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页岩气钻井难点及对策研究毕业伦文1

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页岩 钻井 难点 对策 研究 毕业
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页岩气钻井难点及对策研究摘要:页岩气是指以吸附、游离或是溶解状态赋存于泥页岩中的天然气,它与常规天然气藏最显著的区别是它是一个自给系统。页岩气储物性差,低孔低渗的特点使其在开发方面有着独特的要求。目前页岩气主要采取水平井钻井技术。水平段长500——2500米,长水平段水平井的高摩阻扭矩等难点的解决是钻井方面的关键。此外,泥页岩的水化会导致井壁失稳,因此泥浆的选取也至关重要。由于页岩气大部分以吸附态赋存于页岩中,而页岩渗透率低,要通过完井技术提高其渗透率,同时又要避免地层损 ,是 的关键, 关系 页岩气的采 率,因此在 井、完井方 、储层 方面有其特 要求。 解决泥页岩的低渗 , 的 是其 。 前页岩气的开发方 分 其 的难点¡¢£,⁄¥¢页岩气的开发有一ƒ的§。关键«:页岩气‹‹泥页岩‹‹水平井‹‹水› of ‹to is or in it is a to At is is at 00to is on he to of a as a to is is a we to at we it is is in to a it a to of is of of it a on ‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹ 目录第一章 本文研究目的意义†‡· ¶•‚„”»的…000‰在 ¿中 `´ˆ˜¯˘方˙¨页岩气,至20 0‰ ˚ ¸ ¯˘方˙¨,˝ –天然气˛ 的2´ˇ,而20´5‰—个 率 ¸˜ˇ。‹ 目前 有 00 ¯˘方˙¨的 开采页岩气,其中 ´ ¯˘方˙¨在 –。中– 有 2 5 ¯˘方˙¨的 开采页岩气, 于 储 的 5。‹‹ 页岩气分Æ‹‹‹‹2000 20 0‰,中–天然气ª ‰ 长 ˇ,20 0‰ª ˚ 0 0¯˘方米,是2000‰的¸ˆ¸ 。有ŁØŒº,20 5‰ –天然气 ˚˜00¯˘方米 2020‰,–æ天然气 求 ˚¸000˘方米,其中一 – 天然气,一 ı 天然气 ł化天然气。 ø解 –的†‡œ ß 的阶梯†‡势在必行。就目前而言, –页岩气勘探开发还处于刚刚起步阶段,页岩气勘探开发在中–刚刚起步,缺乏 关技术经验。 此, –外页岩气钻完井技术现状¡最 展。–外页岩气开发先 经历 井、单支水平井、多分支水平井、丛 井、丛 水平井钻井(P”发展历程 目前水平井已成 页岩气开发的主要钻井方 ,页岩气水平井钻井要考虑其成 ,垂 井段的深度不超过´000m,水平井段的长度 于500~2500m P”个钻井平台' 钻井点,先钻多 水平井, 以降低成 、节约时间,是 较 的页岩气钻井技术 页岩气 井主要采“泡沫水泥 井技术¡其¢£。 前页岩气的开发方 分 其 的难点¡¢£,⁄¥¢页岩气的开发有一ƒ的§。页岩气与煤层气,常规天然气对比‹‹‹‹页岩气是指主体位于暗色泥页岩或高碳泥页岩中,以吸附或游离状态 主要存在方 的天然气聚集。页岩气藏是一种连 型天然气藏。富含有机质的页岩,在一系列地质'“下, 成的大 烃类(石 、天然气等),部分被排`、运移 渗透性岩层中,聚集形成 构 、岩性等 层其 有着不同之处。