浅析页岩气井固井技术难点

岳 阳

（大庆钻探工程公司钻井生产技术服务一公司，黑龙江大庆163000）

页岩气属于我国一个新的天然气矿种，经过调查研究发现，我国页岩气的开采储量十分丰富，页岩气属于低孔低渗透气藏的一种，通常情况下采用水平井开采的方式，与其他油气井开采相比，固井质量要求更加严格、完井更加复杂。页岩气井有着易塌易漏、增产措施多、生产周期长等特点，因此与其他油气井开采相比难度更大、困难更多。我们主要从我国页岩气井水平井固井技术难点、水泥环完整性及水泥浆体等方面进行分析研究，为我国页岩气固井技术的开发提供重要的依据。

1 页岩气水平井固井技术难点及井筒完整性影响因素

页岩气水平井钻完井施工特点主要取决于页岩气藏地质储层特点及单井产能勘探目标，同时页岩气井固井所面临的难点和挑战也是因为页岩气藏地质储层特点和钻完井工艺特点导致的。

页岩气井地质储层特点及固井技术难点主要有以下几个方面：①页岩气具有较高的地层压力、可压性比较差，后期压裂时压力可能比较高，会影响井筒后期的密封效果；②页岩储层通常情况下其强度、泊松比异性比较突出，呈现出薄片状层理，页岩气开采中容易引发垮塌现象，下管难度较大，无法有效地保障固井顶替效率。③井眼条件差，我国南方地区页岩气的储量比较丰富，页岩气藏具有构造活动剧烈、储层埋藏深等特点，构造运动作用下，因为页岩中混有石英等脆弱物质，很容易造成页岩出现微裂缝，增加了钻井过程中井下漏失风险几率。页岩气通常情况下采取的是水平钻井技术，井眼方向与最小水平地应力方向保持水平，避免后期在压裂施工阶段，产生的天然气裂缝与诱导裂缝之间形成连通，保障页岩气的开采效率和采收质量。因为页岩气有着粘土含量高、非均质性强、稳定性差等特点，在钻进的过程中沿着最小水平应力方向很容易引发井壁坍塌的情况发生。同时受到地层漏失和井壁稳定条件差等因素的影响，固井施工时要充分的落实井眼准备工作，尤其是固井前大排量循环钻井液、钻井液性能调整等具有较大的难度。

页岩气井钻完井工艺特及固井中的技术难点主要表现在以下几个方面：①固井过程中在长页岩水平段，套管的下入比较困难，无法保障套管居中；②页岩地层井壁稳定性较差、储层保护措施不到位等问题突出，通常情况下在页岩段钻井施工中油基钻井液应用的十分普遍。油基钻井液有着附着能力强、粘度高等特点，与常规的水基前置液相比较，清洗性能和驱替效果更加显著，同时油基钻井液与水泥浆之间相互不相容。井壁和套管会因为油基钻井液不能有效驱替而无法形成水润湿表面，对水泥环的一二界面胶结有着严重的影响，对储层在后期的改造也有着一定的阻碍；③页岩气井中水泥环受到体积压裂的作用，因此对于其力学性能的要求比较高，井筒在高压压裂的作用下，温度会出现不断的变化，这就对套管抗外挤强度有着很大的影响，套管失效的风险增大，水泥环对套管内压强度有着极高的标准和要求，因此一旦压力超出，就会造成套管的变形和环空带压等问题出现；④页岩气井固井过程中，高压力固井装置与压裂清水车配套使用，这就要求对固井工具配件严格筛选，涉及到耐磨胶塞、高反向承压浮箍等。

2 保证水泥环完整性难点分析

2.1 压裂作业时水泥环完整性差

页岩气储层具有低孔、低渗透的特点，与常规的油气田相比较气流的阻力更大，所有的页岩气井都需要经过压裂改进才能实现开采，无法自然产能。我国页岩气储层较深，走滑断层与受逆断层对地应力的影响比较大，储层破裂压力较高。例如我们对某一地区的页岩气破裂压力进行计算得知，压力大约为70MPa，水泥环在压裂施工过程中承受较大的套管内压。经过我们对其结论进行分析研究，想要水泥石在压裂施工时满足水泥环完整性的需求，就要对其弹性模量及弹性变形能力进行控制，造成了可选择的水泥浆体系范围比较小。

2.2 水泥环长期完整性保持难

在泥页岩地层中，页岩气主要的存在形式为吸附状态和游离状态，游离状态下的页岩气有着初期产量高、渗流速度快的特点，缺点是产能下降的速度也快；吸附状态下的页岩气有着扩散速度慢、吸附气解析的特点，缺点就是产量较低但是产量比较稳定。通常情况下页岩气的生产周期为30~50年之间。页岩气井在生产期间，一般都要经过多次、重复的压裂，才能保障页岩气井产量的稳定。我们目前在考虑水泥环完整性的时候，需要高度重视完钻后井周边地应力情况，找到套管内压力短期变化对水泥环完整性的影响。在构造运动长时间的影响下，地应力在水泥环边界上会变得越来越大，我们要高度的重视地应力对水泥环的影响，这就需要我们使用高强度的水泥石满足水泥环的完整性需求，短期压裂作业时水泥石的力学需求又有所差异。目前我们通常根据压裂作业的实际情况，水泥石的力学性能满足需求即可。

3 水泥浆体系选择难点分析

3.1 水泥浆性能要求高

影响页岩气固井水泥浆性能的因素比较多，主要分为施工性能、井壁稳定性、水泥环完整性、储层保护等，水泥浆体系设计的难度较高，要求比较严格，主要的技术难点有以下几个方面：①井壁稳定性，严格控制水泥浆的密度，避免水泥浆密度受到井下温度压力变化的影响，严格控制水泥浆失水现象，保障固井施工中井壁的稳定性；②施工性能，严格控制水泥浆自由水、沉降稳定性等数据参数，保障水平井固井技术满足设计需求；③储层保护，水泥浆体系想要降低渗流对储层污染的影响，就要具有一定的渗流阻力，能够形成有效的薄而密的滤饼，同时水泥浆体系为了酸化压裂施工作业的顺利开展，还要有着良好的酸溶率；④水泥环完整性，保障压裂施工和长时间的使用效果，水泥石要具有较高的强度和较低的弹性模量。

3.2 水泥浆成本控制严格

页岩气的开采有着开采周期长、采收效率低的特点，因此我们需要高度的重视钻井完井的成本控制，我国的页岩气储量南方比较丰富，经常受到地形因素的影响，固井材料的选择和设计上受到一定的限制，成本的控制有着很大的困难。

4 结论与建议

经过以上的研究和分析发现，我国页岩气储量十分丰富，结合页岩气开采的实际情况，页岩气固井的技术难点主要表现在：①顶替方面：井眼条件较差、管柱无法保障居中、油基钻井液清洗不易、顶替效率提升措施实施难度大；②水泥环完整性方面：压力作业时压力较高、长期完整性评价技术不够完善、水泥石力学性能标准较高；③水泥浆体系方面：水泥浆的成本控制比较困难、体系性能标准和要求高、设计比较困难。我们要从全方面、多角度对页岩气固井技术进行深入的研究，提高我国页岩气井开采效率，促进我国油田企业的可持续发展。