地质工程一体化技术在威远页岩气高效开发中的实践与展望

针对威远页岩气地表条件复杂、储层埋藏深度大、构造复杂、非均质性强、压裂改造难度大等特点,坚持"一体化、工厂化、效益化"的开发理念,应用地质工程一体化技术,厘定平面甜点和纵向甜点,优化井位设计;实现精准地质导向,大幅提升甜点钻遇率;提高钻井工程质量,有效缩短钻井周期和降低井下复杂状况的发生率;优化压裂工艺设计,实现压裂改造体积的最大化。基于此,形成了较为完善、复杂海相条件下对页岩气勘探开发有较强借鉴意义的项目管理、研究设计、科研现场、地质钻井和地质压裂5个一体化模式,单井产量不断提升,单井成本持续降低,实现了威远页岩气规模有效开发;不断践行与完善地质工程一体化技术,深化地质认识和加强工程技术配套,实现威远3500m以浅页岩气高效开发以及深层页岩气效益开发。     

四川盆地威远页岩气藏高效开发关键技术

威远页岩气藏地质条件复杂,工程技术面临很大挑战,因此,通过地质和工程技术的相互融合,以“选好区、打准层、压好井、采好气”为核心,从地质评价及井位部署优化、水平井优快钻井及精准地质导向、水平井体积压裂、排采及动态分析等4个关键环节入手进行技术攻关,形成了适合威远页岩气藏勘探开发的6项关键技术,即页岩气高产区带评价与优选技术、复杂地表条件下一体化井位部署与优化、长水平段丛式水平井高效钻井完井技术、页岩甜点录井辅助地质导向技术、页岩气体积压裂技术、排采测试及气藏开发动态分析技术。6项关键技术在威远页岩气藏开发中得到推广应用并不断完善,开发效果不断提高,主力产层龙一₁1小层的钻遇率达到98%,钻井周期缩短至69.2 d,测试产量达到19.7×104 m3/d,单井最终可采储量增至10 482×104 m3。6项关键开发技术为威远页岩气藏的高效开发提供了技术支持,且技术的适应性不断增强。      

四川长宁页岩气“工厂化”钻井技术探讨

四川长宁区块页岩气资源储量丰富,开发利用价值大,采用常规钻井模式存在施工效率低、钻井周期长、作业费用高、投产速度慢等问题,影响了页岩气资源的规模效益开发进程。"工厂化"钻井以流水线的作业模式批量完成钻井作业,2008年应用于北美,促成了美国"页岩气革命",因此有必要研究形成适合四川长宁页岩气地质特征和技术现状的"工厂化"钻井技术,进而缩短钻井周期,降低钻井成本。基于四川长宁区块地质、工程特点,分析了该区块页岩气丛式水平井组面临的主要钻井技术难题,探讨了"工厂化"钻井关键技术及装备,提出了"工厂化"钻井两步走实施计划,形成了双钻机批量钻井方案和配套优快钻井技术系列,为页岩气资源高效开发、长宁-威远国家级页岩气示范区建设提供了良好的技术支持。     

四川盆地页岩气水平井分段压裂技术系列国产化研究及应用

随着四川盆地页岩气勘探开发的持续深入,实施水平井分段压裂改造已成为页岩气这种非常规气藏有效开发的必要手段。针对四川长宁—威远国家级页岩气示范区水平井储层特点,结合套管固井完井方式,通过开展自主攻关与现场试验,在页岩气水平井压裂改造方面逐步形成了一套完整的技术系列,包括:新型复合桥塞分段工具、高效降阻滑溜水体系、优化分段设计技术、体积压裂工艺、连续油管钻磨技术、连续混配、连续供砂、连续作业技术、返排液重复利用技术等,从而实现了页岩气水平井储层改造的最优化体积和效果。应用结果表明:自主研发的页岩气水平井复合桥塞优化分段、滑溜水体积压裂工艺及工程配套技术,能够有效提高工程时效和增加井口产能,为页岩气水平井规模效益开发提供了技术保障,为下一步四川盆地页岩气工厂化压裂的实施提供了技术支撑。     

