涪陵页岩气田立体开发优快钻井技术

为了进一步提高涪陵页岩气田的采收率,首次探索实践了下部小层加密、中部小层评价和上部地层开发的立体开发技术,但钻井过程中面临压力系统多变、压裂干扰严重、防碰绕障难度大和精准导向及钻井提速挑战多等难题。为此,开展了立体开发井组工程设计、钻井提速、基于随钻前探的轨迹控制、页岩低成本高性能钻井液及页岩气井长效密封固井技术研究,形成了以涪陵页岩气田立体开发优快钻井技术。涪陵页岩气田185口井应用了该技术,与应用该技术前相比,机械钻速提高25.5%,钻井周期降低27.8%。涪陵页岩气田立体开发优快钻井技术对国内其他区块页岩油气勘探开发具有借鉴和指导作用。     

涪陵页岩气田钻井关键技术

涪陵地区地质条件复杂,导致钻井机械钻速及钻井周期差别大、井下复杂情况时有发生。为了实现优质快速钻井,中国石化发展了适合涪陵页岩气田地质特点的系列钻井关键技术,通过攻关研究与现场实践,先后形成了涪陵页岩气钻井工程优化设计技术、浅层直井段快速钻井技术、二开定向井段快速钻井技术、丛式水平井三维井眼轨迹控制技术、适应于涪陵页岩地层长水平段钻进的油基钻井液技术、页岩气储层长水平段油基钻井液水平井固井技术、复杂山地条件"井工厂"钻井技术等,基本形成了适用于涪陵页岩气田的钻井工程技术体系。与此同时,在钻井中又出现一些新问题,为此提出了涪陵页岩气田钻井技术的发展建议,以期为国内类似页岩气区块的钻井提速降本提供借鉴。      

苏里格气田致密气藏水平井优快钻井技术

苏里格气田致密气藏水平井钻井时存在机械钻速低、地层井漏坍塌漏并存、钻井周期长等问题。为此,在分析钻遇地层情况和钻井技术难点的基础上,开展了 “工厂化”水平井钻井模式优化、“高效PDC钻头+大功率螺杆”激进参数钻井技术、不同偏移距井眼轨迹控制模式优化和强抑制低密度CQSP-4防塌钻井液分段优化等研究,形成了苏里格气田致密气藏水平井优快钻井技术。2019年苏里格气田应用致密气藏水平井优快钻井技术完钻56口井,平均机械钻速12.76 m/h,钻井周期39.12 d,建井周期52.20 d,较2018年平均机械钻速提高了23.16%,钻井周期缩短了23.71%,建井周期缩短了16.02%。研究与应用表明,苏里格气田致密气藏水平井钻井关键技术提速效果显著,为苏里格气田致密气藏高效开发提供了技术支撑。      

涪陵页岩气田三维水平井大井眼导向钻井技术

涪陵页岩气田三维水平井二开斜井段井眼尺寸大,稳斜段长,砂泥岩地层交互频繁,存在井眼轨迹方位调整幅度大、钻具组合造斜率低且不稳定、机械钻速低等问题,为此,进行了三维水平井大井眼导向钻井技术研究。利用地层的自然造斜能力,对井眼轨道进行优化设计,降低造斜率,缩短稳斜段长度,减少井眼轨迹调整量,降低井眼轨迹控制难度;将“单弯双稳”钻具组合优化为“单弯单稳”钻具组合,并对钻压进行优化,以提高稳斜段复合钻进进尺,降低摩阻扭矩;应用水力振荡器降低扭方位井段的摩阻扭矩,以实现提高机械钻速的目的。该导向钻井技术在涪陵页岩气田焦石坝区块34口水平井进行了应用,二开斜井段平均定向钻进时间15.30 d,较同区块已完钻井缩短37.63%,平均钻井周期58.45 d,较同区块已完钻井缩短21.01%,井身质量合格率100%。应用效果表明,三维水平井大井眼导向钻井技术可以有效提高涪陵页岩气田大尺寸斜井段的机械钻速,缩短钻井周期。      

