页岩气井施工技术总结

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1、页岩气井施工1页岩气开采简况概念：页岩气地层是具有很好粒度分布，丰富有机质沉淀的岩石地层。 其中含有泥岩、甘酪根以及其他矿物质，例如：石英、长石、方解石。地层特性：连续的地层。没有圈闭，油气资源在同一地层段。对于页岩 气地层来说主要关注其中的有机碳、热成熟度、矿物性质以及天然裂缝的发 育。地层岩石孔隙度一般在纳米级，同时也存在一些微裂缝，增大页岩气的 渗透率需采取相应的增产措施。目前北美地区的页岩气储量大概有2300TCF （万亿每立方英尺），按照美 国23TCF （万亿每立方英尺）来计算，可以供美国使用100年。未来10年, 页岩气将有成千上万的井施工，压裂改造需求将达上百万井次。开采方式：

2、由于页岩气地层的地质特性：致密、低渗透率。因此，需要 对地层进行增产改造。目前页岩气地层的改造措施主要是分段压裂改造。压裂方式：压裂方式又以体积压裂为主，即，在地层中使人造裂缝与地 层天然裂缝交错或垂直，形成网状裂缝，最大程度增加地层渗透率，提高产 量。分段方式：目前的地层分段主要作业方式有三种：Plug-and-Perf （使用 桥塞分段射孔作业）、FracPoint （使用裸眼分隔器+投球滑套实现分段改造施 工）、OptiPort （使用封隔器+压差滑套实现分段改造）。2.页岩气井 Plug-and-Perf 分段射孔施工目前在国内应用Plug-and-Perf分段射孔施工可以联合生产管柱

3、、连续油管、电缆作业来实施作业。其优点是可以实现多级数分段、改造点位灵活、施工完成后全井筒通径，但前提是需要在最后工序中增加桥塞钻磨的过程。（一）连续油管配合Plug-and-Perf改造施工连续油管在页岩气井分段改造过程中主要可以用来，投放桥塞或是填砂 塞实现不同层段的分层射孔作业，目前是桥塞坐放和喷射一趟管串完成分段 和射孔作业，最后用来配合钻除桥塞。分段方式主要的分段方式有桥塞分段和砂塞分段两种。桥塞分段可以使用连续油管带 桥塞进行套管内坐封分段，下图是投球式压裂桥塞。实心蛉左空心特窒桥塞分段。实心桥塞在能完全分隔井筒，完成坐封后不用投球即可进行压裂； 空心桥塞是在桥塞中间具有流通通道，

4、完成坐封后，桥塞上下连通，压裂时需要 投球以分隔上下层段。空心压裂桥塞的优势是在满足压裂施工的同时可以在桥塞 钻磨或是冲砂作业时利用部分地层能量将井内杂物带出井筒，增强上返能力。缺 点是地层容易出砂。目前主流使用的桥塞均是复合材料桥塞，增强了桥塞的可钻、 易钻性。目前提供该类型桥塞的厂家有 BakerHughes、JAYCAR、Wetherford、SJS砂塞分段。连续油管砂塞分段目前四川安东进行过一次连续油管砂塞分段压 裂施工，从施工的效果来看，砂塞分段可以满足分段压裂的要求，但是填砂时砂 面的控制还比较难掌握。射孔方式目前与连续油管配合的射孔方式有常规射孔枪射孔、连续油管穿电缆射孔、 喷砂

5、射孔。常规射孔。连续油管带常规射孔枪进行射孔（压力起爆）。优点：工艺资源 简单成熟，易实现，射孔密度大，穿透力强。缺点：近井地带污染较大，施工过 程中有提前射孔、未爆弹的风险，实现一趟钻分段射孔较困难，完成射孔后枪体 会变形或出现毛刺。连续油管穿电缆射孔。优点：工艺资源简单成熟，易实现，射孔密度大，穿 透力强，靠电信号起爆，入井后不会因井况原因提前射孔。缺点：受外界电信号 影响较大，井口施工时须保持无线电静默，完成射孔后枪体会出现毛刺。喷砂射孔。连续油管喷砂射孔是靠向管柱内泵注携带磨料的高速流体对地层 和套管进行穿透的施工作业。优点：近井地带污染小甚至无污染，不会发生提前 射孔的情况，可以实现