水平井钻井技术在四川长宁—威远页岩气井的应用

与直井钻井技术相比,在采用水平井钻井技术开发页岩气藏时页岩受力状态改变,钻井液浸泡时间增加,容易出现井壁垮塌等井下复杂。基于四川长宁—威远页岩气示范区地质、工程特点,结合页岩气藏高效开发需求,分析了页岩气藏水平井钻井作业面临的主要技术难题,研究了安全、快速钻井关键技术方法,进行了现场应 用,钻成了页岩气藏水平井,水平段长度和机械钻速都有较大提高,为水平井钻井技术在页岩气藏中的推广应用提供了良好的技术支持。     

页岩气“体积开发”理论认识、核心技术与实践

四川盆地及其周缘上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组海相页岩气勘探开发的突破和发展,对中国天然气理论创新和技术进步具有重大的战略意义,连续型油气聚集、水平井体积压裂开发等一批关键理论技术,支撑了四川盆地南部(蜀南)、涪陵等页岩气田的大发展。为了提高中国页岩气区储量动用率和采收率,基于中国页岩气的地质条件和工业实践,梳理了中国页岩气勘探开发进展及取得的主要地质认识,深化了对五峰组—龙马溪组页岩储层主要地质特征的认识和页岩气"甜点区(段)"分级评价标准,从人工干预提高页岩气有效流动性和开发整体性出发,提出了页岩气甜点区"体积开发"的理论内涵和核心技术,进而评价展望了中国页岩气资源"体积开发"的发展前景。研究结果表明:①页岩气"体积开发"指在不同级别含气页岩储层"甜点区""甜点段"范围内,通过多水平层段分段压裂构建人工缝网系统,利用水平方向流动叠加垂向导流缝流动形成复合流动方式,促使波及范围内的页岩气资源成为可开发的商业储量,实现更多页岩气资源的有效动用;②"体积开发"包括"甜点区"综合评价、体积开发井网优化设计、水平井钻井和靶窗优选及轨迹设计、水平井段体积压裂改造技术、生产制度设计与平台式工厂化管理等5项核心技术。结论认为,"体积开发"理论技术不仅为目前长宁、涪陵等页岩气储量区立体开发,而且也为陆相、海陆过渡相页岩气等非常规油气资源的整体利用,提供了重要的理论依据和技术支持,具有广阔的应用前景。     

威远区块页岩气水平井基于灰色关联分析的产能评价方法

四川威远页岩气区块隶属国家级页岩气示范区,开发潜力大,页岩气水平井产能受多因素控制呈现出差异性,为快速准确开展压后产能评价,实现威远区块页岩气的高效开发,本文依托威远页岩气区块地质、压裂及生产资料,运用灰色关联分析方法明确水平井产能的主控因素,依此建立多元线性回归产能预测模型进行产能评价。研究结果表明,影响压裂水平井页岩气产能因素主要包括地质因素和工程因素两个方面,地质因素按影响程度大小排序依次为目标甜点钻遇率、含气量、脆性指数等,工程因素则依次为改造长度、加砂强度、加砂量等;产能评价方法综合威远区块地质开发特征和压裂改造效果,无需产能试井资料,仅需目标甜点钻遇率,改造长度和加砂强度三个主控因素作为产能预测模型参数即可快速计算测试产量,计算结果与实际测试产量误差在10%以内,该方法能够快速准确评价产能,为研究区后续水平井优化设计和合理配产提供可靠依据。     

中国页岩气近期勘探开发进展

中国页岩气资源丰富,勘探开发前景广阔。通过采用资源类比法预测中国页岩气地质资源量达95.00×10~(12) m~3,技术可采资源量16.30×10~(12) m~3,经济可采资源量12.86×10~(12) m~3。页岩气作为中国国家政策鼓励开发的绿色独立矿种之一,备受社会广泛关注。在国家级页岩气示范区建设的基础上,逐步形成和发展了在页岩气综合地质评价、开发技术优化、水平井优质快速钻井、水平井体积压裂、水平井工厂化作业、高效清洁开采等页岩气勘探开发主体技术,现场应用成效显著。截至2016年底,涪陵页岩气田已生产页岩气50.37×108 m~3,长宁—威远页岩气田生产页岩气23.04×108 m~3,昭通页岩气田生产页岩气约2×108m~3。页岩气的勘探开发正改变中国能源结构,缓解国内天然气供需矛盾,促进中国绿色低碳经济发展。但目前中国页岩气勘探开发才刚刚起步,页岩气的规模效益开发仍面临一系列技术瓶颈需要攻克,针对深层页岩气在评层选区、钻完井工艺、体积压裂改造等勘探开发方面仍需开展技术攻关,从而进一步推动中国页岩气产业蓬勃发展。     