‹‹‹‹‹‹页岩气 ‹‹‹‹‹煤层气 ‹‹‹‹‹天然气‹成因‹类型有机质热氮化成因, 物成因有机质热氮化成因, 物成因有机质热氮化成因, 物成因,原 解成因‹主要‹成分甲烷 主,少 乙烷、丙烷等‹甲烷 主 甲烷 主,乙烷、丙烷含 变坏较大‹成藏‹特点自 ,自储,自 自 ,自储,自 、储、盖合理组合‹分Æ‹特点受页岩分Æ控制,有广Æ性受煤层分Æ控制,有广Æ性受 、储、盖组合控制‹储集‹方 吸附气 游离气 存,吸附气˝20ˇ 5ˇ吸附气 主,˝ 5ˇ以受 、储、盖组合控制‹储层‹特点低孔、低渗特征,Φ ¸ˇ ˇ,k>´00藏‹深度较浅,最前 ˆ2米 一般大于´00米 一般大于500米‹资‡‹潜›¸5 × 12 310 m ´ × 12 310 m ¸¸× 12 310 m‹开采‹特点排气降 解 开采 排气降 解 开采 自然 ›开采表 ‹页岩气与煤层气、常规天然气的¢ 页岩气开发国内外现状‹‹‹‹页岩气藏的储层一般呈低孔隙度、低渗透率的物性特征,气流阻› 常规天然气大,采 率 常规天然气低,一般 要实 才†开采,页岩气开发的成 也就 ¢ 加 。因此, 获得较高的 益率, 要加快钻井速度,提高单井 †,延长开采期限。‹‹‹‹ –在页岩气开发方面走在 的前列,已 入页岩气开发的快速发展阶段,其页岩气 已˝ –天然气˛ 的 加 大 开采还处于起步阶段, ˜˜ ‹‰ 开 页岩气 开采,200 ‰的 超过2ˆ´ 0 ‹m´ 而才刚刚起步。‹‹‹‹自 – 2 ‰完钻 一 页岩气井以 ,页岩气钻井先 经历 井、单支水平井、多分支水平井、丛 井、丛 水平井的发展历程。2002‰以前, 井是 –页岩气开发的主要钻井方 着2002‰ †‡ æ特页岩气实验水平井取得 大成 ,水平井已成 页岩气开发的主要钻井方 丛 水平井 以降低成 、节约时间,是 较 的页岩气钻井技术。‹‹‹‹水平井是页岩气藏成 开发的关键,页岩气开发的经验,水平井的气 ¡最 气 是 井的´~5 , 气速率 提高 0 ,而水平井的成井的25ˇ~50ˇ。‹‹‹‹–外在页岩气水平井钻完井中主要采“的 关技术有: 导 技术,“于地层 导 地层 , 在目 区æ钻井 钻 井( D)‹ 钻 (¡ D)技术,“于水平井¢ ƒ位 地层 , 导中£地质目 控 或⁄平¥钻井技术,“于ƒ§、提高钻速 储层 “'气'“« 质 泡沫 井技术,“于解决低 ‹§长› 水平段 井质 水平井技术,降低 –的技术难度 有机 †机‡·合ƒ 技术, 井壁稳ƒ性。‹‹‹‹¶外,页岩气水平井钻井要考虑成 ,垂 井段的深度不超过´000米,水平段长度 于500~2500米。考虑 钻井完成 ,页岩气开发要 行• ,水平井延‚方位要垂 地层最大 ›方 ,—„才† †”着地层最大 ›方 行 。‹‹‹‹⁄平¥钻井时,•»在…‰井段有 ¿地使井 ›低于地层 ›, 钻`渗透性地层时,地层流体会不´流入井 “« 地面。页岩气“'气'“« 质, ˆ¯ Œ 暗色页岩¢天然气›˘的†›,以指导页岩气藏勘探,提高勘探开发水平。¶外,在页岩气水平井钻井中,采“⁄平¥钻井技术实 ˙钻井,†¨避免损 储层。‹‹‹– 资‡部200˜‰ 0˚ 在重¸ ˝˛ˇ— 中– 个页岩气资‡勘 目。— 着 – 加 大之 ,中– 开 —一 型†‡页岩气资‡勘探开发。‹ ¢中– 型†‡ 起 §'“,在中– 气 有 程 Æ。经过 ‰的勘 ª· ,ŁØ Ł、Ø、Œ、º、 、 、 、 等 区,最 æ势区 ƒ在重¸ 部, ƒ 一ı以˝˛ 起点,经 、、 ł、ø水、Ø˛、œß、 的开发 。也就是说,中–页岩气开发会从˝˛起步,走 –。˝˛有着独特的地理位置 资‡æ势,它处于云贵高原 四 盆地过渡区 ,沉§地层齐 ,页岩气埋藏浅,深度大概在200米 00百米之间,有利于开发。