页岩气钻完井技术

第1章页岩气藏钻井技术特点及关键技术001

1.1页岩气藏的特点003

1.2页岩气钻完井技术现状004

1.3页岩气钻井技术特点与难点007

1.4页岩气钻井关键技术010

1.4.1井壁稳定技术010

1.4.2井眼轨迹优化设计和控制技术011

1.4.3下套管与固井技术012

1.4.4降摩阻技术018

1.4.5井眼清洗技术018

1.4.6优化钻具组合019

1.4.7完井技术019

1.5水平井对页岩气开发的重要性021

1.5.1水平井对页岩气开发的必要性021

1.5.2水平井开发现状和开发效果022

1.6页岩气水平井分类022

1.6.1单个水平井022

1.6.2丛式水平井024

1.6.3多分支井025

1.6.4大位移水平井026

1.7页岩气水平井的钻井难点032

1.7.1页岩气藏井壁垮塌严重032

1.7.2岩屑床的存在032

1.7.3页岩气水平井钻井难点033

1.8页岩气水平井关键技术034

第2章页岩气井钻井设计037

2.1钻井设计包括的内容038

2.2钻井设计的考虑因素038

2.3井身结构设计039

2.4丛式井设计039

2.5水平井设计042

2.5.1水平井设计原则042

2.5.2水平井设计流程043

2.5.3水平井井眼轨迹设计045

2.5.4钻具组合设计050

2.5.5钻井液设计050

2.5.6固井与完井设计051

2.6欠平衡与气体钻井设计052

2.7测量要求052

VVI第3章钻头与钻具组合053

3.1钻头优选054

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《页岩气钻完井技术》主要从页岩气井钻井设计、钻头与钻具组合、欠平衡压力钻井、井壁稳定性与控制技术、钻井液与储层保护、井眼轨迹测量与控制、水平井降摩减阻工艺和工具、固井与完井、钻井井控技术、弃井工艺和技术、页岩气开发的降本增效等方面，系统介绍页岩气水平井钻完井技术。

《中国能源新战略——页岩气出版工程》包括页岩气地质理论与勘探评价、页岩气地球物理勘探方法与技术、页岩气开发工程与技术、页岩气技术经济与环境政策等4卷20分册。丛书对页岩气产业链相关理论、方法及技术等进行了全面系统的梳理、阐述与讨论。

《川渝地区页岩气水平井钻完井技术》立足于我国西南川渝地区页岩气开发所面临的地面地理位置和环境，以及地下实际工况和技术，以页岩气开发的全过程为线索，重点介绍了川渝地区页岩气开发的一整套较为成熟的技术。

《川渝地区页岩气水平井钻完井技术》分为4章，其内容包括页岩气钻前工程技术、页岩气钻井工程技术、页岩气工厂化施工和页岩气储层改造技术等。

《川渝地区页岩气水平井钻完井技术》可供从事页岩气开发的工程技术人员、管理人员以及高等院校相关专业师生参考。

下面不同种类的完井方法提供了各种不同有效程度地控制油层的完井方式。这其中一些是基本的，一些是复杂的。完井方法的选择必须符合生产限制条件和储层特性。完井方式也要依据岩石强度、堵水堵气要求、预期流动率、完井寿命、页岩的活动性和稳定性、颗粒排序和纹理的影响。

井筒稳定是主要的考虑因素。对于夹层形式，砾石充填挤压成型并且稳定砾石。对于颗粒排序良好的非夹层形式，如果不考虑完井寿命，或者油井正在以高流动率生产，一般考虑非砾石充填完井就足够了。

现今可以选择的胶结地层的完井方式如下：

裸眼完井

裸眼完井用于油井生产时不会坍塌的稳定胶结地层。此时应对水锥进和气锥进的趋势进行认真研究，因为这种完井设计允许无预防性的意料之外产生的水或气的阻断。

预钻或割缝衬管完井

当考虑井筒稳定性或者需要考虑出砂的时候，我们一般用割缝衬管。割缝衬管或者带眼衬管直接放在裸眼里或者悬挂在生产套管上。另外，如果地层构造中有反应性页岩，衬管是一种合适的防止井眼脱落或者坍塌的选择。

在固结地层结构中，预钻衬管通常代替割缝衬管使用。预钻或割缝衬管完井。只有在预期没有增产并且不用考虑不包括有害的诸如水或气的流体的时候，可以考虑用预钻或割缝衬管完井。

