水平段井眼位置及方向的设计主要依据地应力资料 水平段井眼位置及方向的设计主要依据地应力资料 位置
最大应力方向
水平井眼取向
水平井眼位置选择在低应力区、高孔隙度区、脆性矿物 富集区和富干酪根区，为后期压裂提供有利条件。
水平井眼方向沿最小水平应力方向钻进，后期压裂裂 缝与井眼方向垂直，压裂改造效果好。
科学钻探 永无止境
建页HF-1： φ215.9mm牙轮钻头+φ165mm×1.5°螺杆+φ210mm扶正器+浮阀+无磁 承压钻杆+MWD无磁悬挂短节+短无磁钻铤+ φ127mm斜坡钻杆 ×1500m+φ127mm加重钻杆×30根+ φ127mm斜坡钻杆
科学钻探 永无止境
五、页岩气钻井技术措施 3、井眼轨迹控制
坚持“少滑动，多旋转，微调和勤调”的原则。根据井 眼轨迹的控制要求、钻具造斜率变化要求频繁以及尽可能减 少起下钻次数，以有效降低键槽的发生，可采用可变径弯壳 单弯螺杆进行定向，或者使用变径扶正器来有效调整造斜率 的变化。对于水平段后期的施工过程中的扭矩、摩阻明显增 加，钻压无法传递到钻头时，可采用旋转导向钻进的方法， 从而实现旋转，并实现及时清理岩屑床，降低磨阻的目标
机械扭矩和动态扭矩
科学钻探 永无止境
四、页岩气钻井技术难点
钻具屈曲情况
屈曲当轴向力低于临界屈曲载荷时，钻柱随这压力并不屈曲，当超过这个临界值时将会发生屈曲
变形成正弦波或者是“蛇形状”。钻具中和点以下钻具是受压的，中和点以上钻具是受拉的。当钻杆 承受过大的轴向压缩载荷时，钻杆会因较小的抵抗轴向阻力而失效变弯，导致屈曲。一旦轴向压力超 过了正弦临界屈曲力，钻柱会发生正弦屈曲（蛇形）。 继续增加钻压，将导致钻柱的轴向压力继续增加，如果超过了螺旋临界屈曲力，钻柱将由正弦弯曲过 渡到螺旋弯曲，即沿着井壁盘成螺旋状。
8、钻具组合选择局限性大 浅层大位移水平井，由于造斜点浅，上部地层疏松，胶结质量差，同时页 岩易垮塌的特性，上部钻具自身重量轻，加压困难，导致整个钻具组合的 选择更加受限制。如果钻具组合选择不恰当，极易偏磨套管。扭矩、摩阻 过大，也将极易导致发生钻具事故
科学钻探 永无止境
四、页岩气钻井技术难点 9、套管居中程度差 由于造斜点浅，从造斜点至至A靶点，井斜将达最大井斜，下套管时，斜井段套 管易与井壁发生大段面积接触。当井斜超过70°时套管重量的90%将作用于井眼 下侧，套管严重偏心，居中度难以达到66.7％以上
科学钻探 永无止境
四、页岩气钻井技术难点
3、岩屑床难清除
泥页岩的崩塌 井壁稳定
钻井液性能及返速
岩 屑 床 难 清 除
进一步增加磨阻、扭 进一步增加磨阻、 矩 和井下事故复杂发生 的机率
钻井岩屑重力效应
科学钻探 永无止境
四、页岩气钻井技术难点
4、井眼轨迹控制难
造斜点浅， 造斜点浅，井壁稳定性差 井壁稳定 目的层疏松，机械钻速高，井径变化 目的层疏松，机械钻速高， 大、扭矩规律性不强
五、页岩气钻井技术措施
注意事项
设计合理的螺杆外径（在满足功率和造斜率的情况下，可考虑小尺寸的螺杆，同 时，严格控制螺杆本体扶正器的尺寸，以减小井下摩阻，保证定向施工顺利。如建 页平1井设计井下动力钻具时，所有螺杆外径应选为φ165mm，本体扶正器φ211～ 212mm。 井下钻具所有扣型均应设计为同一扣型，减少或杜绝转换接头数量，尽量简化钻 具，保证井下施工安全
科学钻探 永无止境
五、页岩气钻井技术措施
稳斜井段摩阻在总摩阻中占主要部分，当 弯曲井段钻柱受压时，将导致总滑动摩阻 增加。因此，建页平1井采用单圆弧增斜剖 面，这种剖面轨迹简单，减少了大井斜井 段复合钻进尺，增加了连续定向增斜进尺， ， 能保证井眼轨迹平滑，减少了局部增斜和 降斜井段，减小了钻柱与井壁接触面积， 能有效降低全井摩阻。
科学钻探 永无止境
五、页岩气钻井技术措施
建页HF定向造斜设计：0.3°/m造斜率 建页HF-1井 定向造斜设计：0.3°/m造斜率 HF
0.25°/m造斜率 0.25°/m造斜率
0.25°/m造斜率剖面设计方案中可以看出，造斜率较为紧张，复合钻井 段很少，调整段基本没有，对于实际施工控制十分不利，一旦造斜率突 变或地层提前，工作会十分被动。而0.3°/m造斜率以上的施工剖面中， 有相应的复合调整段，有利于实际施工中的轨迹调整和着陆控制。但如 果造斜率过高，大井斜稳斜段过长，又会造成井下摩阻增加，增加井下 安全隐患，同时螺杆度数过大无法进行复合钻进
科学钻探 永无止境
四、页岩气钻井技术难点