苏53区块工厂化钻井完井关键技术

苏里格气田是国内最大的致密砂岩气田,苏53区块是该气田目前实施水平井整体开发的唯一区块。为提高该区块的开发效率,实现低成本开发,以前期实践和国内外工厂化作业先进经验为基础,通过强化区域地质研究,优化方案设计,加强施工管理,形成了适合苏里格气田工厂化作业的钻井完井技术。该技术主要包括水平井地质导向技术、钻井技术、储层改造技术等。地质导向技术主要通过完善地质模型和调整井眼轨迹,实现水平井准确入靶和高效钻进;钻井技术主要为优化井身结构及井眼轨道,优选PDC钻头和钻井液体系及设计钻机平移系统等;储层改造技术是根据区域地质特征及完钻参数,将体积压裂融入同步压裂,以提高储量动用。苏53区块通过实施工厂化钻井完井技术,水平井平均单井钻井周期比该区块常规水平井缩短15.98 d,平均单井储层钻遇率比该区块常规水平井提高4.9百分点,水平井平均单井产气量比该区块常规水平井高0.49×104 m3/d,其工厂化钻井完井技术可为国内非常规气藏水平井工厂化作业提供借鉴。      

四川盆地长宁地区页岩气水平井组“拉链式”压裂实践

经过几年的探索和实践,在四川长宁—威远国家级页岩气示范区内相继完成一批直井和水平井体积压裂改造并获得工业产能,初步形成了自主页岩气储层改造技术,下一步需要探索解决的就是如何通过"工厂化"模式来提高压裂作业效率的问题。为此,介绍了我国第一个页岩气丛式水平井井组长宁A平台的部署情况,针对该平台压裂改造工艺要求和四川盆地山地地形特点,对该平台"工厂化"作业模式进行了优化设计,在国内首次采用"拉链式"压裂作业模式对该平台开展了"工厂化"压裂。通过地面标准化流程、拉链式施工、流水线作业和井下交错布缝、微地震实时监测,实现了每天平均压裂3.16段,最大限度增加储层改造体积,充分体现了"工厂化"压裂对页岩气丛式水平井平台大规模体积压裂改造的提速、提效作用。同时还针对该井组"拉链式"压裂的施工工艺、作业模式、地面配套以及压后初步评价进行了综合研究分析,"拉链式"压裂实践表明:2口井的"拉链式"压裂相对于该地区前期水平井单井压裂作业而言,效率提高78%、增产改造体积增加了50%。     

页岩气平台复杂山地工厂化作业技术

国内页岩气储量丰富,页岩气藏具有非均质性强、孔隙度低、渗透率低、岩石致密、储量丰度低等地质特点,主要采用水平井体积压裂形成缝网实现高效开发。工厂化作业模式已在国外非常规油气资源开发中得到应用推广。工厂化作业模式是一种批量化、流程化、标准化、自动化的作业模式,在同一平台尽量完成多口井的钻完井作业,实现效益的最大化。页岩气水平井复杂山地工厂化作业技术涵盖工厂化钻井技术、工厂化压裂技术、工厂化试油测试技术等方面,能够达到组织结构合理优化、施工人员精简、井场占地减少、设备共享利用、工作液循环利用、建井周期缩短等目的,适用于页岩油气资源的开发作业。通过完善钻机平移作业流程及装备,平均平移周期较钻机改造前缩短5.4 d;平均钻井复工时间35 h;拉链压裂作业模式可以取得较好的时效性与经济性,优化后作业时效最高达2.98段/d;模块化地面测试流程,安装效率提高了47.6%,管线减少了22.9%,能够实现压裂返排测试、试采一体化。     

