焦 石壩地區是我國第一 個非常規頁巖氣產能 示范區，由于國內針 對頁巖氣井勘探開發 尚屬初期，配套的固井技術工藝技術 尚不成熟。頁巖氣井采用油基泥漿鉆 井，長水平井開發，為提高產能進行 分段壓裂，這些技術對現有的固井技 術無疑是個挑戰。針對存在的問題難 點進行了深入分析，通過深入優化水泥漿體系配方，設計合理固井工藝流 程與技術措施，現場固井作業取得突 破性進展，形成了一套頁巖氣非常規 固井技術。
 
頁巖氣井水平井固井難度大
 
       涪陵焦石壩龍馬溪組非常規頁 巖氣井以是大位移水平井為主，存 在多方面問題。為防止頁巖膨脹， 盡可能地提高水平井的裸眼裸露極 限、保障井眼穩定和清潔，頁巖水 平段采用柴油基油基泥漿鉆進；水 平段鉆井時部分井存在嚴重氣侵現 象，有活躍氣層存在；為有效增加 單井產量，井身設定為水平井，水 平段較長，平均長度在 1,500 米左 右，目前鉆井水平段最長達 2,200 米；完井后為提高氣井產量，需要 實施壓裂增產措施，采用多段壓裂 技術。針對上述特點，頁巖氣固井 難度增加，需要優化相關技術。
 
      現場作業表明，固井技術難點 主要有幾個方面。氣層固井：高含 氣地層易于產生水泥漿的氣侵，降 低水泥漿密度，引起水泥漿失重， 產生環空氣串，形成環空串槽，降 低固井質量，甚至導致固井失敗； 水平井固井：水平井作業降低了管 柱的居中度，也降低了水泥漿置換 鉆井液的能力，制約了沖洗液對壁 面的整體全面沖刷和整理，降低和 制約了沖洗液和隔離液對套管下部 鉆井液的清除效果；水泥漿的穩定性因素可能導致套管上部形成流體 通道， 影響固井封隔， 降低封固質量； 套管下入和居中問題：水平段較長 套管下入摩阻大，受重力和扭力的 影響，套管居中度難以保證，需要 采取技術措施予以解決；油基鉆井 液固井：油基鉆井液及其泥餅嚴重 影響固井一二界面的膠結，甚至導 致水泥石無膠結及固井封固和封隔 失效；高鉆井液密度頂替：鉆井液 密度達到 1.60g/cm 3 ，且屬于高含 氣地層，需要清洗液、沖洗液及隔 離液具有適當的密度匹配，高密度 沖洗液和清洗液降低了對泥餅的清 除效果；壓裂完井方式：采用射孔 并結合壓裂完井方式，需要在提高 水泥石的一二界面膠結能力的同時， 改善水泥石的抗沖擊效果。
 
優化技術工藝解決固井難題
 
       細化固井技術工藝。優化通井 方案，保證套管的順利下入和提高 套管居中度，強化通井方案，確保 井 眼 暢 通。 電 測 完 后 使 用 雙 扶 通 井，通井鉆具組合：Φ215.9mmm 牙 輪 鉆 頭 +5-1/2 ″鉆 桿 ×1 根 +Φ209mm 螺 扶 +5-1/2 ″鉆 桿 ×2 根 +Φ208mm 螺 扶 +5 1/2 ″ 鉆 桿 ×3 根 +5 ″ 鉆 桿 ×43 柱 +5″HWDP×10 柱 +5″鉆桿加強 鉆井液流變性、潤滑性能的處理， 降低下套管的摩阻；應用固井計算 機軟件，利用井眼軌跡、井徑、井 斜等數據，對套管下入及在井內居 中度進行模擬。
 
       優化扶正器安放設計，合理設 計扶正器安放位置。采用彈性雙弓 扶正器和剛性樹脂旋流扶正器設計；浮鞋或浮箍上方 3 到 5 米，安裝定 位環以便固定扶正器；水平井段， 每根套管安放一個扶正器，彈性雙 弓扶正器和剛性樹脂旋流扶正器相 交替；上部套管鞋重疊部分 300 米， 每根套管安放一個彈性雙弓扶正器， 井口以下 200 米，每根套管安放一 個彈性雙弓扶正器；斜井段保證二 根套管加入一個剛性樹脂旋流扶正 器； 井 口 以 下 200 米 到 套 管 鞋 上 300 米的套管部分，每 5 根套管安 放一個彈性扶正器。
 
       合理的管串結構。管串結構為 由下至上，浮鞋 + 套管 1 根 + 浮箍 + 套管 1 根 + 浮箍 + 套管串（＋漂 浮接箍）+ 套管串，雙浮箍設計確 保固井井口順利敞開。清水漂浮頂 替技術，水泥漿頂替作業期間，采 用清水作為頂替液來實現漂浮頂替； 由清水密度低于泥漿密度，充滿清 水的水平段套管會受到浮力作用而 產生“漂浮”效果，避免套管偏心 而引起固井質量不合格。雙混雙注 雙替技術工藝，采用 2 臺水泥車泵 注清洗液和沖洗液，2 臺水泥車同 時混漿共同泵注水泥漿。雙車替漿 的施工工藝控制好排量，確保水泥 漿配置密度均勻和施工壓力正常， 注漿連續，保證了水泥漿頂替效率 和固井質量。
 
現場固井施工效果明顯
 
       以焦頁某井為例，該井完鉆井 深 4,465.5m，水平段長 1,579m。 固井采用雙凝雙密度水泥漿體系， 雙凝界面設計在 2,400 米。固井水 泥漿分為領漿和尾漿設計。領漿采 用流變性較好的 1.80g/cm 3 韌性膠 乳水泥漿，主要用于平衡地層壓力， 兼具有一定防氣串、堵漏功能，封 固井口至 2,400 米；尾漿主要用于 封固造斜段和水平段，水泥漿設計 為 1.90g/cm 3 ，具有較強的韌性防 氣串功能。現場工藝流程為：管匯 試壓， 依次注柴油、 清洗液、 沖洗液、 領漿、尾漿，開檔銷壓塞，注壓膠 塞液，替清水至碰壓，檢查回流， 開井，凝 72h 后，電測檢測固井質 量。通過細致分析焦石壩頁巖氣井 固井難點，制定了詳細的固井技術 優化措施，通過現場實踐取得了良 好的施工效果，說明該技術措施能 夠一定程度上滿足類似與頁巖氣井 固井作業。
 
       固井技術優化應用效果較好。 要保證油基泥漿長水平段井下套管 順利，必須優化井身結構，做好模 擬通井工作，去除巖屑床、保證井 眼暢通；合理確定套管扶正器安放 位置及類型，可以保證套管安全順 利下入，并保證套管居中度；套管 扶正器的安放不一定增加下套管的 下放摩阻，相反其合理的安放位置 和類型可以有效減少下套管的下放 摩阻，既能保證套管安全快速下入 井底，又能保證套管的居中度。 油基泥漿長水平段固井技術的 關鍵在于前置液的設計，應用有針 對性的高效清洗液和沖洗液，優化 其性能，能有效清洗和沖刷掉油基 泥餅和油膜，實現潤濕反轉，提高 固井水泥漿的頂替效率及膠結質 量；現場應用和固井質量結果顯示 韌性膠乳水泥漿具有良好的防氣串 和水平段封固效果；清水漂浮頂替 技術以及雙混雙注雙替技術有助于 提高套管居中度，改善水泥漿頂替 效率，對于提高水平井固井質量效 果明顯。