四川盆地页岩气开发钻井技术难点与对策

张忠新

摘 要：在我国，页岩气是天然气资源中开发价值极高的一种非常规资源，页岩气勘探开发工作的加强能够对常规油气资源起到一定的补充作用，很大程度上对确保国家能源安全起到了重要作用。目前来说，我国页岩气勘探开发技术发展时间较短，处于不断摸索的发展时期。本文通过对国内外页岩气钻井技术的概况进行阐述对四川盆地页岩气开发钻井技术的难点及解决问题的对策进行分析。

1 国外页岩气钻井技术概述

截至目前，世界具有页岩气开发成功经验的国家并不多，只有美国与加拿大在经历了漫长的钻井技术水平发展，同时利用科学技术提高核心钻井技术的技术水平才得以成功。

就钻井结构而言，2002年以前国外钻井结构以直井为主，2003年以后，国外采用水平井钻井结构，与清水压裂技术相结合。

2 国内页岩气钻井技术概述

盆地是我国页岩气聚集的地方，其中四川盆地的页岩气含量相对较多且勘查资源潜力较大，具有十分广阔的开发前景。

与美国相比，我国页岩气聚集地与美国十分相似，但储层特点却大不相同，这使得我国页岩气钻井开发及钻井技术的升级面临极大的挑战。我国页岩气集聚的盆地大多属于山前构造，不仅需要挖掘的深度很大，可钻性也相对较差。由于我国下部地层脆弱，容易发生井漏、井涌等井下复杂，即使与美国钻井结构相似，也无法完全借鉴美国钻井开发模式，钻井经验相对短缺。

就开发而言，我国页岩气勘探开发在直井、水平井的现场钻探方面已经积累了一定的经验，初步掌握了直井结构的压裂技术并通过工业气流的获得证明了中国页岩气开发的广阔前景。我国经典开发区块主要有三部分，主要分布在容易发生井漏、坍塌地段，威远-长宁一带、裂缝发育、固井难度大、同样容易发生井漏、坍塌且地层坚硬的昭通以及地质设计与实际情况严重不符，使用多套压力体系，情况复杂且硫化氢等化学气体含量多的富顺-金秋一带。

3 四川盆地页岩气开发钻井技术难点

3.1泥页岩地层井壁稳定性有待提升

泥页岩地层井壁稳定性差是当前我国页岩气开发面临的主要问题。造成这一现象的主要原因是地层构造、力学变化及工程技术开发。就四川盆地而言，泥页岩地层及部分非均匀页岩层是页岩气的主要分布区域。受到当地地质条件、地形结构及其它客观因素如自然条件等影响，地层容易出现许多裂缝，直接或间接地对页岩气开发造成了影响。再加上四川盆地中泥页岩地层是页岩层的主要构造，在实际钻井开发过程中多次出现缩径、坍塌事件，对后期工作带来较大难度和影响，同时也在一定程度上延长了钻井周期，造成开发成本的提高。

3.2水平井井眼轨迹复杂程度高

为了维持开采现场工作的有序性同时提高油气开采工作的有效性需要对井场数量进行控制。在此过程中，单井占地面积的控制也是十分重要的，它能够对企业经济收益产生直接影响。一般来说，丛式水平井是钻井开采的主要工作方式，井眼轨迹的出现提高了这一工作的复杂程度。

4 四川盆地页岩气开发钻井技术对策

4.1深入研究钻井地质特征

深化研究钻井地质特征需要考虑上部地层出水及出气规律的影响。现阶段，我国对于上部地层出水及出气规律的情况掌握大多是通过累积的资料结合实际采井的工作经验分析出来的。通过数据分析等掌握相对客观的发展规律，为研究人员的钻井位置及钻井方式的选择提供理论依据确保四川盆地页岩气开发速度的稳步提升。

其次，页岩地层水化反应的发生也是开采过程中的主要问题之一。目前来说，我国地质研究人员解决这一问题的方法就是深入了解并分析页岩层理化与钻井液之间的相互作用，从而对页岩层可能发生的水化反應进行推理。这样，研究人员就能够实时掌握钻井工作状态，对可能发生的地层坍塌进行预估。由于四川盆地本身就具备低渗透属性，水基泥浆的应用很容易对产能造成影响，但水化反应问题的解决还可以利用油基泥浆代替水基泥浆，油基泥浆能使毛管压力受到有效阻止，油基泥浆还对页岩气储层能起到很好的保护作用。基于此，油基泥浆越来越多的应用到了四川盆地的页岩气开发钻井中。

