页岩气开发技术装备自主化研究进展与展望

对国内外页岩气开发装备作了概述,着重阐述了国内在页岩气开发技术装备自主化研究方面的进展。国外页岩气水平井开发核心技术装备包括智能化测量工具、井下动力钻具、旋转导向工具、地质导向工具等;压裂增产技术主要包含水力喷射工具、多层同时压裂工具等。国内钻机、压裂机组技术水平可满足丛式、水平井等工艺要求,封隔器、滑套等井下工具已初步实现国产化,测井设备可靠性、时效性及测量精度与国外先进水平差距较大,随钻测井(LWD)工具、旋转导向工具等几乎全部依赖进口。本文提出了页岩气开发装备自主化研究的攻关方向和发展趋势,建议研制适合不同钻井深度和资源条件的专用钻机,解决页岩气长水平段钻井难度大、周期长等问题的井下提速和导向工具,高分子材料井下封隔器等压裂改造工具,和适应未来大规模产量下的合理组织技术及后期完整配套采气工艺装备。     

页岩气钻完井配套技术集成研究与应用

随着涪陵页岩气田100×10~8 m~3/a产能建设、长宁-威远国家级页岩气产业示范区等区块页岩气的高效勘探开发,我国的能源结构也在不断地改变。页岩气的商业化开发有赖于丛式水平井钻井技术及大型分段压裂技术的不断发展和进步,高效的钻完井配套技术是提高页岩气勘探开发效果的有力保障。中原石油工程公司通过自主攻关和集成配套相关钻井新工艺、新工具,在钻井实践中取得了一系列技术突破,形成了三维大偏移距长水平段水平井轨迹控制技术、油基乳化/无土相油基钻井液技术、防漏堵漏技术、页岩气随钻解释评价技术、油基钻井液高效冲洗技术、"井工厂拉链式"压裂技术、高压网电配套工程技术等关键技术。上述技术在川渝的涪陵、长宁-威远、永川等工区140余口井的成功应用,有效支撑了我国页岩气产能建设。本文基于中原工程页岩气钻完井配套技术的攻关及实钻经验总结,对其他页岩气勘探开发区块的钻完井工程具有较强的指导意义。     

基于专利信息的页岩气勘探开发技术发展趋势研究

页岩气是近年来备受关注的非常规能源,因此页岩气勘探开发相关技术也成为技术研发焦点。目前国内外已经形成了大量的专利技术,采用国际专利分类法,通过德温特国际专利数据库和中国知识产权网专利数据库进行检索分析,发现整个页岩气技术群主要集中在干馏、热采等15个专业领域,而钻井、固井、完井和压裂等相关专利却占比很少,但这4个专业的相关专利在2000年后得到了快速增加。从生命周期来判断,页岩气整体技术群的发展处于快速发展时期,预计将于2018年进入成熟期,而钻井、完井、固井和压裂等4个上游相关专业却刚刚进入快速发展时期。     

涪陵页岩气田钻井提速集成技术应用研究

涪陵页岩气田江东区块焦页109平台存在钻头易失效、定向托压、浅层气等问题,影响二开钻井提速。总结分析了影响钻井速度的关键因素,综合集成提速技术,形成了二开钻井提速集成技术方案。通过钻头和螺杆研选,应用射流冲击器和水力振荡器,采用简易控压钻井设备,优化现场施工管理等措施,在焦页109-1井应用提速效果显著。二开钻井机械钻速较邻井同比提高46.40%,钻井周期缩短了31.69%。现场试验展示了钻井提速集成技术的提速提效潜力,在涪陵页岩气勘探开发中应用前景广阔。     

页岩气高效钻完井装备和工具技术方案研究

常规油气钻完井装备和井下工具在页岩气开发过程中体现出一定的不适应性,需要进行技术改进以应对井工厂钻井、大型压裂施工、采气及环保的技术要求。本文结合工程实际,从技术现状分析入手,对钻机、钻头钻具、压裂装备、连续管作业设备、采气装备、环保设备等提出改进优化技术方案,并进行了效益分析。钻机自动化改进等高端钻机技术、大排量高压力压裂机组和管汇、连续管作业设备、耐油基螺杆钻具等成为目前国内页岩气开发首要完成的技术改进对象。     

