我國頁岩氣水平井進入超長時（shí）代
來源： 更新：2024-04-16 20:19:17 作者（zhě）： 瀏覽：1551次
超長水平井是指水平（píng）段（duàn）長度（dù）大於3000米（mǐ）的水平井，因其攜帶岩屑困難、鑽具（jù）受力複雜、井壁垮塌風（fēng）險高等諸多技術難題，在山地頁岩氣鑽探中較難實現，一直是（shì）國（guó）內頁岩氣高效開發的（de）難點。江（jiāng）漢油田聚焦超長水平井技（jì）術難題，開展降摩減阻、軌跡精準控（kòng）製、防（fáng）碰繞障等（děng）技術攻關，在優快鑽井、精準壓裂等方麵不斷積累經驗（yàn），有效提（tí）升了單井產量和開發效益，實現了頁岩（yán）氣田少（shǎo）井高產的目（mù）標。截至目前，江漢油田已成功完鑽5口頁岩氣超長水平井，其中焦頁18-S12HF井以4286米（mǐ）刷新國內頁岩氣井最長水平段紀錄。從焦頁（yè）1HF井的1007.9米到焦頁18-S12HF井的（de）4286米，江漢（hàn）油田油（yóu）氣產能建（jiàn）設管理中（zhōng）心（xīn）技（jì）術（shù）管理室副主任葉鑫見證了頁（yè）岩氣井水平段長度不斷突破“上限”，同時也感受到地質導向越來越難。地（dì）質導向被稱（chēng）為鑽頭的“眼睛”，能幫助鑽頭在千米深的地下找準層位。“水平段太長，常規導向技術無法滿足需求，要想控製（zhì）軌跡並精準中靶，非常難。”葉鑫說。為打破桎梏，讓鑽頭高速穿行在“薄餅”一樣的優質儲層中，油氣產（chǎn）能建設管理中心聯合科研（yán）院所和專業公司，成立地質導向（xiàng）攻關小組，首創“三圖一表”地質導向跟（gēn）蹤方法，創建可視化地質導（dǎo）向平（píng）台，實現了導向（xiàng）技術的迭（dié）代升級。他（tā）們利用（yòng）氣藏管理平台地質導向模塊，分（fèn）區建立地質模型，滾動預測地層變化，實時調整軌跡參數，實現了精準控層、高效鑽井。“水平段一長，工具延伸摩阻增大，攜帶岩屑困難，井筒容易卡鑽，鑽具受力複雜，井壁（bì）穩定性差、垮塌風險大，因此，對鑽井設備（bèi）和鑽具的性能要求更高、優選難度更（gèng）大。”油氣產能建設管（guǎn）理中心副經理（lǐ）張玉強笑稱（chēng），最初（chū）打一口超長水平井的難度不亞（yà）於“西天取經”。責任在肩，縱然有重重難關（guān），也要一一闖關。為減少摩阻，技術人（rén）員實時分析岩屑返出量和形態，判斷井眼清潔狀況，通過優化前置液，細化通井、劃眼和井眼（yǎn）清洗方案，持續加強循環排砂，保證超長水平段井筒清潔暢通。在鑽進過程中，他們通過對地層岩性和（hé）可鑽性（xìng），以及（jí）防碰繞（rào）障與防壓裂幹擾等（děng）技（jì）術的深入研究，有針對性地實時（shí）控製鑽井參數，順利實現了超長水平段“一趟鑽”。為了讓套管平滑向前推進4000多米，技術人（rén）員經過研（yán）究（jiū）討論，采取加裝（zhuāng）扶正器、優化管串結構等措施，確保了下套管成功。目前，油氣產能建設管理中心已創新形成超長水平井關鍵裝備與工具（jù）配套、超長水平井降摩減阻、超長水（shuǐ）平井鑽井參數動態優化等技術，實現了從“打不成”到（dào）“打得快、打（dǎ）得準（zhǔn）”的重大跨越。沒有最優，隻有更優。在此基礎上（shàng），技（jì）術人員持（chí）續創新、大膽嚐試，在焦頁26-Z2HF井展開超長（zhǎng）水平井“瘦身”試驗。所（suǒ）謂“瘦身井”，就是從設計（jì）源頭優化，縮小各開次井眼及套管尺寸，有助（zhù）於提高（gāo）鑽井速度、節約施工成本。但隨著井筒縮（suō）小，配套的鑽頭、螺杆鑽具等井下工具也要相應變化；環空間隙變小，下（xià）套管的摩阻也會增大……“瘦身井”技（jì）術首（shǒu）次在超長水平井中應用，施工難上加難。