摘要：页岩气开发通过增加水平段长度来实现增产提效是必然之势，国内页岩气开发水平段长度基本为1500m，而国外部分区域非常规油气开发，3000～4800米长水平段已成为主力。页岩气开发又面临新的挑战。国内。之前成熟的常规水平井钻井技术不全适合长水平段的应用，长水平段钻井技术的优选，井下工具的选择和技术方案安全性、技术经济性评价，长水平段钻井液性能的携砂性、流变性，以及机械钻速慢、钻井周期长等长水平段钻井问题亟待解决。
关键词：长水平段；模型；旋转导向；复旋
前言：随着重庆涪陵、四川区块页岩气不断的开发，国内页岩气常规1500m水平段井开发技术已经很成熟，形成了多套页岩气钻完井关键技术。但国内页岩气开发又面临新的挑战。低油价环境下，单井成本投资不断降低。环保要求更高，征地困难、工农关系复杂，导致钻前工程费用增加，促使加大每个平台的使用效率。为了增产提效，切实做到降低页岩气开发整体投资成本的目的，页岩气开发将向长水段方向布局。水平段增加，产量呈增长趋势，成本大幅下降，从而水平段延伸长度增加至之前水平段长度的2倍左右，来减少口井数，减少钻前、每口井前期施工井段等工序，做到投资1口井、成本是之前单井1.2-1.5倍达到之前2口井的产能。
页岩气开发通过增加水平段长度来实现增产提效是必然之势，做到投资1口井、成本是之前单口井1.2-1.5倍达到之前2口井的产能。之前成熟的常规水平井钻井技术不全适合长水平段的应用，长水平段钻井技术的优选，井下工具的选择和技术方案安全性、技术经济性评价，长水平段钻井液性能的携砂性、流变性，以及机械钻速慢、钻井周期长等长水平段钻井问题亟待解决。
1国内外长水平段井钻井技术现状
近几年，美国新钻的水平井大部分用于开发页岩气，与此同时开发致密油的水平井也越来越多，随着页岩气水平井配套设备、技术也不断得到完善，水平井水平段不断延伸。美国Range公司在Marcellus（马塞勒斯）地区施工的井，2006-2015水平段长1219-1828m; 2016水平段长1219-3352m，2017-2018水平段长3352-5486m，相应配套的设备、技术也不断的发展,该公司在Marcellus累计钻了超过83口水平段超过3048m的水平井，最长5486m。北美页岩气井最长水平段达到5715m，3000～4800米水平段较为普遍，美国页岩气长水平段水平井开发已成为主力。
中石化重庆涪陵、南川等区块水平段长1300-1800m，平均1500m左右。国内常规水平段长（水平段长<2000m）页岩气开发已经逐渐成熟，但超长水平井钻井技术尚处于摸索阶段，与国外长水平段水平井工程指标相比还存在明显差距。焦页XHF井水平段长3065m，创造了中国陆上和页岩气最长水平井两项纪录。中石油以来在川渝地区（长宁、威远、荣昌、自贡、泸州等地区）施工数百口页岩气井，水平段长一般≤2000m，最长水平段长2810m。
2 长水平段井钻完井技术难点
1）模型建立和模拟计算问题。目前国内没有相关钻压传递、扭矩、摩阻等参数模型软件，不能有效指导长水平段井的施工。
2）轨迹控制问题。焦石老区布井，井区已完成井数多，防碰难度大，需要防碰绕障，增加了轨迹控制难度。目的层倾角变化大，主力开采层厚度薄，轨迹调整频繁，水平段长度增加，靶区穿行难度增大。
3）“甜心”层位可钻性问题。五峰组可钻性差，研磨性强，行程钻速低，施工周期长。焦页XHF井水平段长3065m，其中五峰组穿行率高达76%，用4趟钻才完成水平段钻井作业，其中2趟钻都是因为钻头磨损和机械钻速低起钻，三开行程钻速只有110m/d。
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4）长水平段井眼净化问题。水平段越长，轨迹调整频次更多，形成多个波谷，容易形成岩屑床，岩屑清理困难，岩屑在井内重复破碎。
5）各种钻井工艺延伸能力问题。水平段越长，摩阻、扭矩越大，钻进扭矩波动大，常规复合钻井技术延伸能力有限，水平段超过2000m（前期轨迹好，2500m）后，常规复合钻井技术滑动钻进时钻具容易发生屈曲，起下钻摩阻大，扭矩大，常规复合钻井工艺无法满足长水段施工要求。以焦页XHF井为例，对其进行模拟计算得知一旦超过2500m就会发生钻具屈曲，无法使用常规导向钻具组合钻井，必须更换钻井方式，采用旋导钻进。
6）长水平段井完井作业问题。水平段越长，下套管摩阻越大，焦页XHF井下套管遇阻，139.7mm下套管时间超过7天，最长单根下入时间2.5小时
7）设备配置低，无法满足长水平段钻井参数强化要求。长水平段钻井，对井队设备要求更高，配备级别低，无法满足施工。
3 技术对策
1）建立有效模型，有效指导钻井。建立钻柱/套管柱屈曲、摩阻计算模型和岩屑水平段运移和分布模型，了解水平段延伸过程中出现的具体困难，有的放矢的解决相关问题，有效指导重点攻克方向。
2）以整口井轨迹控制为基础，形成长水平段井井眼轨迹控制技术，优化井眼轨迹，增加钻井延伸能力。以建立的模型为基础，明确井眼轨道、井筒条件以及地层不确定性等规律，优选轨道设计模型（双二维、斜面圆弧、五点六段制），优化造斜点、造斜率等。
3）优选钻井工艺。根据钻具摩阻、扭矩计算，根据钻具屈曲情况选择钻井工艺。根据屈曲情况、经济性和安全性优选LWD+常规复合、LWD+“震荡”复合、常规旋转导向、旋转导向+井下马达以及“复旋”钻井工艺（“复旋”即水平段前期用复合钻进，后面采用旋转导向钻进）。
4）优选高效钻头和长寿命螺杆。对目的层地层可钻性进行研究，针对龙马溪组和五峰组不断来回穿层，优选出适合常规复合钻井技术抗磨高效钻头和长寿命高效螺杆；目前国内油基螺杆使用寿命基本可以保证超过150h，需要优选出超过300h耐油性螺杆。
5）优选“减摩清砂”工具。了解各种“减摩清砂”工具原理，优选工具，有效清理水平段岩屑和解决定向托压问题，如清砂钻杆、水力振荡器等。
6）优化油基钻井液性能。针对长水平段井净化问题和摩阻问题，强化油基钻井液悬浮、携砂性，特别针对其进行润滑性研究，研制油基钻井液润滑剂，降低起下钻摩阻。
7）优选下套管工艺和附件，优化扶正器安放位置。可以采用旋转下套管技术，优选滚珠扶正器等。
8）进行设备升级。对钻井队进行网电改造，配备50MPa钻井泵、70MPa地面管汇以及500T双电机顶驱，保证功率能满足施工要求。
4 总结
目前涪陵页岩气长水平段井已经完成了7口超过2800m长水平段井，最长水平段3065m，形成了一套长水平段优快钻完井技术，但往4000m延伸长水平段井会存在什么问题，还需要继续研究。
论文作者:彭莹江
论文发表刊物:《工程管理前沿》2019年18期
论文发表时间:2019/11/7
标签：水平论文; 页岩论文; 段长论文; 技术论文; 岩屑论文; 常规论文; 屈曲论文; 《工程管理前沿》2019年18期论文;