‹中–的页岩气勘探开发 会迅速发展。‹‹‹ –页岩气勘探开发还刚刚起步。目前, –页岩气勘探开发主要集中在四 盆地¡其周缘、 尔多斯盆地、辽河 部凹陷等地。中–石 在 、ŁØ北地区æ选 威远、长宁、昭通 富顺个有利区块,完钻 0余 探井,其中 井获得气流。完钻 水平井 ,在钻、完钻水平井多 。中–石化在Ø 、 、 西、 北、泌ß、˛汉、皖 等地完钻 0余 探井,其中 井获得 气流。完钻 水平井 。æ选 ø水、 、黄平等有利区块。中海 在皖浙等地区开展 页岩气勘探前期 '。延长石 在 西延安地区5 钻井取得陆 页岩气重大发现。中联煤在 西沁水盆地提` 寿ß、沁‡ 晋城´个页岩气有利区。‹‹‹ – 有加快发展页岩气的有利ı件。如果– 得 , 以大大缩短 –页岩气开发利“的发展过程,实现跨越 发展。Œº2020‰ 超过‹ 000¯˘方米,˚–目前常规天然气 水平, 持 持强劲 长势头。20´0‰ 有¥与常规天然气 ,与 – 近。‹‹岩气钻井难点 行 ,其æ容主要包括以下几个方面:‹‹‹‹( ) 献资料 ,阅读 分 –æ外有关 献资料, 解页岩气发展现状 ‹‹‹‹(2)‹阅读 关 献 解页岩的 前的开发¯ (´) 献分 页岩气钻井、 井、完井的方 ¡其注 的难点 ‹‹‹‹(¸)ˆ在储层 采`的特点 第二章 页岩气钻完井现状及难点 ‹‹‹‹‹页岩气在勘探开发中的各个«节,†不与科技 步紧密 连,技术的创 与推广,是页岩气开发取得成 的 擎。技术 步推 推 页岩气的持快速发展。由于页岩气大部分以吸附态赋存于页岩中,而页岩渗透率低,要通过完井技术提高其透率,同时又要避免地层损 ,是 的关键, 关系 页岩气的采 率,因此在 井、完井方 、储层 方面有其特 要求。‹‹ 渗透率中,大部分 气页岩分Æ 围广、厚度大,且普 含气,使得页岩气井†¨长期地稳ƒ 气。一般情况下,页岩气开采 有´个特点:( )‹ †›低或†自然 †›。由于页岩气储集层通常呈低孔、低渗特征,气流阻› 常规天然气大,难以开采,因此所有的井都 要实 才†开采` 。‹(2)井的寿命 周期长。页岩气在泥页岩地层中主要以游离态 吸附态存在,游离气渗流速度快,初期 较高,但 下降快 ª,吸附气解 、扩散速度慢, ¢较低,主要 于页岩气稳 期, 入 期 递减速度慢,使得 周期变长。已经有页岩气井 明,其寿命最高 以˚ ´0a‹以 。‹‹‹‹(´)采 率变化较大,‹ 且低于常规天然气采 率。层 ›、有机质含 吸附气 等的不同,‹不同页岩气藏的采 率也不尽 同。 关…岩气采 率通常低于常规天然气采 率,‹常规天然气采 率 ˚ 0ˇ以 ,页岩气采 率一般小于 0ˇ。‹‹‹不同于常规天然气的开采特点,决ƒ 页岩气开发 有其独特的方 。目前,–已经 有一批先 技术 以提高页岩气井的 ,主要包括水平井技术 多层 技术、清水 技术、重· 技术、同步 技术等,—些技术 在不´提高着页岩气井的 。近‰ ,页岩气开采技术的突破使 –的天然气储 加 ¸0ˇ,一举成 天然气 一大–。ŁØ认 ,在未 20‹‰ ,许多–Ø的天然气储 也 `现类似的 幅。平井钻井技术‹‹‹‹水平井是页岩气藏成 开发的关键因素,水平井的推广 “加速 页岩气的开发 程。在页岩气层钻水平井, 以获得更大的储层泄流面§,更高的天然气。页岩气开发的经验,水平井的 气 ¡最 气 是垂 井的´~5 , 气速率 提高 0 ,而水平井的成 垂 井的25ˇ~50ˇ。–外在页岩气水平井钻完井中主要采“的 关技术有:① 导 技术,“于地层 导 地层 , 目 区æ钻井 ② 钻 井技术( D)‹ 钻 技术(¡ D),“于水平井¢ ƒ位、地层 , 导中£地质目 ③控 或⁄平¥钻井技术,“于ƒ§、提高钻速 储层 “'气'“« 质在页岩中钻 ④泡沫 井技术,“于解决低 ‹§长› 水平段 井质 ,水平井技术,降低 – 的技术难度 ⑤有机 †机‡·合ƒ 技术, 井壁的稳ƒ性[˜]。