7、套管受损 套管柱通过水平井弯曲段时随井眼弯曲承受弯曲应力作用。 同时，套管属 于薄壁管或中厚壁管,套管柱随井眼弯曲变形时,即使弯曲应力未超过其材 料的屈服极限,但套管截面已成为椭圆形状而丧失稳定性。由于椭圆的短轴 小于套管公称尺寸,故一些工具无法下入。套管柱弯曲严重时也有可能产生 屈曲变形破坏
建 页HF-1井选择水平段1003m、钻压100KN、泥浆密度1.8 g/cm3、旋转钻进工况做计算
三、 页 岩 气 钻 井 关 键 技 术 四、 页 岩 气 钻 井 技 术 难 点 五、 页 岩 气 钻 井 技 术 措 施
科学钻探 永无止境
四、页岩气钻井技术难点 难点
井壁稳定
摩阻、 摩阻、扭矩
岩屑床清除
轨迹控制
套管受损
套管居中
轨迹控制 钻具组合
摩阻、 摩阻、扭矩 套管下入
钻具组合 套管磨损
科学钻探 永无止境
浸泡10分钟 浸泡10分钟
科学钻探 永无止境
四、页岩气钻井技术难点
页岩气井埋深浅 井壁稳定 井 壁 稳 定 性 差 各种相应的井下事故 或复杂情况（井漏、 井垮、钻具阻卡严重、 埋钻具）的发生，从 而限制了钻头、钻具 组合、钻井液以及钻 井参数的选择和确定；
泥页岩胶结差
井斜大、稳斜段长
科学钻探 永无止境
科学钻探 永无止境
提
纲
一、
页岩气基本情况 二、
页岩气开发情况
三、 页 岩 气 钻 井 关 键 技 术 四、 页 岩 气 钻 井 技 术 难 点 五、 页 岩 气 钻 井 技 术 措 施
科学钻探 永无止境
五、页岩气钻井技术措施 1、井身剖面设计
井位选择时，应尽量保证井口的水平投影与A、B靶点在同一条直线上，以减少方位上的拐点。 。 如果是丛式水平井，本着综合设计的原则进行水平井组的整体设计，避免今后的防碰等意外情 况的发生。
三、页岩气钻井关键技术
井眼轨迹优化设计 和控制技术
B
井壁稳定技术
A 页岩气钻井
C
下套管与固井技术
井眼清洗技术
E
D
降摩阻技术
科学钻探 永无止境
三、页岩气钻井关键技术
4、江汉油田浅层井施工情况
井 号
代斜9-3 长斜10 代8斜-3 代斜14-3
井别
生产井 预探井 评价井 开发井
开钻日期
2000.3.27 2001.4.14 2011.3.15 2011.1.15
钻柱深度 ( m )
钻柱深度 ( m )
800
800
1000
1000
1200
1200
1400
1400
1600
1600
0
20
40
60
80
100
120
140
3500
3000
2500
2000
1500
1000
500
0
摩 擦 阻力 (kN)
轴 向 拉 力 ( kN )
科学钻探 永无止境
五、页岩气钻井技术措施 抗扭强度校核
科学钻探 永无止境
四、页岩气钻井技术难点
11、固井过程中井漏 、
固井作业过程中，井底浆柱产生的正压差要比钻井过程中压差大得多。且要求水泥 浆返至地面，封固段长，由于水泥浆摩阻及携砂能力大于常规钻井液，顶替钻井液 后期易造成水泥浆漏失。河页1井替浆过程中漏失严重，井口失返，建111井、黄页 1 1井也均出现不同程度漏失
科学钻探 永无止境
四、页岩气钻井技术难点 滤液进入后破坏泥页岩胶结性
★ 层理和微裂缝较发育； 层理和微裂缝较发育； ★ 水或钻井液滤液极易进入 微裂缝破坏其原有的平衡， 微裂缝破坏其原有的平衡， 导致岩石的碎裂。 导致岩石的碎裂。 扫描电镜照片 (裂缝,45倍) 裂缝,45倍
浸泡前
浸泡5 浸泡5分钟
科学钻探 永无止境
五、页岩气钻井技术措施
旋转导向钻井和常规螺杆复合定向井眼形状对比
科学钻探 永无止境
五、页岩气钻井技术措施 5、合理的模拟计算
井眼参数：0.3 °/m造斜率井眼剖面，水平段长1003m。 首先我们以泥浆密度1.2g/cm3进行计算。该方案以7吨钻压滑动钻进时，最大摩阻12.9吨，起钻摩阻9.3吨，下钻 摩阻10.4吨，侧向力、三轴应力、抗拉、抗压强度都可满足安全系数要求。但滑动钻进时钻压如果超过8吨，钻具会在 井深318m处发生正弦屈曲。
科学钻探 永无止境
五、页岩气钻井技术措施 2、优化钻具组合 采用倒装柔性钻具结构，钻具下部使用斜坡钻杆，将加重钻杆放在井斜角 30°以上井段，由上部加重钻杆提供钻压，下部钻杆代替钻铤传递轴向载 荷，从而减少钻柱与井壁之间的作用力，降低摩阻和扭矩。优先“小度数 单弯螺杆+无磁承压钻杆”的柔性倒装钻具组合
科学钻探 永无止境
五、页岩气钻井技术措施
4、使用旋转导向等先进钻井技术和工具 旋转导向钻井技术是一项尖端的自动化钻井新技术,国外钻井 实践证明,在水平井、大位移井、大斜度井、三维多目标井中推 广应用旋转导向钻井技术,既提高了钻井速度,也减少了钻井事故, 从而降低了钻井成本 使用变径弯壳单弯螺杆和变径扶正器
完钻日期