裸眼筛管带管外封隔器完井

套管封隔器通常用于在无水泥封固的裸眼完井中的不同流体类型或者压力之间形成一个有效的环形密封。当区域需要隔离时，这种完井方式相比衬管完井是一种改进。套管封隔器涨封后密封井眼内径，作为衬管整体的一部分使用。可以用水，泥浆或水泥使其膨胀。当正常膨胀的时候，分割器可以提供一个有效的密封环境用于选择性生产，增产或者其它的注水目的。套管封隔器一般与割缝衬管，筛管，预钻筛管或衬管和滑动套筒配合使用。

射孔完井

套管井眼完井定义是在生产层位中衬管或套管被封固来代替射孔封堵。与其它完井方式相比，套管井眼完井方式对井眼的控制和储层的操控程度最高。由于在自然压裂形式下可能存在水泥入侵，套管井眼完井方式一开始时被用于非自然压裂储层。套管井眼完井对于水平井来说可以减少钻井过程中的锥进问题。射孔可以选择性地阻止不需要的流体流入。

预钻衬管和裸眼筛管完井

裸眼筛管完井一般用于需要进行防砂的非固结地层。筛管不需要进行砾石充填来阻止地层砂进入流体中。如果存在不需要的流体，这种完井方式可以结合套管封隔器施工。独立筛管完井可以预充填。预充填筛管实际上是模块化的砾石充填因为有树脂涂敷砾石或者松散砂充填在它们周围来阻止砂通道的形成。如果在水平井中不需要砾石充填那么预充填筛管完井是一种合适的方式。但是，储层要求相对干净，同时地层砂要求非常一致，最好没有细沙粒和平均体积流动率。

裸眼筛管完井

裸眼筛管完井由于在预射孔衬管内工作所以提高了筛管的位置度。这项技术主要用于由于反应性页岩的存在造成的井眼不稳定有防砂要求的疏松岩石。

裸眼筛管砾石充填完井

裸眼筛管砾石充填完井是在筛管和裸眼之间形成砾石充填层。这种完井方式的优点是可维持生产率和完井寿命相比于独立筛管完井。一次成功的水平井砾石充填完井要求井眼干净、稳定并且没有损坏以放置砾石充填筛管。之前滑进井眼中或者在砾石充填的过程中滑入井眼中的反应性页岩是裸眼筛管砾石充填完井的主要阻碍。不稳定的脏井眼会污染砾石，引起油井生产率下降如果储层结构是稳定的，完井过程中不需要考虑防砂，则可以选用预钻衬管裸眼完井方式。

一般来讲，衬管可以在钻井过程中或者钻井完成之后安装。从长远考虑，想检测以后生产过程中的出砂量，那就需要安装预钻衬管。进一步讲，可能出现的水锥进或气锥进问题应该被考虑，如果没有这些问题的话，则推荐用裸眼完井。除了精确地生产控制，如果需要隔离油井中的特殊区域，那么应该用到套管或者尾管，注水泥固井射孔完井。

除了这些完井方式，也可以应用预钻衬管或者割缝衬管配合套管封隔器完井方式。如果考虑储层结构的不稳定，那么首先要考虑是否需要防砂。如果不需要防砂，在钻水平井的过程中需要安装衬管。如果生产过程中存在出砂问题，就需要检查一下地层分布。除去包括油井工作时间、油井生产率、可能存在的水锥进或者气锥进的额外考虑，这里还有三种基本的完井方式：裸眼筛管完井；预钻衬管裸眼完井和独立筛管裸眼筛管砾石充填完井。

裸眼筛管砾石充填完井是近几年发展非常迅速的一项新技术，目前裸眼筛管砾石充填完井综合评价效果最好，优点主要体现为：

①砾石层厚，挡砂效果好。能有效地阻挡底层砂进入井筒，并且挡砂的同时可以避免机械筛管被地层砂堵塞。

②管外充填形成的砾石层渗透率远高于地层原始渗透率，能够获得较低的防砂完井表皮，提高水平井产量。

③射孔炮眼及与筛管环形空间形成较好的砾石充填层，有利于水平井入流剖面均匀，对防止锥进有一定作用。

④防砂有效期长，综合防砂效果好。

水平井随着钻井技术的发展和对油藏认识的提高，已经被广泛应用于各类油藏。随着水平井实施规模的扩大，水平井部署与实施目标将会越来越复杂，对各项技术的依赖程度也会越来越高。水平井钻井技术的成熟应用，地质优化设计和井眼轨迹的跟踪调整，完井设计的优化、合理工作制度、稳油控水措施以及多学科协同管理是应用水平井技术转换稠油开发方式成功的必要条件。