¶外,页岩气水平井钻井要考虑其成 ,垂 井段的深度不超过´‹000‹m,水平井段的长度 于500‹~2‹500‹m。考虑 钻井完成 ,页岩气开发要 行• ,水平井延‚方位要垂 地层最大 ›方 ,—„才† †”着地层最大 ›方 行 。⁄平¥钻井时,•»有 ¿地在…‰井段使井 ›低于地层 ›, 钻`渗透性地层时,地层流体会不´流入井 “« 地面加以控制,页岩气“'气'“« 质在暗色页岩中钻 , ˆ¯ Œ 暗色页岩¢扩散 天然气›˘的†›,以指导页岩气藏勘探,提高勘探开发水平。¶外,在页岩气水平井钻井中,采“⁄平¥钻井技术,实 ˙ 钻井,†¨避免损 储层。–肯德基州派克ˇ的派克´ 井是泥盆系页岩气井, ˜ ‰ ˚完钻,完钻井深 ´´0‹m,在井深 0˜‹“'气钻井,目的是在钻井时排`地层水以 持干净的井 ,便于¿别天然 缝 烃类 入井 的情况。水平段水平井钻井难点‹‹‹‹井斜角大 井段长两个基 特点 发的重›效 ,是大位移井钻井技术的,由此 一系列的 难点,也因此导致 一系列特 的井下 、地面 。以下 合 2‹¢大位移井钻井技术的 难点' 一步分 。‹‹‹‹‹‹‹‹如 2‹所 ,大井斜 长井段 成的突`的重›效 ,会 以下一系列 ‹‹‹( )重›效 大 大摩阻,从而导致大;导致 钻 难,钻速慢;也容‹导致钻 加 难 地面 扭矩不 , 钻 。‹‹‹(2)重›效 大 岩 §,从而导致 钻、钻 损´ 等井下 。‹‹‹(´)长井段 导致重›效 大外, 就要求长的钻井时间,长时间钻 长稳斜…‰段,‹ 成井壁超过稳ƒ周期而 , 起井下 。‹‹‹(¸)长稳斜…‰段的 期,因井深 长‹ 成井‰ 难( ·†›受 限制)‹,从而导致 控制难度 加, 成井 质 差,使 的下难度 加。‹‹‹(5)长…‰稳斜井段因重›效 突` 成的高摩阻,使一般下变得 分难。深度¡大的大位移井发 过º位置的情况。井下 、 等的要求‹‹‹¢井下 、 的要求,‹表现在 0‹个方面。‹‹( )选¢钻机,‹克£大摩阻,‹ 钻`长井段。‹‹(2)选¢钻井⁄,‹ 排 ,‹清¥井‰,‹降低摩阻。‹‹(´)选¢ 置,‹ 井‰质 。 (¸)选¢钻井方 ,‹提高钻速,‹减小摩阻 井下' 时间。‹‹(5)选¢钻井 ,‹ 有 ¨扭矩克£摩阻钻`长井段。‹‹( )选¢ 控系统,‹ 导 †›,‹控制¢ 。‹‹( )‹选¢井下 ,‹ 钻头加 ¨钻 ,‹快速钻 。( )选¢井下 ,‹减少摩阻与。‹‹(˜)选¢钻井ł,‹减少摩ƒ,‹ 大§ †›。‹‹( 0)‹选¢下 顺利下入 '中。‹‹‹˛而言之,‹—一系列要求的 在于,‹“ 程“段(‹ 、 、 、 )‹,克£大摩阻,‹提高钻速,减少' 时间,‹ 成 ,‹«‹成 。‹‹‹井位与井‰方位选›页岩气井的水平井位与井‰方位 选›在有机质与缝发位,水平井的方位角¡ ¨¢页岩气 重要的 。一般水平井选›与主要 缝 –系统大致平行的方位钻井,†¨ 成†多‡ ·导 缝,使天然或·导 缝 – 此联通, 大 气体 ¶表面§,提高页岩气采 率。在水平钻井过程采“¡ D( 钻 井) 自然•‚ 井„ 在页岩段æƒ 控制ƒ位, “¢ 井…”…井§ ´层的区 。水平钻井取得成 的关键是有效的井 º,利于节约完井 ı理成 。钻井' 采“泥浆系统、井下钻 以¡ƒ 等常规钻井技术。采“地质导 技术, 在目 区æ钻井,避免´层 其…·‰构 区, 会导致钻¿目 区,或 发 井§。通常,水平段越长,最 采 率 初 开采速度就会得 越大的提高。