页岩气田压裂区加密调整井绕障轨道优化设计方法

在页岩气丛式水平井设计中，针对压裂区的加密调整井井眼轨道设计需要考虑绕开已钻井压裂段影响域及压裂段影响域之间互相干扰等问题。为了快速评估加密调整井压裂段井眼轨道设计方案的合理性，运用矢量代数方法对页岩气压裂区障碍物进行了几何建模，该几何模型考虑了压裂裂缝影响域；然后根据所建立的障碍物几何模型，建立了以设计轨道总长度最短、轨道势能最小为优化目标，以轨道间防碰为约束条件的页岩气压裂区绕障轨道优化设计模型，并给出了判断页岩气压裂段影响域之间是否存在干扰的几何校核方法；最后依据四川盆地涪陵页岩气田现场实钻数据，对所建立的设计模型进行了验证。研究结果表明：①在压裂区，忽略压裂影响域的障碍物尺寸会被严重低估；②忽略压裂影响域，所设计出的绕障轨道可以避开老井的井眼轨迹，但是有可能会与已钻井的压裂影响域相交，进而引发钻井事故。结论认为，所建立的页岩气压裂区绕障轨道优化设计模型能够满足防碰绕障约束的要求，相应的设计计算避免了繁琐的试算和校核，并且能够实现井眼轨道设计总长度和轨道势能达到最小值的优化目标。     

涪陵页岩气田三维水平井井眼轨迹控制技术

为满足地理环境条件和页岩气高效开发需要,涪陵页岩气田采用"井工厂"模式开发,多采用中、长半径三维水平井。针对原井眼轨道设计不利于三维水平井优快定向钻井、三维井眼轨迹控制难度大、三维井眼摩阻扭矩大等技术难点,通过优化设计,应用三维水平井井眼轨迹控制、三维井眼降摩减阻等技术,以提高三维水平井机械钻速,缩短定向钻井周期。现场应用表明,涪陵页岩气田三维水平井二开定向周期缩短46.36%,三开定向周期缩短5.76%,成效显著。      

陇东气田水平井钻井技术

为了解决陇东气田水平井钻井过程中井壁易失稳、机械钻速低、钻井周期长等技术难点,开展了水平井钻井技术研究。根据地层特点将水平井设计为三开井身结构,利用表层套管封固易塌易漏地层;根据靶前距要求并为了确保井眼轨迹平滑,设计采用五段制井眼轨道;针对不同井段的井眼轨迹控制要求,采用了相应的井眼轨迹控制技术;根据不同井段钻遇地层的特点,优选了个性化PDC钻头,优化钻井液性能并制定了相应的维护处理措施,形成了适用于陇东气田的水平井钻井技术。现场应用表明,陇东气田水平井钻技术能解决水平井钻井过程中存在的技术难点,实现提高机械钻速、缩短钻井周期的目的。      

苏北盆地小井眼侧钻井关键技术研究与应用

针对苏北盆地小井眼套管开窗侧钻井窗口不规则、机械钻速低、井眼易失稳、摩阻扭矩大及固井质量难以保证等问题,进行了套管开窗方案设计、开窗工具优选、井眼轨迹调整及控制、岩屑床清除、个性化钻头设计、钻井液体系优选及固井技术优化等方面的研究。根据侧钻点不同,优选了开窗工具,优化了井眼轨道,制定了井眼轨迹调整与控制措施,采用了螺旋清砂钻杆,以降低施工摩阻和扭矩;针对不同地层岩性特点及工况,设计了2种PDC钻头,以增加单趟钻进尺,并提高机械钻速;优选了胺基聚合物钻井液体系,配合使用高效极压减摩剂,以满足井壁稳定、井眼净化及润滑防塌要求;采用了防窜增韧水泥浆,配合使用小尺寸液压变径套管扶正器和遇水自膨胀封隔器,以提高固井质量。小井眼侧钻井关键技术在苏北盆地9口井进行了应用,与前期施工井相比,机械钻速提高了125.3%,钻井周期缩短了45.8%,复杂时效下降了87.0%。研究结果表明,苏北盆地小井眼侧钻井关键技术能提高小井眼侧钻井机械钻速、缩短钻井周期和降低复杂时效,提速提效效果显著,具有推广应用价值。      