页岩气压裂技术进展及发展建议

针对页岩储层孔隙度、渗透率极低，需要压裂改造形成复杂的裂缝网络，才能保证页岩气的高效开发，梳理了直井压裂、水平井压裂、重复压裂、超高导流能力压裂及深层压裂的关键工艺，对比了泡沫、滑溜水、纤维、液化石油气等压裂液体系的优缺点及适用性，归纳了微地震监测、测斜仪监测等裂缝监测技术的原理和优缺点，并提出了页岩气压裂发展的建议。研究得出:我国已实现3 500 m以浅页岩气资源的大规模工业化开发，深层页岩气将成为页岩气开发的重要接替领域；未来压裂液体系发展呈低成本、低伤害、清洁环保、适应苛刻环境的趋势；重复压裂将成为页岩气增产的重要举措，裂缝监测技术是页岩气压裂优化设计的导向，“工厂化”压裂模式是页岩气压裂降低成本的有效途径。     

探究新型能源页岩气的“家”及如何取为“我”用

富含大量有机质的泥页岩是产生常规天然气的母岩,其再通过节理裂隙等空间通道运移至前述的多空储集层中,成为可以被工业开采的常规天然气,而那些未经运移残存在页岩中则成为页岩气。开采页岩气主要涉及水平钻井技术、水力压裂技术等核心关键技术。页岩气的有序开采,对改善我国能源结构起到巨大的作用,也为我们的生活提供了极大的便利。     

涪陵页岩气田水平井组优快钻井技术

涪陵页岩气田是我国第一个投入商业化开发的国家级页岩气示范区,与北美相比,涪陵地区地表条件、地质条件和页岩气储层特征更加复杂、储层埋藏更深,开发初期钻井机械钻速低、钻井周期长、成本高。为此开展了涪陵页岩气田水平井组优快钻井技术研究,形成了集水平井组钻井工程优化设计、水平井优快钻井技术、国产低成本油基钻井液、满足大型压裂要求的长水平段水平井固井技术、山地特点"井工厂"钻井技术以及绿色环保钻井技术为核心的页岩气水平井组优快钻井技术体系。在涪陵页岩气田推广应用了290口井,完井256口,平均单井机械钻速提高了182%,平均单井钻井周期缩短了55%,平均单井钻井成本降低了34%。为涪陵页岩气田年50亿m~3一期产能建设的顺利完成提供了强有力的技术支撑,对我国页岩气规模开发提供了重要的借鉴和引领作用。     

涪陵页岩气田江东区块优快钻井技术研究与应用

涪陵页岩气田江东区块地质构造复杂、地层倾角大,存在机械钻速低、定向钻井托压严重、水平井轨迹控制困难等问题,给该地区优快钻井作业带来了挑战。本文通过总结现场施工作业及技术攻关实践,分析总结了江东区块复杂地质条件下相适应的钻井新工艺、新工具,形成了一套适用于涪陵页岩气田江东区块的优快钻井技术。江东区块钻井周期从开发前期的235 d缩短至90.33 d,机械钻速、储层钻遇率不断提高的同时,定向钻井托压、钻头提前失效等工况逐渐减少。通过4年发展,涪陵页岩气田江东区块优快钻井集成技术逐渐成熟,基本满足了深层页岩气的开发需要。     

四川盆地及周缘页岩气水平井钻井面临的挑战与技术对策

中国石化近几年在四川盆地及周缘页岩气勘探开发取得了重要进展。但该地区页岩气水平井钻井速度低、钻井周期长、成本高、成井质量不高,严重影响了该地区页岩气商业化勘探开发进程。系统总结了四川盆地及周缘的涪陵大安寨、涪陵龙马溪、彭水和建南等地区页岩气水平井钻井面临的主要问题:浅部地层出水空气钻井受限、定向段井眼尺寸大机械钻速低、井漏频繁、气体钻井易井斜以及水平段油基钻井液固井质量差。针对上述问题,从浅层水控制措施、泡沫定向钻井技术试验、井漏的预防与处理、空气钻井防斜打直工具研发、页岩气水平井固井对策以及"井工厂"钻井作业模式攻关与应用等6个方面提出了应对技术措施,为页岩气钻井技术攻关和现场施工提供了借鉴与参考。     

