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。     

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。     

页岩气藏水平井分段压裂渗流特征数值模拟

页岩气藏具有独特的存储和低渗透特征,其开采技术也有别于常规气藏的开采技术,水平井完井技术和分段压裂技术是成功开发页岩气藏的两大关键技术。水平井完井和分段压裂后形成的复杂裂缝网络体系以及吸附气的解吸作用等因素,都给页岩气井的渗流机理研究带来极大挑战。研究表明,利用数值模拟软件来模拟页岩气井的裂缝网络系统,不仅能模拟页岩气的渗流机理,也能为编制页岩气藏开发方案提供可靠的理论依据。因此以Eclipse2010.1数值模拟软件为研究平台,建立了３种考虑吸附气解吸的页岩气分段压裂水平井数值模型,能够模拟页岩气藏水平井的生产动态,对体积压裂后形成的裂缝参数进行优化模拟。结论认为：只有通过增加水平井的数量和储层改造体积（SRV）、选取异常高压区钻井和压裂出具有充分导流能力的裂缝,才能有效提高页岩气藏的采收率,实现页岩气藏的有效开发。     

水平井“工厂化”部署与设计优化——以四川威远页岩气藏为例

威远地区位于四川盆地边缘,其页岩气资源丰富,但有机碳含量和含气量偏低,且埋深较大(2 800~4 000 m),地表条件复杂,开发难度较大。为实现四川威远页岩气规模化经济有效开发,通过精细地质研究,落实断层及裂缝分布特征,建立三维地质模型,明确页岩储层的"甜点"区分布及水平井纵向有利靶体;采用平台丛式水平井"工厂化"布井模式,优化钻井及压裂地质设计,现场实施精准地质导向技术进一步保障水平井目标箱体钻遇率。结果表明:水平井"工厂化"开发通过地质—钻井—压裂一体化设计施工,实现了页岩气规模效益开发的目的。     

水平井地质导向技术在四川威远204井区页岩气开发中的应用

四川威远204井区龙马溪组地层底部发育一套富含烃类气体页岩,为了提高水平井优质页岩钻遇率和页岩气产量,在威远204井区共实施了4口水平井地质随钻导向钻井技术,根据随钻GR值的变化调整轨迹纵向位置,保证钻头在设计地质层位钻进,优质页岩钻遇率达95.11%,节约了钻井成本,单井初期日产气达22.6×104 m3,达到了预期效果。     

斜坡型强非均质页岩气藏高效开发技术——以川南威远地区龙马溪组页岩气藏为例

为了破解四川盆地南部威远地区下志留统龙马溪组斜坡型强非均质性页岩气藏高效开发所面临的钻井周期长、形成复杂缝网难度大、单井产量低等难题,经过多年的技术创新、科技攻关与生产实践,形成了"1套理论、4项关键技术",有效地支撑了威远国家级页岩气示范区的高效建成。研究结果表明:(1)创新提出了古隆起背景下"沉积选区、构造分带、保存控藏"的斜坡型页岩气藏差异富集理论,形成了多期构造叠加海相页岩气区带评价与甜点优选技术,明确了纵向上最优靶体为龙一11层中下部富有机质硅质页岩,落实核心建产区面积为165 km~2,该区域内部署井井均测试日产气量达到27×10~4m~3、EUR超过1.1×10~8m~3;(2)形成了以地质工程一体化导向技术、长水平段高效钻井技术为核心的窄箱体水平井高效导向钻井技术,并且建立了页岩气井钻井提速模版,钻井周期较之前期缩短约33.1%,优质页岩储层钻遇率提升至97.2%,水平段延伸能力突破3 000 m;(3)基于压裂缝网动态扩展模型,形成了强非均质页岩储层体积压裂优化技术,实现了对压裂缝网改造区几何尺寸、储层增产改造体积、有效改造体积、支撑裂缝面积等关键评价指标的定量预测,加砂强度由1.3 t/m增至2.7 t/m,提升了改造效果;(4)影响威远页岩气井产能的主控因素包括龙一11储层厚度、压力系数、总含气量、射孔簇数、加砂强度、压裂水平段长度等6项,采用基于广义回归神经网络与改进的嵌入式离散裂缝模型的页岩气井生产动态预测方法,使得页岩气井生产动态预测结果符合率接近甚至超过95%。     