6、一趟钻多点位射孔，灵活控制射孔点位。缺点：施工工艺 相对复杂，需要准备的前期资源较多，相对费用较高，相比其他射孔方式会增加 冲砂工艺过程，增加了施工风险。可以提供喷砂射孔工具的厂家有TTS ，Halliburton, BakerHughes,西南油气田钻采院等连续油管喷砂射孔施工工艺流程介绍： 资源：连续油管车、混砂车、仪表车、泵车、喷砂射孔工具、放喷池、压裂 液基液40cp及以上（或是其他携砂能力强的工作液）、石英砂或是陶粒（40120 目均可，加砂量控制在80140Kg/m3）。喷砂射孔砂液出工具的速度一般须达到 140m/s的速度具有有效穿透率，同时，磨料开孔的效率和靶距有关。喷射过程：

7、1）将连续油管下放至预定的射孔点位。2）按照喷砂射孔设计排量将连续油管内充满胶液，泵压限制在连续油管可承受 的施工压力范围内（一般最大不超过 50MPa）。3）待压力稳定后（上下波动不超过3MPa）,开始加砂，砂浓度会缓慢增加至预 定浓度，当达到预定砂液浓度后，开始计量泵注 1 体积连续油管内容积当量 的标准浓度砂液。然后正式开始第一个孔位喷射。为保证有效射孔，每个点 位预计喷射lOmin （般23min可以喷透套管）。注意：加砂后泵压会有些上升，带砂液出管脚后，压力会自动回落，期间控 制泵压不超过安全施工限压，若压力过大，可以采取降低排量和砂比的方式 得到较低泵压，但不可停泵。4）完成第一点

8、的喷射后上提连续油管至第二点位进行喷射，上提过程保持排量 和砂比不变。以此类推完成所有点位的喷射。当连续油管上提至最后一个点 位后即可停止加砂，直至砂液浓度降为OKg/m3,依靠管柱内的残余砂液完成 最后一个点位的喷射。5）当完成所有点位喷射后保持胶液泵注排量不变，下放连续油管至最下端一个 喷射点位以下，依靠喷射工具管串进行冲砂作业。6）完成洗井后即可保持排量不变上提连续油管至井口。威 XX 井连续油管下桥塞分段喷砂射孔施工作业经验总结：1）进行喷砂射孔作业前应进行工具管串试压，防止出现丝扣泄露的情况，否则 高速流动的砂液将会从泄露点开始将整个管串切割掉，造成重大施工事故。2）水平井段不适用M

9、CCL接箍定位器等具有较大外径尺寸的工具进行深度定位。 由于该井是水平井，且是套管加砂压裂与桥塞坐放、喷砂射孔连续油管作业复合 施工。井下情况较复杂，应尽量使用外径小，无台阶面的工具进行连续油管施工 作业。否则易形成卡阻。3）为了降低因投球打压的造成的较高施工压力，可在投球起压后适量调节井口 针阀，从井口泄掉部分压力以增大压差。减小高压施工风险。4）水平井喷砂射孔过程中，根据泵速计算返砂时间，若井筒长时间未出现返砂 时，应及时换用大口径油嘴以开大井口，加快返砂。5）喷砂射孔过程中应随时保持泵注，同时至少保持井口返排量与泵入量相等以 防止砂粒快速沉降；6）由于重力作用，砂粒最容易在造斜点附近堆积

10、，因此，在完成喷砂射孔进行 冲洗井筒时，应使用携砂能力强的胶液进行清洗。同时为了降低胶液使用量和施 工成本，可以采用段塞泵注的方式保证工具在接近造斜点时有一段胶液从工具泵 出，并扫过造斜点，以携带出大量砂粒。7）当完成喷砂射孔并开始清洗井筒的过程中，一旦出现工具下放困难，悬重减 小，悬轻增加的情况时，应在工程安全施工可承受的时间范围内保持耐心，进行 冲砂作业。超出安全时间范围后应采取短起的方式进行冲砂。即在保持泵注的情 况下将工具串短起至造斜点附近，再折回遇阻点继续冲洗，并重复 34 次左右。 若最终仍无法冲洗至目的层，则最后选择起出工具串，换用专用冲砂工具进行冲 砂作业。8）在压裂桥塞的选择