川东地区高陡构造VTK垂直钻井配套钻井液技术

针对川东地区高陡构造高地层倾角井井眼轨迹控制难度大,并且上部自流井群泥页岩极易发生垮塌等特点,提出应用VTK(VertiTrak)垂直钻井技术防斜打快,并配合使用活度平衡防塌钻井液,以确保井眼稳定和VTK设备安全.介绍了钻井液体系的选择思路和配方的优选.天东004-X3和板东006-H1两口试验井通过应用该技术,平均机械钻速比邻井相同层位提高了57.1％以上,钻井周期缩短了6.1 d,表明VTK垂直钻井技术在高陡构造高倾角井和易斜地层能有效控制井斜,实现直井段的防斜打快、提高机械钻速,配套的活度平衡防塌钻井液具有“强抑制、平衡滤液活度、超低渗透”特性,能有效解决易塌泥页岩地层的井眼稳定问题,并成功实现化学防塌,较大幅度地降低了钻井液密度.     

涪陵页岩气田钻井技术难点及对策

涪陵页岩气田是我国第一个投入商业化开发的页岩气田,其地表和地下地质情况均十分复杂,与常规油气藏和国外页岩气田相比,其开发过程中钻井施工难度较大。根据大量翔实的资料,从井壁稳定、轨迹控制、固完井质量以及降本增效等方面论述了涪陵地区页岩气田钻井工程中存在的主要技术难点,并对其主要原因进行了分析。在此基础上,针对性地提出了解决上述钻井技术难点的技术思路和方法,并在涪陵地区页岩气钻井技术研究成果的基础上,指出下一步应深化钻井地质特征精细描述、开展三维井眼轨道优化设计及控制、强化钻井提速技术攻关、完善钻井液与完井工艺配套等研究,以持续提高涪陵页岩气田的钻井效益。      

涪陵页岩气田“井工厂”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,经过3年的技术攻关和现场试验及应用,形成了一套适合复杂山地页岩气特点的"井工厂"技术,极大地缩短了开发周期,降低了工程成本。涪陵页岩气田"井工厂"关键技术主要包括山地"井工厂"布局优化设计、页岩气"井工厂"钻井作业模式、"井工厂"压裂作业模式以及撬装化建站等4个方面。现场试验与推广应用情况表明,采用单钻机2~4井和双钻机5~8井"井工厂"钻井模式,单机组拉链式"井工厂"压裂与双机组同步"井工厂"压裂模式,可以达到当年完成建平台、钻井、压裂、试气、投产的开发要求。"井工厂"技术为涪陵页岩气田50×108 m3/a一期产能建设的顺利完成提供了强有力的技术支撑,并成为页岩气田经济开发的核心技术,对我国页岩气规模化开发具有重要的借鉴和引领作用。      

涪陵页岩气田钻井工程技术进展与发展建议

涪陵页岩气田是我国首个实现商业化开发的大型页岩气田,其钻井工程技术体系对其他页岩气田钻井具有示范作用。将涪陵页岩气田钻井工程技术发展分为勘探发现、开发试验、一期产能建设和二期产能建设4个阶段,并从地表地质特征、井壁稳定、井眼轨迹控制以及固井质量等方面论述了该气田发展历程中遇到的钻井技术难点。针对上述技术难点,从平台地面布局、布井方案、低成本优快钻井、井眼轨迹控制、井筒完整性评价等方面总结了9项钻井关键技术,以期为其他页岩气田的钻井提供借鉴。同时,在此基础上围绕"稳产增效、提速降本",指出了涪陵页岩气田下一步的钻井技术需求,提出了针对性的钻井技术发展建议,以持续提高涪陵页岩气田的钻井技术水平。      