长宁威远地区页岩气大斜度水平井钻井技术研究

页岩气藏为致密的非常规气藏,国外在页岩气钻采上取得了较好成绩一我国的页岩气资源丰富,开发利用页岩气资源具有广阔的前景,但国内页岩气藏的研究程度和认识程度都很低,目前仅在四川的长宁、威远地区进行了页岩气实验性勘探.由于页岩气资源多属于低渗透致密地层,常规钻进产能低,经济效益差,不能形成工业规模开发利用,为了提高产能,将以大斜度、长段水平井勘探方式为主.文章通过对威远、长宁区块地质特点的研究,采用了以理论为基础,与实钻资料统计分析相结合的研究方法,对蜀南区块页岩层大斜度水平井钻井技术进行研究,形成包括直井段快速钻进技术、钻井液体系研究及性能控制、防垮塌技术等相关技术体系,有效减少威远、长宁区块页岩气井钻井的事故复杂,缩短了页岩气钻井周期,有助于安全钻进和提高钻井速度,降低钻井成本,对开发利用页岩气等低效资源具有现实意义.     

考虑多重应力敏感效应的页岩气藏压裂水平井试井模型

页岩气藏存在多尺度孔隙结构,流体运移方式多样,包括吸附、扩散和非达西渗流。目前页岩气多重运移流动模型仅考虑天然裂缝的渗透率和孔隙度为应力敏感系数,但实验表明扩散系数也具有应力敏感性。建立考虑多重应力敏感效应的压裂水平井试井分析模型,能准确分析和预测页岩储集层和流体参数,对页岩气藏生产动态分析和开发方案编制十分必要。基于页岩储集层多尺度孔隙结构,假设页岩气藏具有基质和裂缝系统的双重介质,考虑流体多重流动机理,建立以扩散系数、天然裂缝渗透率和孔隙度为应力敏感系数的压裂水平井试井分析模型,分析了压裂规模和页岩储集层特征参数对试井曲线的影响。结果表明,压裂规模参数主要影响气藏开采早期,页岩储集层特征参数主要影响气藏开采晚期。针对中国典型页岩气区进行分析,提出的试井分析方法能较好地拟合生产数据,可为页岩气藏高效开发提供一定借鉴。     

川南威荣气田深层页岩气工程技术进展

川南威荣气田是国内首个深层页岩气田，具有“一深、一薄、四高”的特点，钻完井、压裂及排采系列工程技术面临钻井周期长、改造体积小、复杂程度低、井筒流动规律复杂等挑战。针对复杂的地质挑战，不断深化地质认识，深度融合气藏地质与工程技术，围绕降本增效，以突破深层页岩气效益关为目标，持续攻关钻采工程工艺。历经三轮探索优化，钻井技术强化提高机械钻速，减少井下复杂情况风险，缩短钻井周期；压裂工艺优化裂缝配置提升复杂裂缝广度，转换思路大排量扩缝高携砂一体化实现了缝控体积的增加和支撑；排采工艺基于气液两相流研究识别井筒流态，形成全生命周期排采工艺决策方法。最终形成了以“精细轨迹控制优快钻井”、“裂缝均衡扩展强支撑压裂”、“全周期有效排采”为核心的工程技术序列，持续推进效益开发进程。所提出的深层页岩气开发工程技术在威荣气田累计新建产能25亿方，为国内外深层页岩气工程技术发展积累了宝贵经验，也为下一步超深层页岩气开发提供了探索方向。     

浅层页岩气高效勘探开发关键技术——以昭通国家级页岩气示范区太阳背斜区为例

昭通国家级页岩气示范区太阳背斜区浅层页岩气赋存与产能潜力受控于富有机质页岩储层厚度、物性、顶/底板封闭性、含气性及可压性五大地质要素,气藏显现出吸附气含量偏高、地层弱超压、初期产量相对偏低、气井产量稳定、递减率低等特征。通过创新集成,形成了浅层页岩气甜点选区评价技术、产能目标导向高效布井技术、国产近钻头地质导向技术、安全高效优快钻井技术、浅层页岩气体积压裂与精细控压排采等高效勘探开发关键技术,建立了太阳背斜区浅层页岩气开发示范基地,推动了昭通国家级页岩气示范区浅层页岩气勘探开发进程,引领了四川盆地以外中国南方复杂构造区海相山地浅层页岩气勘探开发进程。     