再次，页岩地层压力体系的维持也是解决页岩层井壁稳定性差的关键因素，研究人员同样是通过对相关数据进行深入分析研究的，在一定程度上提高了地层压力的测算精度，为开采过程中工作人员科学指导提供依据。

4.2优化三维长水平段水平井井眼轨道设计

页岩层井眼轨道设计的主要依据是地层自然造斜规律，通过这一规律相关研究人员能够设计出合理性强的三维井眼轨道。在此过程中需要重点对地质特点进行深入分析，然后对钻头与地层之间的作用力进行深入思考。要想提高三维井眼轨道设计的精确程度就需要综合考虑井下的具体情况及钻具作业的合理性。一般来说，钻井工作的进行多采用复合型钻井技术，特别是对于四川盆地这种研磨性较强、地形比较复杂的地区来说，针对性强的复合型钻井技术无疑是最好的选择。

4.3防漏防堵技术的应用

四川盆地由于地质结构比较复杂，且表层裂缝发育较为丰富，页岩气钻井过程中常常出现漏失的问题，盆地部分地区水源不足，钻井工作进行难度较大。例如四川的威远-长宁一带就是裂缝发育丰富的典型代表，井漏、井涌等现象屡见不鲜。因此，在钻井开采过程中有必要使用防漏防堵技术解决此类问题。首先，针对盆地表层及上部发生地层漏失的地区可采用无固相与空气钻井技术相结合的方式;对于地层漏失、坍塌井涌等情况比较严重且复杂的地区，优质防塌钻井液盖帽等强钻技术的使用是十分有效的。若山上高部位浅层地表或油气层上部深层地表发生漏失、井涌等现象，清水强钻技术的使用也可以有效解决这一问题。钻井过程中出现的小范围的地表漏失的现象可采用随钻堵漏的方法，中漏失复杂情况的解决最好采用复合型堵漏的方式。

4.4页岩气固井技术的应用

前文提到，我国页岩气固井技术发展并不成熟，在加上页岩储层低空渗透特点十分突出，导致多数页岩气钻井开采必须借助压裂等增产手段，这就对固井质量提出了更高的要求。现阶段，我国所使用的固井配套技术主要有以表面活性冲洗液为主要工具，促进井壁和套管壁润湿程度改变同时改变亲油性质，使第一、第二胶结面胶结强度大幅度提高的方法，利用流变性的性质，以顶替液的动切力、塑性粘度等为入手点使其与顶替液的参数存在一定差距，形成流变性极差从而实现固井技术的有效驱替。顶替液之间密度差的缩小也能够对顶替效果产生一定程度的影响。韧性水泥浆体系的应用也是固井的主要配套技术之一。该体系在钻井开采中的应用能够有效提高钻井技术的防窜性能，使水泥石材料的动态力学性能得到优化，有助于水泥石抗冲击破坏能力的提升且在交变应力的影响下固井质量也能够有所提升。

综上所述，四川盆地页岩气钻井技术的难点主要集中于泥页岩地层井壁与水平井井眼轨道两方面。虽说经过一段时间的发展积累了一定的实战经验，但对四川盆地典型开发区地层特征等依然缺少系统认识。近年来我国经济、政治等的发展取得了巨大的成功，但与此同时，资源短缺问题也越来越明显，新能源的挖掘是实现人类可持续发展的必然结果。页岩气作为全球环保性较强的宝贵资源之一，在解决能源短缺方面能够起到极大作用。在页岩气技术优化与升级方面我国还受到多种因素的限制，在提高钻井技术方面还任重而道远。因此，需要国家及各地区政府给予科研人员及相关工作人员一定的支持，促进页岩气行业在我国的迅速发展，从而为我国石油天然气能源带来巨大的经济效益。

（中石化胜利石油工程有限公司西南分公司，四川 德阳 618000）