石 油机械 ２０１３年第４１卷第８期 ＣＨＩＮＡ ＰＥＴＲ０ＬＥＵＭ ＭＡＣＨＩＮＥＲＹ ．．前沿技术 涪页ＨＦ一１页岩气水平井钻井关键技术 马庆涛 葛鹏飞 王晓宇 贾江鸿 （１．中石化胜利石油工程有限公司钻井工艺研究院２．中国石油大学（北京）石油工程学院） 摘要：涪页ＨＦ一１井是一口页岩气预探水平井，在钻井过程中面临地质不确定因素多、地层 可钻性差、页岩层易坍塌、井身质量难以控制、机械钻速低及固井难度大等难题。实际施工中综 合应用空气锤钻井、油基钻井液和漂浮下套管技术，并在水平段优选钻头和钻具组合，最终成功 钻达目的层。介绍了该井的井身结构和井眼轨迹设计，详细描述了空气锤钻井和漂浮下套管技术 的应用过程，并对钻头的优选和油基钻井液的使用做了分析说明，为涪陵区块页岩气大规模勘探 开发提供了指导和借鉴。 关键词：页岩气；水平井；井壁稳定；空气锤钻井；油基钻井液；涪页ＨＦ一１井 中图分类号：ＴＥ２４３ 文献标识码：Ｂ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１—４５７８．２０１３．０８．０２７ Ｋｅｙ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ Ｓｈａｌｅ Ｇａｓ Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ Ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｉｎ Ｗｅｌｌ ＨＦ——１ ｏｆ Ｆｕｙｅ Ｍａ Ｑｉｎｇｔａｏ Ｇｅ Ｐｅｎｇｆｅｉ Ｗａｎｇ Ｘｉａｏｙｕ Ｊｉａ Ｊｉａｎｇｈｏｎｇ （１．Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｄｒｉｌｌｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＳＩＮＯＰＥＣ Ｓｈｅｎｇｌｉ Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ ２．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ Ｅｎｇｉ— ｅｅｎｒｉｎｇ，Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｆＰｅｔｏｒｏｌｅｕｍ，Ｂｅｉｊｉｎｇ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｅｌｌ ＨＦ一１ ｏｆ Ｆｕｙｅ ｉｓ ａ ｓｈａｌｅ ｇａｓ ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ ｗｉｌｄｃａｔ ｈｏｌｅ．Ｉｎ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｄｒｉｌｌｉｎｇ，ｉｔ ｆａｃｅｓ ｓｏｍｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ，ｓｕｃｈ ａｓ ｍａｎｙ ｉｎｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｅ ｇｅｏｌｏｇｉｃ ｆａｃｔｏｒｓ，ｐｏｏｒ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｄｒｉｌｌａｂｉｌｉｔｙ，ｃｏｌｌａｐｓｉｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｓｈａｌｅ ｌａｙｅｒ， ｄｉｉｃｕｌｆｔｙ ｉｎ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｗｅｌｌｂｏｒｅ ｑｕａｌｉｔｙ，ｌｏｗ ｒａｔｅ ｏｆ ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ（ＲＯＰ）ａｎｄ ｇｒｅａｔ ｄｉｉｃｕｌｆｔｙ ｉｎ ｃｅｍｅｎｔｉｎｇ．Ｉｎ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ｕｓｅ ｏｆ ａｉｒ ｈａｍｍｅｒ，ｏｉｌ ｂａｓｅ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｆｌｕｉｄ ａｎｄ ｆｌｏａｔ ｃａｓｉｎｇ ｒｕｎｎｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｗａｓ ｍａｄｅ．Ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｂｉｔ ａｎｄ ｄｒｉｌｌ ａｓｓｅｍｂｌｙ ｗｅｒｅ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ ａｔ ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ ｓｅｃｔｉｏｎ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅ ｔａｒｇｅｔ ｌａｙｅｒ ｗａｓ ｒｅａｃｈｅｄ ＳＵＣ— ｃｅｓｓｆｕｌｌｙ．Ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｗｅｌｌｂｏｒｅ ｓｔｕｃｔｒｕｒｅ ａｎｄ ｈｏｌｅ ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ ｗａｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｐａｐｅｒ．Ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ａｉｒ ｈａｍｍｅｒ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ａｎｄ ｆｌｏａｔ ｃａｓｉｎｇ ｒｕｎｎｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｗｅｒｅ ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ ｉｎ ｄｅｔａｉｌ．Ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｂｉｔ ａｎｄ ｕｓｅ ｏｆ ｏｉｌ ｂａｓｅ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｆｌｕｉｄ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ａｎｄ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ ｃａｎ ｓｅｒｖｅ ａｓ ａ ｇｕｉｄｅ ａｎｄ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｔｏ ｔｈｅ ｌａｒｇｅ— ｓｃａｌｅ ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｓｈａｌｅ ｇａｓ ｉｎ Ｆｕｌｉｎｇ Ｂｌｏｃｋ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｈａｌｅ ｇａｓ；ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ ｗｅｌｌ；ｗｅｌｌ ｗａｌｌ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ；ａｉｒ ｈａｍｍｅｒ ｄｒｉｌｌｉｎｇ；ｏｉｌ ｂａｓｅ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｆｌｕｉｄ： Ｗｅｌｌ ＨＦ一１ ｏｆ Ｆｕｙｅ 展示了自流井组大安寨段良好的页岩气资源潜力， ０ 引 言 涪页ＨＦ一１井是中国石油化工集团公司部署 在四川盆地的第１口页岩气预探水平井，以页岩气 勘探的有利层系下侏罗统自流井组大安寨段页岩层 同时也验证了水平井技术在开发页岩气方面的适用 性¨ 。该井在钻探过程中面临地质不确定因素多、 地层可钻性差、页岩层易坍塌、井身质量要求高、 机械钻速低、固井难度大等难题。施工中合理选用 配套技术，系统优化工程设计，最终成功钻达目的 层，为涪陵区块水平井钻探提供了依据。 为目的层，成功钻遇１ １３０．７５ ｍ页岩气油气显示， 基金项目：中石化集团公司重点科技项目“非常规油气藏长水平段水平井钻完井技术研究”（２０１２０２１０９）。 一１ｌ０一 石 油机械 ２０１３年第４１卷第８期 服套管在长水平段水平井中的高摩阻扭矩问题，能 够有效防卡，保证套管顺利下人 Ｊ。 下套管施工过程中，生产套管下至技术套管鞋 ２ ３０９．０６ ｍ处，循环１周，先注入密度１．５０ ｇ／ｅｒａ 的轻浆１２ ｍ ，再注入密度１．７３ ｇ／ｏｎ 的重浆１０ ｍ 。计算轻浆段长为套管底部１ ０００ ｍ，套管悬重 明显下降，如图１所示，漂浮效果良好。出套管鞋 后１０根灌浆一次，缩短套管串静止时间，避免遇 卡。水泥浆体系采用胶乳防窜水泥浆体系和常规防 窜水泥浆体系，具有较强的胶结能力和防气窜能 力，确保固井质量。 轻浆注入过程 图１ 套管悬重随轻浆注入过程的变化曲线 Ｆｉｇ．１ Ｃｕｒｖｅ ｏｆ ｃａｓｉｎｇ ｈａｎｇｉｎｇ ｈｅａｖｙ ｃｈａｎｇｉｎｇ ｗｉｔｈ ｌｉｇｈｔ ｓｌｕｒｒｙ ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ ５ 复杂情况分析 本井在造斜段出现上部页岩层垮塌。工程现 象：钻至２ ３３４．１２ ｍ循环起钻，起钻至２ ２７０．００ ｍ处上提遇卡，在２ ２７０～２ ０１０ ｍ井段遇卡频繁， 开泵上提及倒划眼过程中振动筛返出大量直径３～ ４ ｅｍ的片状页岩掉块，偶见直径１０ ｅｍ左右的掉 块。原因分析：上部页岩层长时间浸泡在水基钻井 液中，超过坍塌周期。采取措施：多次通井清砂后 调整井身结构方案，提前下入套管封隔，共计耗时 ８５．１７ ｈ。 涪页ＨＦ一１井复杂地层为凉高山底部至大安 寨上部，岩性主要为页岩层，且含夹层，容易出现 垮塌。从钻开页岩层至井下出现垮塌，施工周期为 ２３ ｄ，超过页岩层的垮塌周期。因此钻开页岩层后 应加快钻进速度，在页岩层垮塌周期内进行有效封 隔，避免井下复杂情况的发生 。处理坍塌事故 过程中机械清砂方式效果明显，但应避免破坏井 壁，造成复杂情况加剧。 ６ 结论与建议 （１）涪页ＨＦ一１井通过综合应用空气锤钻井 技术、油基钻井液和漂浮下套管技术，同时优选钻 头和钻具组合，有效提高了机械钻速，保证了井身 质量，取得较好的钻探效果，值得在涪陵区块页岩 气水平井开发中推广应用。 （２）空气锤钻井兼有气体钻井和冲击回转钻 井的双重效果，具有机械钻速高、保径能力强以及 能有效防斜纠斜、保证井身质量等优势，是解决硬 岩钻井难题的一种有效方法。 （３）井壁稳定是页岩气水平井钻井的主要难 题，如何保证在页岩层坍塌周期内快速穿过敏感地 层是解决问题的关键，建议钻井过程中采用油基钻 井液和进口ＰＤＣ钻头。 （４）后期压裂施工对水平井井眼轨迹控制、 井身质量和固井质量提出了更高的要求，钻井过程 中应保证井眼轨迹圆滑，狗腿度小，水泥浆胶结质 量好，具有较强的弹性、韧性和耐久性。 参考文献 黎红胜，汪海阁，纪国栋，等．美国页岩气勘探开 发关键技术［Ｊ］．石油机械，２０１１，３９（９）：７８— ８３． ［２］ 韩来聚，周延军，唐志军．胜利油田非常规油气优 快钻井技术［Ｊ］．石油钻采工艺，２０１２，３４（３）： １１—１５． ［３］ 裴建忠，刘天科，周飞，等．金平１浅层大位移水 平井钻井技术［Ｊ］．石油钻探技术，２００９，３７ （１）：８７—９Ｏ． ［４］ 祁宏郡，闫振来，唐志军，等．金平１井长水平段 水平井的设计与施工［Ｊ］．中外能源，２０１０，１５ （２）：５６—５７． 罗整，徐忠祥，李晓慧，等．空气锤钻井技术在气 体钻井中的应用［Ｊ］．钻采工艺，２００７，３０（６）： ９—１０．１５． ［６］ 何振奎．泌页ＨＦ１井油基钻井液技术［Ｊ］．石油 钻探技术，２０１２，４０（４）：３２—３７． ［７］ 刘善祯．大位移水平井下套管受力分析及漂浮接箍 设计［Ｄ］．东营：中国石油大学（华东），２００７． 第一作者简介：马庆涛，助理工程师，生于１９８５年， ２０１１年毕业于中国石油大学（华东）油气井工程专业，获 硕士学位，现从事钻井工程设计工作。地址：（２５７０１７）山东 省东营市。Ｅ—ｍａｉｌ：ｑｉｎｇｔａｏｍ１９８５＠１６３．ｃｏｍ。 收稿日期：２０１３一Ｏ１—０７ （本文编辑谢守平）