页岩气钻井关键技术及难点研究
摘要：页岩气属于非常规天然气资源，国外的页岩气开发已经积累了一定的经验。

我国的页岩气开发处于初级阶段，为了更好地开发页岩气，结合我国页岩气
井钻探的实际情况，对页岩气钻井关键技术进行研究，解决钻井的难点问题，不
断提高页岩气井钻探的效率。

关键词：页岩气；钻井；关键技术；难点分析
我国页岩气资源丰富，普遍存在分布广、丰度低、易发现、难开采等特点，
是具有自生自储、低孔低渗、无气水界面、大面积连续成藏的低效型气藏资源。

据在川南和滇北地区的页岩气完钻井统计显示，页岩气开发主要存在地层不确
定因素多，压力及流体性质难以预测; 泥页岩和致密砂岩易水化膨胀、易破碎，
井壁不稳定; 固井易气窜，完井困难; 储层易损害，采收率低; 钻井速度慢，钻井
周期长; 开发技术难度大，钻井成本高等问题。

为获得较高的钻井收益率，需要
掌握页岩气藏地层特点，预防和克服井下复杂情况，加快页岩气优快钻井配套
技术研究，实现我国非常规油气资源开发的突破与发展。

1.页岩气钻井关键技术
1.1页岩气进入井眼途径
页岩气井中，页岩气进入井眼的过程如下：在钻井、完井压降的作用下，裂
缝系统中的页岩气流（游离气）向井眼并且基质系统中的页岩气（吸附气）在基
质表面进行解析；在浓度差的作用下，页岩气由基质系统向裂缝系统进行扩散；在流动势的作用下，页岩气通过裂缝系统流向井眼。

页岩气进入井眼途径复杂，
是钻井过程中的关键之一。

1.2钻井井位部署
页岩气的吸附气含量达到25 %~85 %，同时没有远距离的运移和聚合，因此，其开采必须借助于现代化的压裂工艺，通过进一步扩充裂缝，连通相关的孔隙，
从而获得一定产能的页岩气。

以前由于压裂工艺和设备的限制，导致无法获得具
有工业价值的页岩气。

现代设备和技术的快速发展，是目前页岩气工业能够快速
发展的重要因素之一。

1.3浅层大位移井
大位移井是在定向井、水平井技术之后又出现的一种特殊工艺井。

大位移井
的定义一般是指井的水平位移与井的垂深之比等于或大于 2 的定向井且井斜角大
于 60°，具有很大的水平位移和很长的大井斜稳斜井段。

地质导向工具、旋转导
向钻井系统、闭环钻井、先进的随钻测量系统、新型钻井液、先进完井工具得到
开发和应用，促进了长水平井钻井技术的迅速发展，目前已经钻成了水平位移超
过 10 000 m，最大水平段长度已达 6 000 m 以上。

目前国内浅层大位移水平井钻
井研究情况非常缺乏。

2.页岩气水平井钻完井技术的难点分析
2.1井眼轨迹优化设计及控制
由于页岩气储层渗透率低，为了实现页岩气的高效开发，必须进行大量水平
井钻井，而长水平段水平井钻井过程中，如何有效降低摩阻扭矩，如何实现井眼
轨迹精确控制则是需要解决一个难点。

为了获得更好的压裂效果、沟通更多的
天然裂缝以及井壁稳定的考虑，水平井眼轨迹通常设计为沿着最小水平地应力
方向，同时，为了降低钻井成本，国外多采用多井平台长水平段水平井开发，即
每平台 6～8 口水平井，最多可达 24 口井，水平段长度通常介于 1000～1500m，
最长达到 3000m。

因此，页岩气平台水平井三维轨迹不可避免，如何实现精确
导向、防碰绕障等问题也相继产生。

针对精确导向问题，虽然目前有一系列旋
转导向工具，能够提供精确定向服务且能形成高质量的井眼，但是成本高，在
规模开发中，普遍采用旋转导向实行轨迹控制与页岩气开发的低成本战略不相符，如何采用 MWD+常规导向马达，在滑动+旋转钻进方式下实现页岩气水平井三维
轨迹的精确高效控制也成为当前面临的一大难题。

2.2井壁稳定
对泥页岩井壁失稳问题的研究，虽然取得了一系列的成果，但井壁失稳仍是
页岩气钻井过程中的一个难题。

如涪陵页岩气示范区，钻井过程中经常出现严重
井眼垮塌问题。

井壁失稳问题表明，不管是使用水基泥浆还是油基泥浆，都不
能很好地满足当前页岩气水平井长水平段的安全钻进要求，因此，对页岩气水平
井井壁失稳问题仍需进行技术攻关，主要包括：地层构造分析、岩性分析、水平
段岩石力学特性分析、地应力精确预测、泥浆类型优选、安全泥浆密度窗口等
多个方面。

2.3套管难以下入
对于浅层大位移水平井，由于其定向造斜段存在较高的造斜率，在对斜井段
进行滑动钻进、定向作业时，井壁会容易形成小台阶；造斜点到靶点会存在较大
的狗腿度，进行起下钻时极易形成键槽；井斜发生较大变化时，会增加井眼清
洁难度，导致下套管时容易出现粘卡，致使套管难以下入。

另外，由于井眼存在
较大的曲率，而且水平段也较长，套管下滑时摩阻大，难以自由下滑。

套管在下
滑过程中会产生极大的摩阻，在直井段套管提供的驱动力很小，套管要想下滑
至设计井深存在极大的风险。

2.4套管受损
当井眼发生弯曲时会产生弯曲应力作用，这时若套管柱通过水平井弯曲段也
会承受弯曲应力作用。

与此同时，若采用薄壁管套管，套管柱在承受弯曲应力作
用时，即便弯曲应力值处于材料承受范围内，但随着弯曲应力作用套管截面会
变成椭圆形，从而使得套管的稳定性丧失。

套管变成椭圆形，则套管的公称尺寸
就会大于椭圆形套管的短轴，因此，部分工具不能下入。

当套管柱发生严重弯曲时，容易出现屈曲变形破坏情况。

3.总结
通过对页岩气钻井关键技术及难点的分析，掌握了页岩气钻井的先进技术措施，解决页岩气钻井的难点问题，提高页岩气井钻探的效率。

针对页岩气井钻探
的难度高的特点，优化设计页岩气水平井的钻探工艺技术措施，采用先进的钻探
工艺技术措施，保证页岩气井钻探的质量，满足页岩气开发的需求。

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