钻页岩用钻井液技术--油井工作液化学作业详解.doc

钻页岩用钻井液技术 ——油气井工作液化学作业 姓名： 学号： 专业： 学院：石油工程学院 2015年11月摘 要 页岩油气开发目前成为全球关注的热点。中国的页岩油气勘探开发技术刚刚起步，缺乏相关的经验和技术；美国是最早进行页岩油气研究和开采的国家，目前已形成相当的规模，并且进入了开发的快速发展阶段。页岩油气在世界油气资源中占有巨大的比重，但因其渗透率低，开采难度大。目前对页岩油气的开采方式主要是以水平井为主。与常规天然气相比，页岩油气开发虽然产能低，但具有开采寿命长和生产周期长的优点，大部分产气页岩由于分布范围广、厚度大，且普遍含气，页岩油气资源量巨大， 因而页岩油气井能够长期地以稳定的速率产气，一般开采寿命为30~50 年, 随着世界能源消费的不断攀升， 包括页岩油气在内的非常规能源受到越来越多的重视。 本论文在国内外文献调研的基础上系统地介绍了钻页岩用钻井液技术中的一些关键内容，对页岩钻井技术中存在的问题进行了探讨，并对钻页岩用钻井液技术的几个研究方向进行了介绍。 关键词：页岩；水平井；钻井液； 前言 1.1研究目的及意义 页岩油气是从页岩层中开采出来的石油或天然气，主体位于暗色泥页岩或高碳泥页岩中，页岩油气是主体上以吸附或游离状态存在于泥岩、高碳泥岩、页岩及粉砂质岩类夹层中的天然气，它可以生成于有机成因的各种阶段天然气主体上，以游离相态（大约50%）存在于裂缝、孔隙及其它储集空间，以吸附状态（大约50%）存在于干酪根、粘土颗粒及孔隙表面，极少量以溶解状态储存于干酪根、沥青质及石油中天然气也存在于夹层状的粉砂岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩、甚至砂岩地层中为天然气生成之后，在源岩层内的就近聚集表现为典型的原地成藏模式，与油页岩、油砂、地沥青等差别较大。与常规储层气藏不同，页岩既是天然气生成的源岩，也是聚集和保存天然气的储层和盖层。因此，有机质含量高的黑色页岩、高碳泥岩等常是最好的页岩油气发育条件。中国主要盆地和地区页岩油气资源量约为15万亿－30万亿立方米，经济价值巨大。另一方面，生产周期长也是页岩油气的显著特点。页岩油气的储量巨大，但开采难度也很高，为能充分开采页岩油气，目前采用的技术有水平井技术和压裂技术，为此，对页岩水平井钻井技术的研究具有重要的意义。 然而页岩油气水平井钻井存在一些重要问题。一方面，页岩是以粘土矿物为主的沉积岩，钻井过程中粘土矿物水化造成强度降低，进而产生缩径、井壁垮塌、卡钻等复杂事故；另一方面，在页岩油气水平井钻井中，水平段较长，井壁失稳、摩阻、携岩及地层污染等问题非常突出。因此，钻井液的选择及其配方直接影响钻井效率、工程事故的发生率及储层保护效果。从钻井液角度看，要求钻井液能提高地层承压能力，防漏堵漏效果好，最重要的是抑制粘土水化膨胀，造成储层伤害。选择钻井液体系的原则为：要使钻井液有较强的抑制性、封堵性能和较低的渗透性和活度；能阻止滤液进入页岩地层，防止页岩吸水、强度降低。 所以研究钻页岩用钻井液技术就显得尤为重要。 1.2国内外研究现状 1.2.1 国外研究现状 页岩气的勘探开发历史悠久， 已有近200 年的历史，目前正迈入快速发展期。北美页岩气的发展尤其迅速，实现了高效经济、规模开发，成为北美天然气供应的重要来源， 并引起全球天然气供应格局的重大变化。 世界第一口页岩气井位于美国东部1821~1975 年为页岩气早期勘探开发阶段。1821 年在美国东部阿巴拉契亚盆地泥盆系Dunkirk页岩中完钻的、井深仅21m 的一口井，在井深8.23m的泥盆系Perrysbury Dunkirk 页岩中获得天然气。该井成为北美陆台上的第一口页岩气井，也是全球第一口商业性页岩气井，生产的天然气满足了Fredonia 城市的照明和部分生活的需要， 一直供气到1858 年，长达37 年。1870~1900 年的勘探开发范围涉及到了美国东部的纽约、宾夕法尼亚、俄亥俄、肯塔基、弗吉尼亚等州或地区。1914 年在阿巴拉契亚盆地泥盆系Ohio 页岩的钻探中获得日产气2.83×104m3 的高产气流， 由此发现了世界第一个页岩气田———Big Sandy 气田，1926 年Big Sandy 气田的含气范围由阿巴拉契亚盆地的东部扩展到西部，成为当时世界已知的最大气田。目前，Big Sandy气田已累计钻井约10000 口， 单井平均日产气最高为2831.2m3，2008 年年产气量为15.2×108m3，处于美国第20 大气田的位置。BigSandy 气田为页岩气早期勘探开发的重大成果。2000 年以来， 页岩气勘探开发技术不断提高，并得到了广泛应用。同时加密的井网部署，使页岩气的采收率提高了20%，年生产量迅速攀升[8]。2000年， 美国页岩气年产量为122×1