目前国外水平井完井主要采用裸眼完井，适合于碳酸岩盐等坚硬不坍塌地层；割缝衬管完井、带管外封隔器的割缝衬管完井适应于水平段油层非均质性严重或水平段穿越多个层系；射孔完井有利于避开夹层水、底水、气顶，可实施水平段分段射孔、试油注采和选择性增产措施，能将层段分隔开，对于高压油气水层、低压易漏失层能较好的控制曾段之间的窜通。在热采水平井采用提拉预应力固井，水泥反至井口，但要求较高的固井质量和较高的射孔操作技术；砾石充填完井由于其工艺的复杂性目前处于试验开发阶段。

国内水平井完井及采油技术近几年发展较快，但起步晚，完井方式单一，与各类油藏适应性不强。大多采用固井射孔完井，但由于固井质量难以保证，不利于特殊复杂油气藏提高产能和采收率，特别是油田开发后期由于油层压力下降，全井固井完井易造成油层污染，而且施工周期长、费用高。

水平井完井技术工艺结构

套管外封隔器主要由橡胶筒、中心管、阀箍等组成。可直接与套管串连接；橡胶筒是一种带有软金属片叠加成的加强层与橡胶硫化一体的可承受高压的的可膨胀密封元件；阀箍上装有两只断开杆和三个并列串连在一起的控制阀，在施工中阀系可以准确的控制封隔器座封，不会提前座封或由于座封压力过大而胀破胶筒；阀箍中还有过滤装置，确保钻井液中的各种颗粒物不会堵塞阀孔及进液通道。

水平井完井技术工作原理

（1）基本作用原理，根据帕斯卡流体力学原理：“在一个平衡的流体中，由于外部施加的压力而引起分压力在整个流体内部各部分是均匀变化的”。套管外封隔器正是应用这一原理。当封隔器内膨胀到一定压力后，其外部压力（压差）的增减都会引起内部压力的相应变化，外部压差增加封隔器对井壁的密封压力也成比例增加，封隔器的膨胀压力达到一定后就能随着环空压差的变化而变化，封隔器承受环空压差能力与环形间隙大小是成反比关系。

（2）膨胀原理，顶替胶塞通过封隔器中心管及阀接头时将断开杆打断，（如果无胶塞通过应事先将断开杆卸掉），当顶替胶塞碰压或运行到阻流板时，在套管内形成密封并蹩压时，井内流经阀箍的进液孔、滤网，进入锁紧阀，当压力达到设定值时锁紧阀上的销钉被剪断，锁紧阀打开，同时单流阀也打开，井内流体经限压阀进入中心管与胶筒间的膨胀腔内，在压力作用下封隔器膨胀变形与井壁紧密接触形成密封。当膨胀腔内的压力达到一定时，限压阀销钉剪断，限压阀便会关闭，将进液孔堵死，此时套管内压力的大小对封隔器膨胀腔内的压力无任何影响，实现安全密封；当井口放压为零后，锁紧阀自动锁紧，实现永久性关闭，以后的井下的各种压力作业不会影响封隔器的工作状态。

水平井完井技术工艺原理

此项完井技术可用于造斜段须要卡封水层或气层的情况。在完井管柱中将管外封隔器与割缝衬管完井技术结合在一起，根据油藏胶结程度在水平段下入割缝衬管，上部接两级管外封隔器，一级卡封在目的层与上部水层或气层之间的夹层处，另一级封隔器卡封在上层套管内。这种完井方式可以按层段进行作业和生产控制。

水平井完井技术技术特点

（1）适用范围广，可用于各种条件的油气井，如深井、超深井、定向井、水平井及开窗侧钻井，施工操作简便，不改变原施工工艺程序；

（2）专门设计的高强度、高韧性胶筒子在工作时可随井径和井下压差变化而变化，确保环空形成可靠密封桥堵；

（3）先进的控制阀系统能可靠地保护和准确地控制封隔器的安全座封与工作；

（4）具有良好的耐高温性能，耐高温可达 150℃-170℃；

（5）选用高钢级高壁厚中心管及先进的硫化工艺、确保井下长寿命适用；

（6）根据不同井径，设计生产了不同规格不同胶筒直径的工具，以满足各种复杂井的需要。