井技术页岩气 井水泥主要有泡沫水泥、`溶性水泥、泡沫`溶性水泥以¡´ ˆ˜¯˘水泥等¸种类型。其中´ ˆ˜¯˘水泥成 最低,泡沫`溶性水泥 泡沫水泥成,高于其…两种水泥,是´ ˆ˜¯˘水泥成 的 ˆ¸5 。(‹ »页岩气井通常采“泡沫水泥 井技术,由于泡沫水泥 有浆体稳ƒ、密度低、渗透率低、失水小、˙¨强度高等特点。因此泡沫水泥有 ¢的ƒ˚效果,†解决低 ‹§长› 段·‰井的 井 ,而且水泥¸入 离短, 以减小储层损 ,泡沫水泥 井 常规水泥 井 气 平 高`2´‹ˇ。 –˝k˛aˇ——d — —种泡沫水泥,它 层位› 同时又 制 高的 ›。泡沫水泥 井 部,—种 也 以 避免 过程中的井壁 ,泡沫水泥的延展性 其低的 缩强度。(‹2» – a 页岩钻井过程“`溶性水泥 井,`溶性水泥提高 碳`Æ的含 , ` `性物质水泥 会溶解, ¶时间¡溶解度 其溶解过程。溶解†›是碳`Æ ¡ ¶时间的ª…。常规水泥也是溶于`的,但˚不 `溶性水泥的—个程度,常规水泥溶解度一般 25ˇ,而`溶性水泥溶解度 ˚ ˜2ˇ,较容‹ 行`化 。(‹´»泡沫`溶性水泥由泡沫水泥 `溶性水泥构成, 有泡沫 `溶性水泥的特点,同时 泡沫水泥 `溶性水泥的æ点。一种 型的泡沫`溶水泥由¯˘普通水泥加 碳`Æ,以提高`的溶解性,然 “氮气 泡沫, 类型水泥 井不 †¨避免水泥 过程中的井壁 ,而且†¨提高 †›。(‹¸»´ ˆ˜¯˘水泥体系通过 泥浆密度 变水泥强度,“ 有效ƒ §失,同时有利于水› 缝,流体§失Ł加Ø ƒ§Ø的使“†有效ƒ 水泥 入页岩层。—种水泥要† 制Œ 常规水泥更高的 ›。‹要包括 º孔完井、 ı 井 º孔完井、…‰º孔完井、组合 完井、机 组合完井等。( ) º孔完井 º孔完井的 流程是:在 ,从 æ º`的高速流体º¿石,˚ º孔的目的,通过 ı 行多层' ,其æ点是免 下› 或 ,缩短完井时间, ¢成 ı单,有利于 期多段 ,缺点是有 † 成水泥浆¢储层的 , –大多…页岩气水平井 采“ º孔完井æ点是有利于多˘º孔分段 ,成 中,但 ¢·‰, 井难度较大, † 成水泥浆¢储层 。…‰º孔完井†¨有效避免水泥¢储层的 ,避免注水泥时 地层,避免水泥ł入地层的原有孔隙中,¢ı单,成 ¢较低,缺点是 期多˘º孔分段 难度较大,不‹控制, 期完井– 难度加大。 ı 井 º孔完井¡…‰º孔完井在页岩气钻完井中不常“。(2)组合 完井组合 完井是在合 分 各段,分别 行º孔或 ,—是页岩气水平井最常“的完井方 流程是下井、º孔、分离井,但因 要在 中º孔、ø› 、钻 ,也是最 时的一种方(´)机 组合完井‹‹‹机 组合完井是目前–外采“的一种 技术,采“特 的 ›, “于水平…‰井段限流 ,一œı ß 完成 井 分段 。时 完井 下入水平井段, ø› ,注入`溶性水泥 井。井 ⁄入 ł,先¢水平井段 端 一段实 ,然 通过井 落 系统操控 次逐段 行 。最 放 洗井, 回 ß 投 。 › 的橡胶在` 气时会自 发 ,› «'、 离 层, 时间也 控制,目前主要有¯a˛˛— ‹ 的D ˛ a‹S )由于页岩地层 缝发水平段• 200井中‹发 井§、垮 等 , 成钻井ł大 §失、 钻、埋钻 的 程 。‹‹(2)页岩气水平井钻井中,水平段较长,摩阻、§岩¡地层污染 非常突`,钻井ł¢坏 钻井效率、 程 的发 率¡储层 ‹(´)页岩气单井 †低,勘探开发成 高, 要æ化钻井 ¡ 发低成 钻井技术¡其配,提高采 率,降低钻井 程成 。‹‹(¸) 井水泥浆配方 – 处理不 ,会¢页岩气储层 成污染, 加 难度, 期采气效果。