中国石油创新勘探开发工程技术实现页岩气规模有效开发

<正>面对页岩气勘探开发一系列难题,中国石油通过十年科技攻关,创新勘探开发工程技术,单井综合成本大幅下降,加快了页岩气规模开发。主要技术创新:(1)建立了海相页岩气选区参数体系和储层分类评价标准,形成页岩气地质综合分析与产能概率性评价技术;(2)积极探索了"一趟钻"钻井新技术,优质储层钻遇率提高至90%以上,钻井周期缩短50%以上。(3)形成了长水平井分段分簇体积压裂改造技术及"工厂化"作业模式,单井测试产量达到     

威远页岩气水平井压裂套变原因分析

水平井压裂套变是近几年国内页岩气开发中普遍存在的一个技术问题,为了研究水平井压裂套变机理和控制套变发生,对页岩气水平井压裂过程进行分析,结合威远202区块和204区块的储层地质特点,通过对100余口压裂水平井的基础资料进行分析研究,找到了套变发生的特点和引起套变发生的主要原因。威远压裂水平井套变的主要影响因素是地质储层特点、压裂设计和地应力特点,套变的位置绝大多数位于层理缝发育的甜点区中。威远202区块的部分套变井与水平井段钻穿坚硬的五峰组有关,一部分套变点位于A靶点附近;威远204区块的压裂水平井的套变点也是主要位于A靶点附近的甜点区中。研究结果为进一步预测套变和防止套变发生提供了技术指导和经验基础。     

地质—工程—经济一体化页岩气水平井井距优化——以国家级页岩气开发示范区宁209井区为例

为了最大限度地提高资源动用率,通常都采用一次性井网整体部署的方式开发页岩气,而水平井井距设计则是页岩气井网部署的关键。在确定最优井距时,既需要掌握地质特征和钻井压裂工艺,也必须考虑气价、成本等经济因素的影响,目前国内外均没有形成较为可靠的页岩气水平井井距设计方法。为此,首次建立了一种基于地质—工程—经济一体化的页岩气水平井井距分析方法,通过地质建模、数值模拟、现金流分析3种技术手段,使用最终可采储量(EUR)、采收率和内部收益率(IRR)等3项指标对四川盆地长宁—威远国家级页岩气示范区宁209井区的页岩气开发井距进行了综合评价。研究结果表明:①宁209井区在当前的地质、工程、经济条件下,井距大于240 m可以确保页岩气平台开发的内部收益率大于8%;②井距控制在330～380 m时,可以同时兼顾单井EUR、平台采收率和经济效益。结论认为,该研究成果支撑了该井区页岩气开发技术政策的制定,为其实现页岩气规模效益开发奠定了基础。     

长宁—威远构造页岩气井返排流程优化设计和返排特征分析

页岩气井返排流程是页岩气藏工厂化压裂作业必不可少的组成部分。为了满足页岩气丛式井拉链式压裂—排采一体化作业,在现场实践基础上,设计了可满足各井除砂、连续排液、多井同步计量等功能的模块化、标准化地面返排流程;同时对页岩气井压后返排特征进行了剖析,形成了适合长宁—威远区块大规模加砂压裂后"闷井、控制、加速、平稳"的连续排采制度。长宁—威远区块标准化地面返排流程及排采制度的成型可为我国其他页岩气藏的勘探开发提供借鉴。     

地质—工程一体化高效开发中国南方海相页岩气

中国南方海相页岩气区具有不同于北美页岩气区的地面条件和地下地质条件,因此,四川盆地及周缘海相页岩气区很难采用北美大规模、高密度、连片化布井的开发模式,为此引入了地质—工程一体化的理念。针对钻井技术及工程难度大、建井周期长、建井综合成本高问题,首次提出钻井品质概念,结合北美页岩气开发实践形成的储层品质和完井品质概念,提出了适用于中国页岩气开发特点的"品质三角形"。在此基础上,提出了主要针对中国南方海相页岩气开发的地质—工程一体化实施的技术路线。围绕提高页岩气单井产量这个关键问题,在丛式水平井平台工厂化开发方案实施过程中,对钻井、固井、压裂、试采和生产等多学科知识和工程作业经验进行系统性、针对性和快速的积累和总结,对工程技术方案进行不断调整和完善,在页岩气开发区块、工厂化平台和单井3种尺度,分层次、动态地优化工程效率与开发效益,实现页岩气的经济开发和效益开发。昭通国家级页岩气示范区黄金坝YS108区块开展地质—工程一体化实践所取得的经验和应用效果,证明其具有有效性和推广价值,并基于现有数据和研究成果,探讨了龙马溪组海相页岩气的高产富集规律。     