油氣（qì）產能建設管（guǎn）理（lǐ）中心組建一體化技術攻關團隊，深化地層儲層物性、岩石力學等研究，持續優化（huà）施工方案，優選（xuǎn）鑽具組合，采用高鑽壓、大排量、高轉速等激進鑽井參數，全力提高鑽（zuàn）井速度和（hé）質量。“1月底，焦頁26-Z2HF井已（yǐ）順利完（wán）井。全井平均機械鑽速達15.14米/小時，水平段機械（xiè）鑽速達18.7米/小時，優質儲層穿行率達100%，實現了地質和工程雙優目標，為涪陵頁岩氣田‘瘦身井’超長水平段施工積累了寶貴的技術經驗。”油氣產能建設管理中心鑽井管理室副主任林（lín）安國（guó）說。“最難的是（shì）精準。”談起超長水平井的壓（yā）裂難點，油氣產能建設管理中心完井管理室副主任吳魏感歎（tàn），“鄰井幹擾大，到處是人工縫網（wǎng），生怕壓竄了、能量跑了。”在（zài）部署超長水平井時，江漢（hàn）油田更多是（shì）選取地（dì）質條件相對較好的焦石壩（bà）老（lǎo）區。然而，老區井網密集，甚（shèn）至有的井與井之間距離僅30米，用技術人員的話來說，就是（shì）“360度都有老井”。以焦頁18-S12HF井（jǐng）為例，該井所在的焦頁18號（hào）東平台采用“兩層樓”立體開發模式，不大的平台上部署了14口井，新（xīn）井壓裂時容易和老井縫網（wǎng）溝通，一旦壓竄了，後果不可逆。此（cǐ）外，隨（suí）著水平段延伸，施工（gōng）排量提升受限，壓裂（liè）液的流速越來越慢，支撐劑沉降速度會更快，一方（fāng）麵（miàn）極易發生（shēng）堵塞，另一方麵能量不足會影響改（gǎi）造效果（guǒ）。再加上（shàng）水平段太長，下到井底的工具取出（chū）困難，一旦出現故障，無法處理。這一切都要求壓裂（liè）施工一旦開始，就不能失誤。如何分段、精準壓裂，既達到預期儲層改造效果，又降低對鄰井的負麵影響？這幾年，吳魏沒少費思量。他介紹，焦頁18-S12HF井4286米水平段光是壓（yā）裂分段就花了兩個月時間，“以前最多壓（yā）30段，這口井大家經（jīng）過討論，最後定下來57段”。在57段中，哪些段多用砂用（yòng）液以擴大改造規模、哪些段要（yào）控製改造（zào）規模或者放棄改造，精準壓裂的“度”並不好把握。為此，油氣（qì）產能建（jiàn）設管理中心深入開展建模數模一體化研究，通過建立數（shù）值模型，精細描述層理縫發育、應力變化情況，定量預測剩餘儲量，更清楚地（dì）了解鄰井人（rén）工縫網走向、儲層改造效果、每個小層的開采及剩餘氣分布情況。氣藏變“透明”後，技術人員在立體縫網中有的放矢，明確每一段的壓（yā）裂規模、設計參數，以最大（dà）程度釋放產能，同時開展簇數、排量、規模等（děng）工藝參數（shù）縫（féng）網模擬分析，建立精準壓裂模型，優選縫網形態與剩餘氣匹配（pèi）並（bìng）滿足效益開發的工程方案，在壓裂（liè）過程中通過（guò）現場分析（xī）與動態調控，實（shí）現精準壓裂。目前，施工反演縫網與剩餘氣（qì）匹配（pèi）度超過85%。“為保證壓裂改造效果，我們把暫堵工藝用到了極致。”吳魏說（shuō）。考慮到超長水平井與鄰井空間位（wèi）置複雜，他們運（yùn）用雙暫（zàn）堵精準壓裂工藝，提前（qián）研判、及（jí）時下放暫堵劑或暫堵球，避免新井（jǐng）縫網與鄰（lín）井人工縫網溝通形成（chéng）優勢縫網。焦頁18-S12HF井第42~54段（duàn）周邊與老井距離較近、壓竄風險較大，在壓裂過程中，技術人員采取提前暫堵等方（fāng）式，保證了施工正常進行。借助氣藏智能管理平台（tái），技術人員針對不同區塊，根據埋深設置壓力（lì）梯度變（biàn）化預警參數，實（shí）時監控周邊鄰井壓力（lì）變化。