涪陵页岩气田钻井关键技术
艾军;张金成;臧艳彬;许明标
【摘 要】T he complex geological conditions in the Fuling region have led to many drilling problems such as inconsistent rate of penetrations ,different drilling cycles and complex accidents .In order to achieve high quality and highly efficient drilling performance ,Sinopec has developed a ries of drilling technologies suited to the geological features of the Fuling shale gas field .The key drilling technologies for Fuling shale gas field were analyzed and it was pointed out that by addressing the key issues and field applications the following technologies had been developed :drilling engineering design optimization ,high-efficiency drilling techniques for shallow vertical ction and cond spud directional ctions ,three-dimensional trajectory controlling technology for optimizing induced fracture cluster spacing horizontal wells ,the u of oil-bad drilling fluid technology for long horizontal ctions ,new cementing technology for long horizontal ctions drilled with oil-bad drilling fluid ,and developing an ideal pad drilling pattern for complex mountainous regions .Thus ,the dri
lling technology systems for Fuling shale gas were generally established .Furthermore , the drilling technology development suggestions propod for the new drilling issues ,provided references for other similar shale gas blocks in China with a result of increasing ROP and the reducing drilling cost .%涪陵地区地质条件复杂，导致钻井机械钻速及钻井周期差别大、井下复杂情况时有发生。为了实现优质快速钻井，中国石化发展了适合涪陵页岩气田地质特点的系列钻井关键技术，通过攻关研究与现场实践，先后形成了涪陵页岩气钻井工程优化设计技术、浅层直井段快速钻井技术、二开定向井段快速钻井技术、丛式水平井三维井眼轨迹控制技术、适应于涪陵页岩地层长水平段钻进的油基钻井液技术、页岩气储层长水平段油基钻井液水平井固井技术、复杂山地条件“井工厂”钻井技术等，基本形成了适用于涪陵页岩气田的钻井工程技术体系。与此同时，在钻井中又出现一些新问题，为此提出了涪陵页岩气田钻井技术的发展建议，以期为国内类似页岩气区块的钻井提速降本提供借鉴。
【期刊名称】《石油钻探技术》
【年(卷),期】2014(000)005
日本地理
【总页数】item test7页(P9-15)
【关键词】页岩气;井工厂;钻井;固井;油基钻井液;涪陵地区
【作 者】艾军;张金成;臧艳彬;许明标
brainchild【作者单位】中石化重庆涪陵页岩气勘探开发有限公司，重庆涪陵 408014;中国石化石油工程技术研究院，北京 100101;中国石化石油工程技术研究院，北京 100101;长江大学石油工程学院，湖北武汉 430100
【正文语种】中 文
【中图分类】TE242
涪陵页岩气田位于川东高陡褶皱带包鸾-焦石坝背斜带焦石坝构造，主体构造为被大耳山西、石门、吊水岩、天台场等断层所夹持的断背斜构造，表现为南宽北窄、中部宽缓的特点，总体为北东走向。2012年11月28日，焦页1HF井在龙马溪下部地层获得了20.3×104 m3／d的高产工业气流，实现了涪陵地区海相页岩气勘探的重大突破[1-2］。2013年，17
口开发试验井压裂试气均获高产工业气流，单井无阻流量为（15.3～155.8）×104 m3／d，单井配产可达到（6.0～35.0）×104 m3／d，其中焦页6-2HF井测试获气量达37.6×104 m3／d、焦页8-2HF井测试获气量达54.7×104 m3／d，表明涪陵页岩气田具有广阔的开发前景。
但由于涪陵地区地质条件复杂，我国页岩气配套工程技术研究起步又较晚，因而页岩气钻井面临着极大挑战，主要表现在以下4方面[1-3］：1）近地表地质条件复杂，暗河、溶洞和裂缝多，浅层出气、出水，易发生井漏、井涌，钻井风险大；2）丛式水平井具有偏移距大（一般为300m）、靶前距大（一般为800m）、水平段长（一般为1 500m）等特点，摩阻扭矩大，三维井眼轨迹控制难度大；3）页岩地层裂缝发育，钻井中易发生垮塌、井漏等问题，造成油基钻井液漏失及卡钻、埋钻具等井下故障；4）勘探开发初期，钻井工程技术不配套、不成熟，钻井工程成本高。
