[发明专利]页岩气水平井选择性提高固井质量的技术

说明书

技术领域

本发明涉及页岩气水平井选择性提高固井质量的技术。

背景技术

页岩气是指从页岩层开采出来的天然气，是一种重要的非常规天然气资源。全世界资源量储量约为456万亿m³，是常规天然气资源量的2倍。据专家估算，我国页岩气可采资源量约26万亿m³，主要分布在四川、鄂尔多斯、吐哈、塔里木和准噶尔等含油气盆地。我国的页岩气开发还处于初级阶段，目前的投资规模还不是很大，但可以肯定的是，接下来国内主要石油企业都会加大对页岩气的开发力度。据国土资源部预计，到2020年，国内页岩气年产量将达到150亿～300亿m³，2030年达到1100亿m³，届时页岩气将占到中国天然气总产量的25%。而页岩气主要面临着开采技术方面的难题，由于页岩气致密性较好，渗透率很低，与常规油气相同的井筒开采条件下页岩气产量非常低，为提高页岩气的产量，通常页岩气需要用水平井进行开采。水平井成本为直井的1.5～2.5倍, 初始开采速度、控制储量和最终评价可采储量却是直井的3～4倍；水平井与页岩层中天然裂缝及人工诱导裂缝(主要为垂直裂缝)相交机会大, 更能使裂缝保持在储层目的段中。统计结果表明, 水平段为200m或更长时, 比直井钻遇裂缝的机会多几十倍, 明显改善储层流体的流动状况, 水平井技术的应用可以使无裂缝或少裂缝通道的页岩气藏得到有效的经济开发。现目前页岩气水平井水平段长度通常为600-1500m,少数可达3000m，若对页岩气水平井段进行笼统压裂则很难得到理想的压裂效果，所以页岩气开采通常需要进行分段压裂以产生或沟通更多储层裂缝，来增加页岩气的产量。

页岩气水平井分段封隔性是实施分段压裂的前提，而固井质量直接决定着页岩气水平井分段封隔性。固井质量的好坏主要由套管居中度及水泥浆顶替效率决定，为提高居中度及顶替效率，传统方法是在套管柱上加足够数量的旋流刚性扶正器，导致扶正器的安装多则1根套管1个扶正器，套管串的刚度大大增加，从而增加了下套管风险，而居中度仍然有限，且旋流刚性扶正器旋流也难满足顶替效率的要求。固井时水泥浆凝固后会收缩，水泥环与套管间会出现缝隙，严重影响套管与水泥环之间的密封性能；分段压裂过程中套管内会加高达70MPa的压力，套管会产生变形，由于水泥环为脆性容易被套管的变形而被压碎，因此在分段压裂过程中容易发生窜槽。由于固井质量低劣和套管变形，导致部分储层不能进行充分压裂，不能形成良好的裂缝，使得这些储层的页岩气难以排出，严重影响压裂效果，导致页岩气的产量和采气效率大大减小。由此可知，页岩气水平井段的固井质量将决定分段压裂的效果的好坏，决定其单井产量和采气效率的高低。因此提高水平井段固井质量是提高分段压裂效果的前提，更是提高单井产量和采气效率的前提。

本发明设计出的页岩气水平井选择性提高固井质量的技术，通过测井分析对水平井段进行有效分段，分段后在需要进行分隔的部分选择性固井，即针对性提高对需要封隔段位的固井质量。由于本发明为选择性地固井，因此对需要压裂的层段的套管上可以少安装甚至不安装扶正器；由于减少了扶正器的安装密度，减小了套管串的整体刚度，可使套管容易下入，减小下套管风险。该技术可有效提高分段压裂的固井质量，能大大提高分段压裂的效果，明显提高页岩气的采气量和采气效率，大大节约固井成本。

发明内容

本发明解决了页岩气水平井分段压裂固井质量低劣和压裂时窜槽的问题，采用的二级可扩张滚珠旋流扶正器可明显减小套管柱下入的摩阻，同时开创性将特制套管与二级可扩张滚珠旋流扶正器配合使用，又可将常规扶正器居中度提高到超过90%，与常规扶正器居中度相比提高70%以上，同时固井时泥浆在二级可扩张滚珠旋流扶正器中产生旋流，能显著提高水泥浆的顶替效率，大大提高固井质量；利用收缩膨胀补偿密封件将水泥浆凝固时收缩的间隙通过吸水膨胀进行补贴，当进行压裂时，收缩膨胀补偿密封件受压收缩，减小传递到水泥环上的套管压力，防止水泥环被套管挤裂而发生窜槽。

本发明是这样实现的：A.下入页岩气水平井选择性提高固井质量的固井管串，投送胶球并与扶正器球坐（6）配合，憋压，二级可扩张滚珠旋流套管扶正器（5）对套管进行扶正；B.反排胶球，洗井，注入微膨胀弹性水泥浆体系，固井完毕。

所述：注入的微膨胀弹性水泥浆体系在凝固过程中具有微小膨胀的性能，能使水泥环紧紧贴住套管，并且水泥环的弹性模量超过60GPa，能有效防止压裂时产生环空间隙，大大增加水泥环的分段密封性能。