随钻地质与地球化学分析在四川威远页岩气开发中的应用

四川威远是国家级长宁—威远页岩气开发示范工程的重点开发地区,页岩气目的层为下志留统龙马溪组优质页岩发育层段。页岩气水平井钻进过程中,传统的地质录井及随钻测井方法难以对优质页岩气储层进行实时有效的分析与评价,降低了优质储层的钻遇率,增加了钻井施工的风险。通过研究区水平井随钻过程中大量岩屑样品的地质与地球化学录井分析,结合相应取心井分析资料,建立了水平井储层地质评价方法,应用TOC辅助地层界面卡取,应用TOC、吸附气含量、气测全烃参数评价储层含气性,再结合储层脆性矿物含量进行有利页岩气开发层段评级和优选;同时建立了水平井地质导向辅助方法,通过TOC、Ca含量、气测全烃等关键参数的相对区间变化,指导工程人员进行水平井着陆入靶调整和水平井窗体控制。现场应用表明,该套技术方法提高了威远地区页岩气水平井开发效率,同时可为同类页岩气储层的有效开发提供技术参考。     

用井筒完整性技术与标准一体化管理页岩气作业

在介绍中国页岩气资源量与产量基础上,论述了页岩气开发在地质和钻井、完井、采气、压裂、测试、监管、维护等作业中的难点及“工厂化”页岩气作业的特点,以及单独压裂、拉链式压裂和同步压裂的特点,介绍了全通径可控无限极滑套完井方法与工具的研究与使用现状。详细论述了用井筒完整性标准一体化管理页岩气一口井全生命周期内各种作业的理念,给出了页岩气开发的水平井井筒屏障示意图,用图解及文字说明页岩气在井筒全生命周期内多种作业的井筒完整性和井筒屏障的设计、运行、管理内容及特点与难点。     

长宁地区龙马溪组页岩气工厂化压裂实践与认识

四川盆地长宁地区龙马溪组页岩气具有厚度大、有机质含量高、区域构造断裂系统局部发育、工区山地地貌复杂、地表水源分布不均等特点,为进一步提高该地区页岩气开发效率,降低开发成本,开展了工厂化压裂先导性试验,通过该地区前期改造,初步探索形成了集设计、工具、液体、分簇射孔、钻磨"一体化"的页岩气工厂化压裂改造技术。目前完成2个页岩气井组7口井的压裂实践,均获较好测试产量。实践表明,采用水平井丛式井组、工厂化压裂改造可有效地提高页岩气单井产量和开发效率,可为今后山地地区页岩气藏高效、规模开发提供参考。     

关键技术进步促进页岩气产业快速发展——以长宁—威远国家级页岩气示范区为例

四川盆地南部地区下志留统龙马溪组页岩气资源量巨大,但较之于北美地区的页岩气田,前者的地质条件复杂、地面条件较差,因而对川南地区页岩气勘探开发技术的要求就更高。为了实现页岩气工业化大规模开采,必须形成适应于川南地区的页岩气勘探开发关键技术。为此,在长宁—威远国家级页岩气示范区建设过程中,通过不懈探索和持续攻关,从无到有,创新建立了适合我国南方多期构造演化海相页岩气勘探开发的6项关键技术——综合地质评价技术、开发优化技术、水平井优快钻井技术、水平井体积压裂技术、丛式井工厂化作业技术以及高效清洁开采技术。该系列技术在上述页岩气示范区产能建设过程中,历经三轮优化调整,产能建设效果一轮比一轮好,平均单井评估最终可采页岩气储量(EUR)逐步提高,第三轮井均EUR比第一轮提升了128%。生产实践表明,上述页岩气示范区建设过程中持续优化完善了6项关键技术,使其技术适应性和可复制性不断增强,为川南页岩气快速上产提供了有力的技术支撑。