‹‹(5)完井方 的选›关系 程·‰程度、成 ¡ 期 ' 效果的, 合的完井方 †有效ı化 程·‰程度、降低成 , 期 完井创 ı件。�����( )在钻`高水敏性活性泥岩、软泥岩、黏泥岩¡ 性层理 缝性泥页岩时,—类地层化 而导致井壁失稳、钻井效率低下。活性泥页岩水化分散起钻井ł中黏 含 ,微米、亚微米 颗粒 多,导致滤饼虚厚、钻井ł黏切 高、振 筛 浆、流变性†恶化,同时黏性泥岩钻 ¢钻头表面 有¡强的黏附性†,一ƒ程度 强 钻 与钻头表面的黏合› 成钻头泥包,加扭矩 持效 ,降低钻头的切削深度 破岩效率。‹‹( )页岩气藏的储层一般呈低孔、低渗透率的物性特征,气流的阻› 常规天然气大,所有的井都 要实 储层 才†开采` 。�‹�‹������������‹�������‹���‹�‹�����������‹������‹�����������������‹��������������( )针¢页岩 有‹ 、‹破碎的特点,开展页岩气钻井井壁稳ƒ性 ,避免钻井过程中井壁的缩颈或 。‹‹‹‹(2)针¢页岩地层特点,开展Œƒ水井钻井 程 的 ,æ选或 制有关Œƒ 处理 ,避免 钻、埋钻 等 程 发 。3)深入开展 合页岩地层特点的控 或⁄平¥钻井 技术 ,æ化钻井ł性†,降低钻井有效摩阻,提高钻井效率,Œƒ井§发 。4)埋深特点,有针¢性的 æ化井 构 完井方 ,满高效、安 、 质¡成 要求。‹‹‹‹(5)开展页岩气水平井 井 水泥浆配方 •如泡沫水泥浆配方等»‹,水平段æ质 井质 要求,避免¢储层的污染。第三章 泥页岩井壁稳定性问题‹‹‹‹‹钻井过程中泥页岩 † 、分散或剥落至井孔æ,‹泥页岩井壁不稳ƒ 以说是 围æ最 常见的 最难处理的与钻井ł有关的钻井 。长期以 ,‹ 有效地解决井壁不稳ƒ间 ,‹–æ外广大的钻井Ł 粘 Ł ' 在理论 实践 行 大 的探索 提` 的ƒ治– 。钻井' 不 起的井孔¸蚀 井孔 ,‹ 以通过 善钻井技术加以解决;‹因粘 与泥浆滤ł 互'“而 起的泥页岩 、溶解 分散,‹ 以采“选›匹配的钻井ł 加入 Ł加Ø办制或部分抑制;‹¢于层理、 缝发通过加入 ›堵Ø的办;‹ ›异常 起泥页岩 ,‹ 以采“ 泥浆 重的办 持井下 ›平¥。实践 明,‹ 持泥页岩井壁稳ƒ,‹选›合 的钻井ł至关重要。然而,‹ 起泥页岩井壁不稳ƒ的原因是多种多„的,‹没有一种钻井ł† 所有地层,‹ 有不同基础ł体、主要ł ß离子、或不同物理特性的钻井ł 有不同的行 。因此,‹如何才†得 最佳的钻井ł选›,‹仍然是一个值得 深入探索的课 。页岩的微观结构泥页岩是一种成分多变的 广 分Æ的沉§地层的名称。大多…情况下,‹泥页岩主要由粉¿ 粘 两种组分组成 含有… 不等的微 组分。¢于泥页岩在ł 质中的稳ƒ,‹粉¿ 粘 两种组分起着决ƒ性的'“。粉¿只是泥页岩中的非常细小的¿粒,‹而粘 是控制泥页岩构 物理性质的主要因素。因此,从泥页岩的稳ƒ性`发,‹ 以把粘 分成两类,ß 性或蒙皂石粘 非 性或非蒙皂石粘 。‹‹‹‹‹‹—两类粘 以ı单地ƒÆ ‹在有水存在的ı件下,‹ 性或蒙皂石粘的体§ 因吸水而 加儿 ;‹非 性或非蒙皂石粘 的体§ 通常不会超过百分之几。一般说 ,‹蒙皂石粘 非蒙皂石粘 代表的 是两种然 `的混合粘 多 有中等程度的 性。 以外,‹在像水一类的不论是 性粘 还是非 性粘 会发 分散。显然,‹¢于泥页岩井壁的稳ƒ,‹粘 矿物的'“非常重要。页岩分类分 泥页岩的井壁稳ƒ ,种类、… 、泥页岩母体特性 水化分散趋势, 以 泥页岩分成以下五类。1)蒙脱石含 高、伊利石含 也较高的¡软的泥页岩, 分散趋势¡强。