黑色页岩里的气体小精灵

在地下黑色页岩地层中以吸附或游离状态赋存有可爱的气体小精灵,成分和我们平时燃气灶里燃烧的气体一样,行业专家称之为页岩气,是一种清洁高效的能源。在我国广袤的国土下埋藏的页岩气资源量超过80万亿m_³,目前技术可采资源量近13万亿m_³,勘探开发潜力巨大。地质学家对页岩的研究表明,页岩里的气体小精灵所居住的空间,主要是处于微米至纳米级别的空间尺度上。要捕获这些深埋地下懒惰的气体小精灵,我们需要用到复杂的钻采工艺,目前主流工艺为水力压裂和水平井技术。近几年我国页岩气产量突飞猛进,从2012年的2 500万m_³,到2018年超过百亿方,呈现出良好的发展态势,页岩气已成为我国今后天然气的重要接替资源,这些可爱的气体小精灵将快乐的奔跑向千家万户,为我们带来温暖,同时对生态文明建设意义重大。     

油页岩地下原位转化与钻采技术现状及发展趋势

我国油页岩地质资源量巨大,是潜在的油气资源,也是保证我国能源安全的重要战略资源。油页岩地下原位转化开采是油页岩工业的发展趋势。在系统收集相关资料、数据和调研的基础上,总结了国内外油页岩地下原位转化与钻采技术的发展历程,对反应热加热、传导加热、对流加热和辐射加热4类加热技术和水力压裂、地下爆破、冷冻墙、注浆帷幕和气驱止水5种储层改造技术的主要特点和发展现状做了进一步分析。针对我国油页岩储层的特点,提出了地下原位转化与钻采必须突破和采用的3大关键技术,主要包括:以复合加热、高效井下加热器和催化增效为核心的高效加热技术;以旋转导向钻进、精准测距双井导向为核心的水平井导向钻井技术;以CO2干法压裂技术、酸化压裂技术和气驱止水为核心的复合储层改造技术。以期为我国油页岩地下原位转化开采技术的研发提供指导和参考。     

页岩气开采压裂液技术进展

页岩气是一种分布广泛且储量丰富的非常规能源,但由于其储层具有孔隙度小及渗透率低等特性,一直以来页岩气未得到大规模开采。直到近20年,页岩气开采技术才得到飞速发展,这主要得益于水力压裂技术的进步。压裂液是水力压裂的重要组成部分,其性能的优劣直接影响水力压裂施工的成败。通过调研国内外文献,结合国内外压裂液技术的发展历程,分析了页岩气开采中几种常用压裂液的优点、适应性及存在的问题,综述了两类新型的无水压裂技术。结合我国页岩气储层的特殊性及压裂技术发展的现状,提出了适于我国页岩气开采的压裂液技术发展的建议,并特别强调了在页岩气开发初期重视环保的重要性。     

长宁地区五峰组底界微断裂识别及对页岩气开发工程的影响

四川盆地长宁页岩气田是中国页岩气勘探的先导靶区之一。受地震分辨率的限制,前人主要识别断距大于20m的断层,会忽略断距小于20m的微小断裂,然而长宁地区普遍发育断距小于20m的微小断裂,容易造成其长水平井开发中出层、卡钻、压窜、套变等复杂工程情况,因此,如何进行长宁页岩气储层微小裂缝的识别,并进一步细化断裂分级成为了当前工作的重中之重。本研究在前人的断裂解释认识上,通过井震结合,综合运用相干、蚂蚁体等多种方法,提高了微小断层的识别和刻画精度,总结了继承型、伴生型、走滑型三种微裂缝成因分类,并在原有的四级分类基础上增加了第五级断裂（微断裂）的分类原则和识别方法。结果显示,该区发育大量走向北东向、北西向的微断裂,与I-IV级断裂的方位一致,符合成因规律,且能够匹配解释前期钻井、压裂过程中出现的工程问题,证实了微断裂识别方法的可靠性和微断裂对页岩气开发工程的不利影响。通过对微裂缝的有效识别,可以为轨迹优化、钻井及压裂施工提供预警处理依据,并为地质甜点分析、页岩气产量提升提供技术支持和保障。