针对涪陵页岩气田钻井工程存在的上述难题，中国石化基于国外先进技术引进应用、现有技术集成配套以及关键技术与工具自主研发相结合等技术思路，开展了涪陵地区页岩气钻井工程优化设计、浅层直井段快速钻井技术、二开定向井段快速钻井技术、三维井眼轨迹
小学暑假班控制技术、油基钻井液技术、页岩气水平井固井技术、复杂山地条件“井工厂”钻井技术等的攻关研究，基本形成了适合于涪陵页岩气田地质特点的钻井关键技术系列[2-14］。笔者对涪陵页岩气田钻井技术发展进行了较为全面的总结，并结合目前存在的实际问题提出了发展建议，旨在为涪陵页岩气田钻井现场施工及下一步的技术研究提供借鉴与指导。
1 页岩气井钻井关键技术
certified1.1 钻井工程优化设计技术
1.1.1 水平井井身结构设计
根据对涪陵地区钻井工程地质环境因素的精细描述，确定了涪陵地区的地层必封点，主要有[2］：1）浅表裂缝、溶洞、暗河；2）三叠系的水层、漏层与二叠系的浅层气；3）龙马溪组页岩气层顶部浊积砂之上的易漏、易垮塌地层。根据地层必封点和三压力剖面，新设计了适合涪陵地区优快钻井的三开井身结构（见表1）。
表1 涪陵页岩气田水平井井身结构Table 1 Casing program for shale gas horizontal wells in Fuling Area开次 钻头尺寸／mm井段／m新设计 原设计套管外径／mm套管下深／m新
设计 原设计 备注导管 609.6 0～50 0～50 473.1 5050一开 406.4 50～500 50～700 339.7 500 700 封飞仙关组三段地层二开 311.1 500～2 200 700～3 100 244.5 2 200 3 100 封龙马溪页岩地层之上的易漏、易垮塌层三开 215.9 2 200～4 000 3 100～5 000 139.7 4 0005 000
新设计的钻井过程和技术思路是：
1）导眼段。导眼段采用φ609.6mm钻头，下φ473.1mm套管，套管下深50m左右。
2）一开井段。一开井段采用φ406.4mm钻头，下φ339.7mm表层套管，套管下深由长兴组上提至飞仙关组三段，上提200m左右。与原设计相比，一是将井眼尺寸从φ444.5mm缩小到φ406.4mm，二是将表层套管下深减小了200m左右，这样有利于提速和降本增效。
3）二开井段。二开井段采用φ311.1mm钻头，下φ244.5mm套管，套管下深由龙马溪组浊积砂岩底上提至浊积砂岩顶3～5m，以便在三开井段采用φ215.9mm钻头钻穿浊积砂地层，提高机械钻速。
4）三开井段。三开井段采用φ215.9mm钻头，下入φ139.7mm套管射孔完井。
1.1.2 复杂山地条件下“井工厂”布井及三维井眼轨道优化设计
根据涪陵地区山地的地形特点，针对页岩气平行开发井网的要求，借鉴国外“井工厂”钻井设计方法，同时考虑“井工厂”钻井作业的井场集约化需求，形成了复杂山地条件下“井工厂”布井优化方案和水平井三维井眼轨道优化设计技术[6-10］。以井距600m为例，提出了4种布井方案（方案1—4），并进行了评价分析。
方案1：六井式常规型轨道设计，每个平台钻6口井，布井方式和井眼轨道见图1。
图1 六井式常规型轨道布井方式与井眼轨道水平投影Fig.1 The conventional well pattern and a well trajectory horizontal projection of a six-well pad
fork方案2：六井式鱼钩形轨道设计，每个平台钻6口井，布井方式和井眼轨道见图2。
电子英文图2 六井式鱼钩形轨道布井方式与井眼轨道水平投影Fig.2 The fish hook well pattern and well trajectory horizontal projection of a six-well pad
方案3：四井式常规型轨道设计，每个台钻4口井，布井方式和井眼轨道见图3。
图3 四井式常规型轨道布井方式与井眼轨道水平投影Fig.3 The conventional well pattern and well trajectory horizontal projection of a four-well pad
金山翻译器方案4：四井式鱼钩形轨道设计，每个平台钻4口井，布井方式和井眼轨道见图4。
图4 四井式鱼钩形轨道布井方式与井眼轨道水平投影Fig.4 The fish hook well pattern and well trajectory horizontal projection of a four-well pad
从平台总数量、单井钻前费用、井眼长度、扭方位、摩阻以及投产周期等方面对4个方案进行了对比，结果见表2。
表2 四种布井及轨道设计方案对比Table 2 Contrasting analysis on the four well patterns and well trajectory design schemes对比项目六井式常规型轨道六井式鱼钩形轨道四井式常规型轨道四井式鱼钩形轨道平台数量 42 42 6363单井钻前费用／万元 190 190 260 260平均井眼长度／m 4 671 4 567 4 487 4 443定向井段长度／m 1 821 1 717 1 637 1 593扭方位／（°） 59 116 40 134最大摩阻／kN 186.0 246.5 173.4 216.1一台钻机投产周期／月 18 20 1112
由表2可知，每个平台钻6口井的布井方式（简称六井式平台）与每个平台钻4口井的布井方式（简称四井式平台）相比能够减少33%的平台数量，平均单井钻前成本降低27%；但六井式与四井式相比，井眼增长了180m；鱼钩形井眼轨道与常规井眼轨道相比，其滑动钻进摩阻增加30%左右。
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