“比如設置的壓力梯度參數是（shì）2，超過2說明鄰井壓力變化幅度（dù）大，有可能是新、老井裂縫發生竄通，產生了（le）負麵幹擾，導致老井複（fù）產（chǎn）受到影響、產量降低（dī）。這時候就要調整規模和參數。”吳魏介（jiè）紹。當焦頁18-S12HF井（jǐng）壓裂至第49段、52段、53段時，相鄰（lín）的（de）焦頁19-2HF井和18-9HF井均出現井口壓力增加超過3兆帕的情況（kuàng）。接收（shōu）到係統發送的（de）報警短信，技術人員當即決定采取“中途停泵+二次暫堵+降排量施工”的方式，既保證（zhèng）了施工正常進行，又減少了對鄰（lín）井的（de）負麵影響。目前，焦頁18-S12HF井壓裂改造後井口壓力高達20兆帕，地層能量（liàng）充（chōng）足，對老井壓裂衝擊也以正麵影響（xiǎng）為主。隨著頁岩氣高效開發不斷推進，長水平段水平井已逐漸成為頁岩氣開發領域的主要發展方（fāng）向，其中水平段長大於3000米（mǐ）的超長水平段水平井在提高單井產量和提升經濟效益方麵具有巨大優勢。麵對涪陵頁岩氣田特有的地（dì）質（zhì）條件，經緯公司開展專（zhuān）項攻關，形成了多項特（tè）色技術，有效提高了超長水平井的鑽遇率和井眼質（zhì）量，降低了鑽井（jǐng）成本。技術人員通過對頁岩儲層岩性特征（zhēng）分析、地層精（jīng）細劃分及四性關係研（yán）究，總結出涪陵地區頁岩（yán）儲層“甜點”特征，形成了頁岩氣長水平段常規定向鑽（zuàn）具“甜點”穿行技術。在現場鑽井過程中，經緯公司采用頁（yè）岩儲層“甜點（diǎn）”判別方法，通過伽馬、氣測、鑽時等曲線特征，及時（shí）調整井眼軌跡，控（kòng）製鑽頭在設計層中穿行，大幅提高了頁岩儲層“甜（tián）點（diǎn）”段的鑽遇率。隨著水（shuǐ）平段長度增加，長裸眼水平（píng）段延伸極（jí）限預測難度大、井筒淨化困難、摩阻扭矩大、鑽壓無法有效傳遞等難題也隨（suí）之而來。經緯公司通過研究低摩阻變曲率（lǜ）剖麵設計方法（fǎ）、優（yōu）化長水平段鑽具組合、高效利用降摩減阻工具等措施，形成了頁岩氣長水平段（duàn）“一趟鑽”鑽井技術。目前，涪陵（líng）頁岩氣田2500米水平段均（jun1）已實現常規定（dìng）向工具穿行，水平段“一趟鑽”完（wán）成占比達到30%以上。由經緯公司自（zì）主研發（fā）的經緯剛毅牽引器經過3次迭代（dài）升（shēng）級，已成為集研、產、服、用於一體的（de）全產業鏈自主品牌。這項技術成功解決了深層頁岩氣超長水平段套（tào）管井測井施工困難等難題，形成了（le）一套長水（shuǐ）平段（duàn）、上（shàng）翹水平井（jǐng）等（děng）疑難水平井施工的標準和規範，填補（bǔ）了國內多（duō）項空白，目前（qián）已在涪陵氣田完成水平（píng）段長超過2500米水平井輸送近200井次。為了進一步（bù）提升作業效率和安全性，經緯公司對施工工藝進行了（le）係統（tǒng）優化（huà），通過引進先進測量設備和實（shí）施嚴格作（zuò）業流程控製，確保施工過程高效（xiào）規範。此外（wài），針對超長水平井的特殊要求，技術人員還製定了一套完善（shàn）的井（jǐng）下複雜情況處理方案，包括智能化施工（gōng）管理、精細化作業技術等，既保障了施工的連續性和穩定性，又提高了（le）作業時效和安全性。焦頁18-S12HF井是在涪陵工（gōng）區部署的一（yī）口重點水平井，所（suǒ）處區塊地（dì）層構造（zào）複雜，周邊鄰井眾多（duō），麵臨較大的（de）井控風險和防碰風險，必須保證精準鑽進。