11、方面，应选用空心桥塞。空心桥塞的优势是在于可以在砂 液返排时利用一部分压裂后地层的能量将砂液携带出井筒。9）在桥塞钻磨施工中应在套管尺寸允许的范围内选用外径较大的钻头进行钻磨 施工，这样有利于形成更细小的钻屑，利于钻屑的返排，防止堵塞井口返排节流 装置。连续油管配合 Plug-and-Perf 改造施工相对于电缆作业、不压井作业的综合 优点在于，连续油管下钻速度快，可以连续泵注传递压力，不用停泵接单根，可 以实现施加钻压，同时兼具相对较大的过提拉力的效果，射孔方式多样，是名副 其实的万能作业机，在 Plug-and-Perf 施工作业中的综合优势明显。（二）电缆配合Plug-and-Perf改

12、造施工电缆作业配合Plug-and-Perf改造施工，主要是电缆带射孔枪+桥塞工具串进行分段、射孔作业。桥塞坐封和射孔均是电信号启动。其特点是相对连续油管下 桥塞坐封射孔更加快速，深度定位更加准确，电缆桥塞和射孔枪中途坐封射孔的 可能性较小。缺点是在水平井施工时，必须靠泵送才能将送至目的层，因此在施 工前，必须先进行常规射孔，建立泵送通道后才能下放工具串。如果井内出现砂 埋，将预先射好的泵送通道堵塞后，还需要使用连续油管进行单独射孔建立泵送 通道。涪XX井使用电缆配合Plug-and-Perf改造施工时便使用连续油管进行中途 射孔多达5 次，大大地延长了作业周期。同时，电缆施工作业无法施加钻压

13、和更 多的过拉力，施工作业风险较大。一旦遇卡无法解决复杂问题，只能丢手。（三）Plug-and-Perf改造施工中的桥塞钻磨Plug-and-Perf施工中的最后一道工序即是桥塞钻磨，尽管使用的空心压裂桥 塞中间带一个25mm的通孔，但是对于生产开发来说应将所有桥塞钻除，增大后 期生产作业的空间，使井眼形成全通径。桥塞钻磨应该在所有层段压裂改造完成后立即实施，因为此时地层能量充 足，钻磨施工可以利用地层能量将钻屑带出地面，减小施工风险。威XX井在完 成所有层段压裂改造后由于没有及时进行桥塞钻磨施工，经过 3 个月左右的排液 将压入地层的液体返排了近 60%，导致该井地层能量严重亏空，钻磨施工时

14、无法 建立循环，最终考虑该井无法建立有效循环，而放弃桥塞钻磨施工。即使后期用 高悬浮钻井液或是暂堵材料进行钻磨施工，效果均不是很好（返排或是解除暂堵 时会有困难），可以考虑使用N2钻井的螺杆马达进行钻磨，但是费用和风险都很 高，钻磨效果不确定。桥塞钻磨过程中最常见的问题是套管变形，不论使用厚壁或是薄壁套管完 井，均会出现这种情况。一旦套管变形，大尺寸的钻磨工具无法下入，只能使用 小直径的钻磨工具，直接导致了钻磨形成的碎屑块较大，在威XX井、涪XX井 分别使用薄壁和厚壁套管进行分段压裂改造施工，但是均出现了套管变形的情 况。钻磨施工需要注意以下几点：1）钻磨施工前应先将井筒灌满液体，钻磨工具入井钻磨时须先建立循环后方可 进行后续钻磨作业；2）井口返排流程准备2套。因为钻磨过程中可能形成较大碎屑，使用两套返排 流程可以防止钻磨过程碎屑堵塞流程；3）钻磨过程中在非桥塞点位不要长时间定点磨铣，防止将套管磨透；4）每钻磨 12 个桥塞需要将井筒充分洗净后方可进行后续的桥塞钻磨作业；5）若井眼轨迹水平段是中间低两端翘的井眼，可以使用文丘里打捞篮将多余的 碎屑进行单独打捞。（由于连续油管无法转动配合文丘里打捞篮打捞效果不是很 好。）