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。     

页岩气水平井钻井的随钻地质导向方法

四川盆地川南地区页岩气开发的主力目标层位为厚约6 m的下志留统龙马溪组海相页岩,具有靶窗较小、构造复杂、地层倾角变化大等特点,实钻井眼轨迹存在脱靶和出层的风险。为此,以该盆地威远区块页岩气水平井为例,通过分析该区水平井地质导向过程中出现的技术难点及其原因,从入靶导向和水平段地质导向等关键环节入手寻找出解决上述难点的办法:1应用随钻自然伽马依次测量地层剖面上的高伽马页岩标志层,配合地质录井确定轨迹精确入靶点,保证井眼轨道按设计井斜角姿势入靶,避免了提前入靶和推迟入靶;2应用随钻自然伽马测量优质页岩储层低值层段特征,配合地震深度剖面判断地层大致视倾角以及微构造的发育情况,实现实钻轨迹在钻进箱体中位置的正确确认,确保了储层的钻遇率。2年的现场应用效果表明,该区块已完钻27口水平井,平均深度为5 043 m,平均水平段长度为1 428.96 m,优质页岩箱体钻遇率达95.75%。结论认为,优质页岩箱体地质导向方法配合地质、三维地震、气测全烃含量等多种方式,可实现箱体的准确着陆及水平段的精准穿行。     

旋转地质导向技术在水平井中的应用及体会——以昭通页岩气示范区为例

位干四川盆地南缘的云南昭通国家级页岩气示范区具有强构造改造、过成熟热演化、复杂山地人文的地质特点,页岩气井长水平段储层钻遇率和井眼轨迹平滑控制是影响页岩气产能的重要因素。为此,在分析该示范区内黄金坝页岩气建产区水平井钻井技术难点的基础上,引入了旋转地质导向技术。通过不断探索优质页岩储层展布规律、改进钻井工具性能、优选技术方案,确立了水平井的地质设计定靶点、钻前分析定轨迹、着陆段定曲率、水平段定钻遇率的"四定"工作思路;形成了稳斜探顶、复合入窗的着陆方法和地质模型指导、成像精确定位的轨迹控制技术。现场实践结果表明,旋转地质导向技术使井眼轨迹平滑、优质页岩储层钻遇率达到100%、平均机械钻速提高至10.1 m/h,实现了页岩气水平井优质井身质量和高储层钻遇率。所形成的"双向互动式"页岩气地质工程一体化综合研究和三维地质模型成果可有效指导类似地区旋转地质导向技术的应用。     

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。     

CQ-IGS水平井一体化地质导向技术——以在长宁—威远国家级页岩气示范区的应用为例

地质导向技术是页岩气水平井钻进的核心技术之一,但是仅根据单一随钻测量参数的常规地质导向方法已无法满足页岩气快速商业化开发的需要。为了精准控制水平井轨迹,采用三维地震数据体高分辨率处理技术,结合自主研发的水平井一体化地质导向软件平台,建立精细三维地质导向模型,通过该软件平台对三维地震、随钻测井、综合录井一体化处理解释,应用岩屑识别和成分分析技术,实现了对水平井轨迹的精确控制,形成了水平井一体化地质导向技术。2011—2018年在四川盆地长宁—威远国家级页岩气示范区187口井的应用结果表明,采用该技术后每口水平井水平段钻进时间从原来的35 d缩短为2018年的25 d;平均单井靶体钻遇率达到96.7%,最优地质甜点的平均单井钻遇率由2014年的35.3%提高到2018年的91.0%;威远页岩气区块单井测试日产量从原来平均每口井11.5×10~4m~3提高到15.5×10~4m~3;长宁页岩气区块单井测试日产量从原来平均每口井14.0×10~4m~3提高到18.5×10~4 m~3。结论认为,该技术合理优化了钻井轨迹、缩短了钻井周期、节约了钻井成本,显著地提高了储层的钻遇率和单井产量。     