按（àn）照集團公司“3000米提效（xiào）、4000米配套、5000米攻關”的超長水平井“三步走”戰（zhàn）略，經緯公司與江漢油田、江漢石油工程、工程院等企業緊密協作，順利完成（chéng）了該井4286米超長水平段施工，形（xíng）成了超長水平段“一趟鑽（zuàn）”鑽井（jǐng）關鍵技術4項、一體化管理經驗4項，為今後超長水平段水平井安全（quán）高效鑽井提供了更多的有益（yì）借鑒。在頁岩（yán）氣超長水（shuǐ）平井施工過程中，遇到了哪些鑽（zuàn）井、壓裂難題？如何因地（dì）製宜（yí）選擇合適的工藝設備，形成了（le）哪些自主技術？這（zhè）些技（jì）術經（jīng）過迭代升級，目前達到了什麽水平？江（jiāng）漢（hàn）石油工程壓裂技（jì）術專家 蔣成白頁岩氣屬於非常規氣（qì）藏，也被稱為“人工氣藏”，需要把像書頁一樣的頁岩壓碎才能讓氣（qì）體釋放出來。水平井分段多級體（tǐ）積壓裂改造是實現頁岩油氣儲層效益開發的有效手段。理論上，水平（píng）段越長、改造體積越大，單井控（kòng）製/動用可采儲量越高。隨著非常規頁岩氣勘探開發逐步深（shēn）入，頁岩氣水平井向著井深更深、水平段更長的方向發展。在複雜地質條件下，隻有“少井高產、效益開發”，采用超長水平段鑽完井（jǐng）、多級分段體積壓裂改造技術，才能實現更高的（de）單井（jǐng）產（chǎn）能和儲量動用（yòng）程度，降低開發成本，實現效益最大化。在國內，超長（zhǎng）水平井壓裂仍存在諸多技術（shù）瓶（píng）頸，如施工故障複雜（zá）的預控、高效壓裂（liè）改造和改造後井筒（tǒng）清理（lǐ）等有效控（kòng）製（zhì）技術不夠成熟等。麵對挑戰，江漢石油工程井（jǐng）下測（cè）試公司壓裂專家團隊聯合（hé）江漢油田開展一體化攻關，打造頁岩（yán）氣超長水平井壓裂技術體係，形成了三方麵成熟經驗。一（yī）是開展一體（tǐ）化（huà）壓前預控和“大平台地（dì）質-鑽井-壓前竄擾”分析，實行“一段一策（cè）”，通過預製雙趾（zhǐ）端滑套順利（lì）建（jiàn）立首段壓裂通道，提高壓裂液黏度，優化施工參數，實現精（jīng）準控製，確保超長水平井壓裂施工零故障。二是針對超長水（shuǐ）平段的（de）泵送射孔難題（tí），結合井眼軌跡（jì）優化泵送參數，有效提高了泵送一次成功率。三是受限於現有（yǒu）連續油管作（zuò）業能力，為解決超長水平（píng）井壓裂後的掃塞難題，在超長水平段趾端部分的（de）壓裂段（duàn），優選速（sù）溶橋（qiáo）塞或免鑽橋塞作為分段工具，輔以橋塞助溶措施，保證壓後全井筒與（yǔ）地層的（de）連通性。我們積極（jí）推動技術研究、現場應（yīng）用一體化運行。以焦（jiāo）頁18-S12HF井（jǐng）為例。該井完（wán）鑽井深7161米、水平段長4286米（mǐ），是目前涪陵頁岩（yán）氣田壓裂施工規模最（zuì）大（dà）、國內頁岩氣（qì）水平段最長的井。江漢石油工程聯合（hé）江漢油田，建（jiàn）立甲乙方雙（shuāng）平台（tái）長負責（zé）製（zhì），實施現場網格（gé）化、目視化管理，強化壓裂、試氣、泵（bèng）送射孔和連續油管等多（duō）工種聯合作業能力，開展“安全（quán）+技術”雙交底，實現（xiàn）了（le）24小時連續作業，刷新了中國石化頁岩氣壓裂（liè）段數最多紀錄，也宣告江漢（hàn）井（jǐng）下測試公司具備了50段以上頁岩氣長水平段壓裂作業能力。該技術（shù）體係的順利實施（shī），標誌著中國石化頁岩氣勘探（tàn）開發施工能力進一步提升，為有效增加（jiā）非常（cháng）規油氣藏儲量動用率、提高（gāo）單井可采儲量、降低單井綜合開發成本提供了（le）有力支撐，為海相超深長水平段水平（píng）井開發技術進一步優化提供（gòng）了可靠經驗，有效推動了川東氣田儲量的整體評價和開發。