2)泥页岩的粘 含 一类 ,但有些蒙脱石已经脱离 离子交换,形成伊利石 间层粘 矿物。 类泥页岩的 分散趋势 性 性泥页岩,伊利石 间层矿物含 较高。4)‹ 的硬性泥页岩,伊利石 绿泥石的含 较高。 粘 外,其余部分由石˙ 长石组成的惰性基岩,其粘 部分会发 有限的 分散。5)在大 的微 缝。其中的伊利石 高岭石、绿泥石含较高,其 分散趋势大大降低,但` 流体¸入时,会”微 缝处发分散。 ‹ ‹ 一 般 泥 页 岩 渗 透 率 , 渗 透 率 310-~9μ 2m 时不发 常见的钻井ł滤失现象,井壁¡难形成泥饼.中深井段 深井段的泥页岩因 实脱水 缩成岩'“等,矿物颗粒间 微孔之外,还有开度小于10μm的毛细 缝.岩„端部 ¶水,采“CT成像 行扫描,泥页岩存在较强的毛细ı效 ,水从岩„ 部通过矿物颗粒间微孔缝或层理等毛细ı 发 明显的自吸现象, 导致泥页岩æ部 构发 变化, 缝 着时间的延长而˜变发展, 至发 宏观破坏.从CT成像‡切面观察•见‹ — ‹»,岩„æ部`现明显的微 缝,以¡ 缝起 、扩展¡破坏的˜变 过程:微 纹萌 、扩展、分叉、归 、重分叉、再扩展、贯通、宏观破坏. 缝的扩展有3个阶段:趋于 束区、快速扩展区 发展区.3.页岩水化演变机理岩石æ部 构 水化提œı件.硬脆性泥页岩中颗粒间孔缝或层理 毛细ı效 的基础, ł体¸入提œ通 .在水或其…ł体表面张›一ƒ的情况下,毛细ı 径越小,毛细ı›越大,自吸深度越高,且自吸速度越快,入毛细ı连通处时 会`现分流情况,在大小不同的毛细ı之间形成 互连通的 –.水 在推 过程中,小毛细ı 从与其 连通的大毛细ı中吸水, 径较大的毛细ı中的水是先从边缘部分 , 之 中间部分 前 ,其最 的 果是大小毛细ı中的水 几乎同时 前推 ,水化'“逐步 面发展,促使缝纵 ‡ 不´发展,原有微观 构破坏.‹‹‹CT成像 果表明,岩石æ部微观 构˜变 有明显的阶段性,微 纹萌 稳ƒ扩展,加速发展,汇合归 贯通,`现大 纹 大 纹迅速 宽成 缝•失合›的表面»,稳ƒ发展 至破坏,其间 纹的扩张ß加宽与扩展 互交 ,泥页岩的变形与破坏 质 表现 微观 纹的扩张、延展、连通˜变. CT 层 像 行着色处理成 •见 ˜», 硬脆性泥页岩水化 æ部微观构 的 ˜ 变 机 理 .颗粒边 成 重要的初 微观损 点, 纹的萌 先发 在颗粒间微孔缝最 发最 弱的地方.扫描 ¡CT成像 果显 ,微小 纹、微孔`现在颗粒边 ,颗粒与颗粒间或颗粒与各种胶 物间的 合较 弱,原 微孔缝被水 .由于水的与岩石æ部矿物颗粒表面 的 基 '“,取代原 的颗粒间 键,使 互间 持稳ƒ 合的æ聚›削弱或失 ,颗粒 色变暗ß由高密度 低密度 化,矿物颗粒表面发 水化呈现暗色水化 ,黏 矿物 状 构发 面面 , ¶点面处黏 矿物水化 分散成细小微粒或从基质颗粒 剥离开,落入较大孔缝中,或导致基质矿物或胶 物溶蚀等,使得矿物颗粒间 ¶边缘的 状或不规 状趋 变成 规 状,致使 不 通的原 微孔缝扩张、延展、连通,微 纹萌 ,原 微观 构破坏.微 纹发 纹… 多, 纹方 呈现 发展†明显规 ,宽度 长度也呈现非 性 长的特性•见 0 ».壁失稳影响因素‹‹‹( )› 因素‹‹‹‹˙ 差钻井:˙ 差钻井是 成井 的主要原因之一。在钻井过程中 成˙差的原因是 ‹‹钻井ł密度低于地层 ›系…;‹起钻时的 吸'“;‹起钻时不¡时 满钻井ł,‹ 部地层 ›得不 平¥,也‹ 起缩径或 。‹‹‹‚ 岩层 ›:‹ 岩层 › 井深的 加而 大。在同一井深处 岩层›越大, ›越大,‹井壁越容‹剥落,‹平¥ ›所 要的钻井łł ›越大。‹‹‹ƒ水平地 ›:‹其…值越大,‹井 的 性就越大。