四川盆地页岩气水平井高产的地质主控因素

四川盆地长宁—威远国家级页岩气示范区目前已转入大规模开发阶段,在考虑同等工程技术因素的前提下,寻找影响该区页岩气水平井高产的主控地质因素便成了研究的重点。为此,从分析该示范区目的层下志留统龙马溪组的沉积背景入手,结合区内三维地震资料、取心井地质及测井资料,开展水平井小层划分与对比,筛选影响页岩气井产能的储层关键参数,进行储层分类综合评价。结果表明,Ⅰ类储层钻遇率的高低直接影响着气井高产与否,具体到长宁—威远示范区的海相页岩气藏而言,靶体位置及龙一_1~1小层钻遇长度是决定气井是否高产的主控地质因素。基于上述研究成果,提出了该区页岩气高产水平井的地质模式,有效地指导了钻井作业,提高了页岩气水平井的产量,推动了页岩气规模效益开发。     

四川盆地威远地区页岩气优质储层精细刻画与靶窗优选

中国石油化工股份有限公司威远页岩气勘查区块的构造位置位于四川盆地威远古隆起与自流井背斜所夹持的白马镇向斜,该区上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组一段为深水陆棚相暗色富有机质页岩沉积,地球物理测井岩电特征纵向差异明显,储层非均质性较强。为了指导该区页岩气水平井靶窗优选及钻井轨迹跟踪调整,基于测井小层划分、岩心纹层精细刻画、高精度地球物理预测以及沉积微相成因分析等方法,通过细化储层分类评价其参数指标,预测页岩气储层"甜点",在此基础上进行水平井靶窗优选及轨迹设计,进而评价水平井靶窗对页岩气产能的影响。研究结果表明:①该区五峰组—龙一段底部优质页岩段发育3种类型的纹层,纵向上交错叠置,反映了沉积环境和储层品质的微观差异;②可以将该区的页岩气储层划分为优质储层、较好储层、一般储层和差储层;③龙马溪组底部2—31小层为生物成因沉积微相,储层具有高有机碳含量、高孔隙度、高脆性指数、高含气性、低地应力差值等"地质+工程"甜点的特征,确定其为优质储层段;④实钻结果表明,水平井靶窗位置的选择对于单井页岩气产能的影响较大,优质储层钻遇率是获得页岩气高产的关键地质因素。该研究成果支撑了页岩气产能评价工作,为该区块实现页岩气商业开发奠定了基础。     

川东南JA侧钻水平井地质导向技术

川东南焦石坝及其外围页岩地层地质导向钻井存在井震矛盾突出、岩屑代表性差、地质设计与实钻地层之间往往存在较大偏差等技术难点。针对上述技术难点,基于地震及邻井资料,建立了钻前地质导向模型,以预测可能钻遇的地层;在入靶前的地质导向阶段,根据随钻测井资料和录井资料,进行地层精细对比,并修正地质导向模型,调整靶点深度,确保水平井安全、高效着陆;在水平段地质导向阶段,充分利用随钻测井、气测、钻时、岩性等数据,准确判断钻头位置,并实时修正地质导向模型,以确保钻头始终处于目的层,形成了适用于该地区的页岩水平井地质导向钻井技术。该技术在焦石坝外围的JA侧钻水平井进行了应用,气层钻遇率达到100%,优质气层钻遇率85.5%,取得了良好的应用效果。现场应用表明,该页岩水平井地质导向钻井技术适用于川东南地区页岩水平井钻井,能够有效提高气层钻遇率,对国内类似页岩气区块地质导向钻井也有借鉴作用。      

四川盆地长宁——威远区块海相页岩气田成藏条件及勘探开发关键技术

中国页岩气资源丰富,开发前景广阔,但中国页岩气资源的品质与美国不同,必须发展自己的开发技术。为此,中国石油天然气集团有限公司立足自主创新,围绕四川盆地南部地区龙马溪组页岩气的地质和工程特点,开展了系统的理论研究和技术攻关。通过揭示"沉积-成岩作用控储、保存条件控藏、Ⅰ类储层连续厚度控产"的"三因素控制"海相页岩气富集高产理论,创建了适合中国南方多期构造演化海相页岩气勘探开发的6大关键技术——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、工厂化作业技术和高效清洁开采技术,实现了页岩气工业化大规模开采。截至2019年底,中国石油天然气集团有限公司在川南地区累积提交页岩气探明地质储量1.06×10¹²m³,已建成100×10⁸m³的产能,累积产气量为200×10⁸m³,建设成效显著,积累了宝贵的经验。这对大力发展页岩气产业、降低对外依存度、保障国家能源安全、实现"生态优先、绿色发展"战略具有重大意义。