涪陵页岩气田水平井井身结构优化设计

涪陵页岩气田前期水平井因导眼和一开井眼尺寸大,导致机械钻速低,并存在一开井塌严重、二开井壁易失稳等问题。为此,在分析涪陵地区钻井工程地质环境特点的基础上,确定了套管必封点,并根据William钻速方程缩小了导眼和一开井眼的尺寸,将表层套管下深从长兴组上提至飞仙关组顶部,二开中完井深由进入浊积砂体3.00~5.00 m,调整为进入龙马溪组地层50.00~100.00 m后下入技术套管,从而形成了优化后的井身结构。涪陵页岩气田水平井自2014年后期开始采用优化后的井身结构,2015年105口水平井与2013年采用原井身结构的30口水平井相比,平均机械钻速提高了65.74%,在井深增大的情况下,平均钻完井周期缩短了20.95%。这表明,优化井身结构后达到了提高机械钻速、减少井下故障、缩短钻井周期的目的。      

涪陵页岩气田焦石坝区块调整井钻井技术

随着涪陵页岩气田焦石坝区块进入开发调整期,单井可采储量降低,要继续经济开发就需要缩短钻井周期、降低钻井成本.为了实现钻井提速降本,进行了钻井优化设计、超长水平段钻井、强化参数钻井提速、基于等寿命理念的"一趟钻"钻井、"钻刮通洗一体化"完井和长效密封固井等方面的技术攻关,形成了涪陵页岩气田焦石坝区块调整井钻井技术.现场应...     

涪陵页岩气田绿色开发关键技术

涪陵页岩气田地处山区,地下暗河溶洞发达,人口密集,开发过程中面临着环境保护问题。结合涪陵页岩气田地表自然环境特征和页岩气开发工程特点,分析了涪陵页岩气田开发过程中面临的主要环境问题,开展了土地集约化利用、水资源节约与保护、油基钻屑无害化与资源化利用、钻井和压裂污水循环利用及页岩气田开发绿色环境管理模式等技术研究,形成了适用于涪陵页岩气田的绿色开发技术体系。现场应用表明,应用绿色开发技术体系后节约土地62.1%,钻井和压裂污水循环利用率达到100%,处理后的油基钻屑含油率低于0.3%,二氧化碳减排64.47×104 t,实现了页岩气田开发零污染。研究认为,涪陵页岩气田绿色开发技术对我国页岩气田规模化开发中的环境保护具有示范作用和借鉴价值。      

涪陵页岩气田柱塞气举工艺研究与应用

气井通常采用柱塞气举工艺进行排水采气,但常规短柱塞无法适应涪陵页岩气田页岩气井井口存在?177.8 mm大阀、井下管柱存在变径等问题,为此研制了弹块式变径组合柱塞。该柱塞采用弹块设计与加长设计,既保证了柱塞的通过性,又降低了柱塞漏失率;柱塞中搭载温压仪,可以监测井下压力与柱塞运行状态,为柱塞工作制度调整提供依据;针对页岩气井不同阶段的生产特征,优化了柱塞气举工艺介入时机与柱塞工作制度。涪陵页岩气田34口井应用了柱塞气举工艺,单井平均产气量提高0.95×104 m3/d,实现了页岩气井的连续稳定生产。柱塞气举工艺为涪陵页岩气田高效开发提供了新的技术途径,对其他页岩气田开发具有借鉴作用。      

南川页岩气田超长水平段水平井钻井关键技术

南川常压页岩气田采用超长水平段水平井开发可提高其开发效益,但存在水平段极限延伸能力预测难、井眼轨迹控制难、井眼清洁效果差、钻柱摩阻扭矩大、套管下入难和固井易漏易气窜等技术挑战。为此,进行了管柱力学和流体力学分析,明确了超长水平段钻进和下套管时钻柱的受力状态,分析了超长水平段的水力延伸能力及关键影响因素。基于分析结果和南川页岩气田钻井实践,形成了井眼轨道优化设计、低成本高效导向钻井、井眼高效清洁、套管安全下入、超长水平段泡沫水泥浆固井等关键技术。上述技术在2口水平段长度超3 500 m的水平井进行了现场应用,全部使用国产的钻头、螺杆钻具及常规LWD,2口井平均钻井完井周期较设计缩短25.4%,实钻整体靶框控制在5 m以内,优质页岩钻遇率平均在90%以上,水平段复合钻进比例平均达90.45%,最大狗腿度0.15°/30m,高效成井的同时,实现了提速降本。南川页岩气田超长水平段水平井钻井关键技术,可为国内水平段长超3 500 m水平井的钻井提速提供借鉴。