水平地 › 井深的 加而 大。‹‹‹④地层孔隙 ›:‹地层孔隙 › 井深的加深而 大钻开地层 † ¨的› 平¥æ 放而导致井 。此 ›越大井 ›越高。‹‹‹‹(2)化 因素‹‹‹蒙脱石含 :‹含蒙脱石的泥页岩`水 散,‹其分散程度 蒙脱石含 的 加而 大。‹‹‹‚泥页岩埋藏深度与 实程度 ‹泥页岩埋藏浅、 实程度低、`水 ˘ 分散成细颗粒。‹‹‹ƒ胶 物种类与胶 程度 ‹Æ质胶 的页岩不‹分散,‹而泥质胶 的页岩散。‹‹‹泥页岩井‰失稳 ,‹实质是泥页岩吸水水化 。解决井‰失稳必 从ƒ 页岩水化。泥页岩水化分 表面水化 渗透水化。在—两种水化'“中,‡度 差¡大时,‹渗透水化在成¡高的渗透 ,‹所以它¢井壁稳ƒ起决ƒ性的'“。‹‹‹‹(´)钻井 程因素‹‹‹‹钻井周期长由于钻速慢、组 多,‹‹ 地层的ł泡时间过长,‹ 成 重的井 。‹‹‹‹‚钻速与排 不匹配¢于软地层,‹ 钻速过快,‹且与钻井ł排 不匹配,‹会使«'钻 ¡度过大,‹粘¢在井壁 , 成井径缩小,‹起钻时£活 而 下部地层同时,‹ 钻井ł⁄速过大,‹¥ƒ井壁 已形成的泥饼,使滤ł 入地层,‹ 起粘 水化、 、分散,‹‹发 井 。‹‹‹ƒ井 质 差井斜过大,‹ 导致地 ›集中,‹§ ›集合点 †是页岩剥落的突破点。‹‹‹④钻井łł ›突降常在– 不 时 成井 、井§¡起钻不 满钻井ł而导致ł ›大幅度下降,‹ 起受›不平¥而发 井 。‹‹‹⑤ 钻 壁 起井壁 ‹‹‹(¸)钻 ł性†变化¢井壁稳ƒ的 ‹‹‹滤失 在 同 差下,‹滤失 越大,‹ •地层的滤ł越多,‹加“ 水化'“‹‹‚滤ł矿化度透效 理论ˆ‹在钻井ł中加•一ƒ 的†机‡,‹提高钻井ł滤ł的渗透 ›,‹使之等于或大于泥页岩原 水的渗透 ›,以减少滤ł 入井壁,‹ 以抑制页岩水化 ,‹而—种'“与滤ł的矿化度,‹ß†机‡离子的¡度有关。矿化度越高抑制'“就越强,‹渗透 ›就越高。‹‹‹ƒ密度钻井ł密度¢井壁稳ƒ起决ƒ性的'“,‹«其是实 近平¥钻井时, 不‹ 钻井ł密度降得过低,‹ † 成井 或井 。¢主要由水化 起的井 段,‹钻井ł密度变化过于›会¢已水化 、分散的泥页岩 –‹'“,‹不利于井壁稳ƒ。‹‹‹④流变性†流变性†的变化会 起井æ“« ›的变化。粘度、切› 加,‹“« › 加,‹使井壁的 大,‹起钻时的 吸'“ 强。ª之,‹ †会 变«'流态,‹加“¢井壁的¥ƒ'“岩气井壁稳定性的认识及建议‹‹‹• »‹与钻井ł有关的泥页岩井壁不稳ƒ 的 是泥页岩的成分、 构 构 特征¡其理化性†。‹‹‹•2» 以把不稳ƒ泥页岩ı一单地分成 类,‹ß 性或蒙皂石泥页岩 非 性或非蒙脱石泥页岩。硬脆性• 缝性»页岩 ›异常泥页岩是特 类型的非 性或非蒙皂石泥页岩。‹‹‹•´»‹ '“ 不是泥页岩井壁不稳ƒ的†一机制,‹非 性泥页岩的不稳ƒ机理主要是溶解'“ˆ‹ß便是含有较多的 性粘 矿物的泥页岩,‹在‡度、›较高的深层ı件下也主要·现 溶解'“,‹ '“只是 位的。‹‹‹•¸» 离子 高分子聚合物是非常¢的稳ƒØ,‹但¢于不同类型的泥页岩,其'“机理是不 同的。¢于 性泥页岩,‹¶‹˜‹的主要'“是 缩双 层 减小水化›,‹聚合物(如•¡•等)‹的主要'“是 加 ›;‹¢于非 性泥页岩,聚合物(如 ‹ S„‹等)‹的主要'“是以成 键的方 把粘 颗粒束‚在一起,‹¶‹„
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本文标题:页岩气钻井难点及对策研究毕业伦文1
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