江漢（hàn）石油工程鑽（zuàn）井技術專家 胡（hú）小（xiǎo）奎國內外頁岩氣田成功開發經驗表明，超長水平段水平（píng）井（jǐng）是提高單井控製儲量和經濟可采儲量的（de）重要技術手（shǒu）段。涪陵頁岩（yán）氣（qì）田開發之初，水平段一般為1500～2000米。隨（suí）著我國能源需求加大和頁岩（yán）氣勘（kān）探開發技術（shù）工藝進步，長水平段水平井鑽井技術成為油氣行業攻關的主要方向。然而，鑽頭在（zài）3000米深的地下穿行（háng），由於水平（píng）段過長，岩（yán）屑攜帶困難易形（xíng）成岩屑（xiè）床，加上托壓、摩阻（zǔ）大等問題，容易（yì）產生環空（kōng）憋堵、卡鑽（zuàn）等複（fù）雜故障，輕則影響鑽井周（zhōu）期，重則導致整口井報廢。江漢石油工程（chéng）作（zuò）為涪陵頁（yè）岩氣田產能建設的先行軍和主力軍，率先成立專項技術攻關團（tuán）隊，確立了（le）“鑽井液+軌跡+工（gōng）具（jù）+參數”的技術（shù）方案。技術團隊（duì）從優化鑽井液性能入手，全麵展開（kāi）鑽井液性能優化試驗，針對不同區塊不同地層的20餘口井進行地層岩性特征（zhēng）分（fèn）析，開展了200多次試驗，最終形成適合長水平段安全鑽井的鑽井液體係，有（yǒu）效提高了鑽（zuàn）井液的封堵性、抑製性和潤滑性，同時升級固控設備，淨化鑽井液，保證清潔度，為鑽頭前進掃（sǎo）清障礙（ài）。在此基礎上，技術團隊（duì）推廣應用“常規LWD（隨鑽測井）+旋轉導向”複合模式（shì），降低摩阻，減少（shǎo）鑽進托壓（yā）。到2020年，水平段就已（yǐ）延長至2500米以上。近年來，涪陵頁（yè）岩氣田產能建設逐步向更深層、更複雜的（de）地層（céng）推進（jìn），隨著“瘦身井”大麵積推廣，攻克超長水平段水（shuǐ）平井關鍵技術需（xū）要破解更多難題。由於“瘦身井”井眼小，需要重新配套尺寸合適的工具，江漢石油工程聯（lián）合甲方與生產廠家（jiā），開展長水平段水平井（jǐng）鑽頭螺杆一體化攻關，研（yán）發出抗磨高效鑽頭和長壽命高效螺杆，同時推（tuī）廣應用雙向扭擺（bǎi）係統（tǒng）、旋（xuán）轉下套管等（děng）新工具及新工藝，引進2200馬力高壓泥漿泵，並將頂驅從500噸升級（jí）至750噸的雙電機，實現（xiàn）了大功率、高扭矩（jǔ）、高承載（zǎi）力。為了使（shǐ）超長水（shuǐ）平段打得更（gèng）快（kuài），技術團隊分工區開展強化參數鑽井試驗，在安全鑽進前提下分區分段強化鑽壓、轉速、排（pái）量等參數，試驗井機械鑽速平均提升30%，長水平段一趟鑽完成率達50%以上。2023年10月，江漢石油工程承鑽的焦頁18-S12HF井水平段長4286米（mǐ）、水（shuǐ）平段“一（yī）趟鑽”進尺（chǐ）4225米，一舉刷新我國頁（yè）岩氣井水平段最長、水（shuǐ）平段“一趟鑽”進尺最長兩項紀錄（lù）。涪陵氣田勘探（tàn）開（kāi）發多年，地下井網密布，超長水平段水平井鑽探（tàn）還麵臨防碰繞障的難題。江漢石油工程（chéng）大力推進定（dìng）測錄導一體化，采用（yòng）變曲率剖（pōu）麵設計，研究形成三（sān）維水平井優快定向（xiàng）技術，靈活控製井眼軌（guǐ）跡，引導鑽頭精準到達（dá）目的（de）地，優質儲層“甜點（diǎn）”鑽遇率達到100%。過多年攻堅，目前，江漢石油工程已形成超長水平段（duàn）水平井鑽完井（jǐng）技術係列20餘項，水平段長度增為3000～4000米，實現了長水平段（duàn）鑽井技術從1.0到3.0的跨越（yuè），為涪陵頁岩氣田高效勘探開發提供了有力技術支撐。
來源：中國石化報（bào）
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