的浮力，减少其在水平段重力产生的阻力，利于套管顺利下到位。
（4）选用合适扶正器。常规的弹性扶正器会产生较大的下入阻力，因此一般选用螺旋刚性扶正器。井壁不规则的情况下，螺旋扶正器在下套管过程中可对井壁产生横向分力，减轻了阻力；管外部环空中，产生旋流的水泥浆，顶替效率可以显著提高。 2 顶替效率提高技术 2.1 油膜冲洗润湿反转技术
水平井钻井时，采用油基钻井液，以提高钻井机械效率，并且可以防止页岩坍塌，但是在完井固井施工过程中，很难冲洗掉附着在套管壁和井壁上的油膜，从而影响水泥石的胶结质量。化学冲洗液具有表面活性，冲洗液用量满足规定的接触时间（一般为8-10 min），降低切
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力、钻井液黏度，驱替井壁和套管壁上的油膜，形成紊流顶替并且提高水泥石与井壁和套管壁的界面胶结质量。 2.2 活动套管
动套管可以破坏钻井液的静切力，残留在偏心环空窄边一侧的钻井液通过活动套管的方式在注替水泥浆的过程中加以驱除，从而尾管固井质量也得以改善。为了转动管柱，需要用到动力旋转水泥头或旋转动力钳。
2.3 通过有效循环钻井液的方法，使得不规则井眼顶替效率提高
完钻通井时对钻井液进行充分循环，循环排量要足够大，必须满足大于钻进时最大排量的要求，循环次数大于2周，将水平井段沉积和井底的岩屑彻底清洁干净。套管下完后，利用大排量循环钻井液除去套管壁和井壁上形成的虚滤饼，循环次数大于2周，循环排量大于钻进时的1.2-1.5 倍。调整钻井液的性能要在压稳不漏的情况下进行，使固井前形成“三低一薄”的钻井液，即低失水、低粘、低切和薄滤饼，来提高顶替效率。在井下压力条件允许施工要求的情况下，为了确保套管居中度提高顶替效率，要尽可能提高套管与水平段环空内流体的密度差。 3 固井水泥浆系统
页岩气多级压裂是在极短的时间内用极高的速度和压力对岩层和水泥环进行侵彻。水泥石材料成分是非均质的，其中常含有孔隙、泵注时形成的微裂纹及未被水化的水泥颗粒。水泥石材料比较脆，抗拉强度较低。具有缺陷的水泥环在冲击载荷作用下，其断裂韧性和抗拉强度会明显降低，更易被破坏。具有低失水、零析水、高沉降稳定性、良好的流变性、短过渡时间与短稠化时间，并具有一定的触变性的水泥浆可以很好的保证水平固井质量。
（1）水泥浆稳定性是用来评价水泥浆沉降稳定性的，它是评价水平井固井水泥浆性能要求的重要指标之一。如果水泥浆沉降稳定性差，在水平段套管的下侧会聚结水泥颗粒沉淀，破坏水泥浆性能，同时降低水泥浆密度和凝固后的水泥石强度，层间封隔失败，形成油水气通道，固井质量下降。因此，要对水泥浆沉降稳定性进行实验测量，水泥石密度差不得大于0.03 g/cm3。
（2）在配备水平井水泥浆时，水泥浆要具有良好的流变性能，提高水泥浆顶替效率，降低紊流顶替排量。
（3）水泥浆游离液含量要满足要求。水泥浆游离液含量为1%时，1 mm左右的游离液会聚集在水泥环上部，形成油气水通道，造成地层与水泥环及套管间的封隔失败。为满足对水平井水泥浆游离液的要求，API标准规定，在45°斜放方式时水泥浆自由液测得量为零。
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（4）水泥浆的失水量要足够小。通常情况下，随着水泥浆失水量的减少，游离液析出量也随之减少，水泥浆就会越稳定。在水平井固井中，一般要满足水泥浆API失水不得大于50 mL的要求。 4 结论与建议
页岩气水平固井是一项非常复杂的工程，为了提高固井质量，需要设计合理的井眼轨迹并严格控制施工精度，提高钻井液顶替效率，选用合适的水泥浆。此外还应该考虑工具的可靠性，从优化设计、水平管结构、过程控制等方面做进一步的研究。 参考文献：
[1]雷鹏飞，韩继勇。页岩气水平固井技术研究（D）. 西安：西安石油大学硕士学位 论文，2014
[2]刘伟，陶谦，丁士东.页岩气水平井固井技术难点分析与对策[J].石油钻采工艺，2012，34（3）：40-43
[3]辜涛等.页岩气水平井固井技术研究进展[J].钻井液与完井液，2013，30（4）：75-80 [4]闫联国周玉仓.彭页HF-1页岩气井水平段固井技术[J].石油钻探技术201240447-51
