研究长宁—威远页岩气示范区水平井固井技术

摘 要:页岩气属于致密性的非常规气藏,资源储藏非常丰富,但是页岩气储层大多数处于低孔低渗的状态,必须通过压裂来增加产量,所以固井技术的应用非常重要。通过介绍我国长宁-威远页岩气示范区水平井固井技术的应用,分析了固井时的难点和固井需要用到的关键技术,希
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  摘 要:页岩气属于致密性的非常规气藏,资源储藏非常丰富,但是页岩气储层大多数处于低孔低渗的状态,必须通过压裂来增加产量,所以固井技术的应用非常重要。通过介绍我国长宁-威远页岩气示范区水平井固井技术的应用,分析了固井时的难点和固井需要用到的关键技术,希望能提升我国页岩气水平井的固井技术水平,提高页岩气资源的开采量。
  关键词:页岩气;水平井;固井技术;井筒密封性
  中图分类号:TE256 文献标识码:A DOI:10.15913/j.cnki.kjycx.2016.02.139
  页岩气是一种非常规的天然气,在我国的储量非常大。页岩气在存储空间和生成方式上都与常规油气不同,孔隙度和渗透率都非常低,所以为了提高页岩气的开采效率,必须对其进行压裂。由于页岩气水平井的水平段都比较长,所以要分段压裂,这就要求提高固井的质量,保证页岩气开采的安全,提高水平井的顶替效率,并增加体积压裂时页岩气井筒的密封性。
  1 示范区的工程概况
  长宁-威远页岩气示范区的开采层位于龙马溪组,现完井的深度已超过3 500 m,垂直深度超过2 400 m,开采的水平段长度在1 000 m以上。页岩层具有岩脆性与水敏性,所以在多开采层钻进时,需要使用高密度的合成基钻井液来保证井筒的稳定性。该示范区固井的主要难题就是如何使高密度合成基钻井液在水平井钻进时发挥高效的胶结作用,保证分段压裂时井筒的安全性。
  2 页岩气水平井固井的目的和流程
  2.1 固井目的
  页岩气水平井固井主要是为了隔封页岩气的地层,固定开采的井眼,保证井内密封性的良好,使水平井后期的钻进和增产开采等工作更加安全。固井是水平井建井时非常重要的一个环节,所以固井的质量非常重要,会对水平井未来的开采速度、使用寿命和开采成本等产生很大的影响。
  页岩气水平井的固井作业是一项系统工程,涉及到地质、石油、化学、流体力学等多个学科的知识,需要各个部门共同参与。在固井之前,还要充分准备好下入的钢管、管套、水泥等。固井作业的施工时间比较短,是一项技术性非常强的工作,而且固井工作全部是在井下完成,隐蔽性比较高,不能直接检查和观测固井流程,无法预知一些未知事故的发生。固井作业的费用非常高,占到整个钻井费用的1/3左右。由于其是一项一次性的工程,所以必须保证固井质量——如果首次固井没有达到规定的标准,便很难再补救,会在后期的开采过程中出现窜层现象,影响开采效率。
  2.2 固井流程
  在固井作业开始之前,要将管套深入到设计深度,安装好水泥头,形成钻井液的循环。管套深入完成后,在注入水泥浆之前,要先注入隔离液,并打开下胶塞的挡销。注浆完成后,把上胶塞的挡销打开,注入代替水泥浆的钻井液,直到上胶塞与下胶塞碰压到一起,才算完成此次注浆工作。当井筒内的水泥浆完全凝固后,才能开始后续步骤的施工,所以要等待24~72 h的凝固时间,也称候凝时间。候凝时间根据水泥浆的凝固强度而变化,候凝完成后,开始检测固井的质量。
  3 页岩气水平井固井技术的关键点
  3.1 套管下入的居中控制
  由于页岩气的水平井并不是完全水平的状态,存在部分井眼曲率较大的井段,所以套管在下入的过程中难免会受到井内重力和摩擦力的相互作用,导致套管弯曲,而且随着井内弯度的逐渐加大,套管的摩擦阻力也会明显变大,限制了套管的下入,使套管很难下入到预先设计的位置。套管下入时,摩擦阻力的影响会使套管变形,所以对套管的居中控制产生了影响。套管的居中度越低,最终的顶替效率越低,固井的质量就越差,所以为了保证套管下入的居中控制,要安装扶正器。扶正器的安装密度越大,套管下入的居中度就越高,同时施工工序也会变得越复杂,所以要精心设计扶正器的密度。
  3.2 油基前置液的顶替
  油基前置液也就是钻井液,它具有耐高温、抗污染的特点,且润滑性比较好,能对页岩气的储层能起到良好的保护作用,在固井作业中使用广泛。但是使用前置液时,会在井壁和套管壁上形成油膜,使灌注的水泥浆不能很好地吸附在井壁和套管层中,造成水泥浆固结质量非常差。而且页岩气水平井的井眼与普通的井眼不同,套管、前置液、水泥浆所受到的重力全都是径向的,使套管的居中控制非常困难,总是向底侧下沉,导致水泥浆全部沉在套管下部,前置液上浮。这种现象会降低套管内的顶替效率,使套管不能完全被水泥浆注满,影响了固井作业的质量。
  3.3 注意固井水泥浆的设计
  固井注入水泥浆的质量直接影响着固井质量,包括失水量、密度和流变性等。在固井过程中,如果水泥浆的失水量较大,就会导致水泥浆析出的水分较多,水分全部积聚在井筒的上层位置,固浆结束后在井筒的上层形成通道,造成页岩气藏的窜层,影响开采效率。另外,开采页岩气藏时,需要对整个气藏进行分段压裂,如果水泥浆的固结质量较差,就会导致固井质量出现问题,对开采人员的生命安全造成威胁,所以必须保证固井所用的水泥浆具有低失水、高稳定性的特点,同时还要保证水泥浆的流变性以及较短的稠化时间和过渡时间。

  

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