页岩气“井工厂”开发关键技术

为了提高页岩气的开发效率,降低开发成本,减少对环境的影响,一个井场钻多口井进行批量化作业的"井工厂"开发模式在北美应用越来越广泛。为此,在国内外文献调研的基础上,分析了"井工厂"开发的特点及现状;介绍了主要的关键技术,包括井场部署、井组优化设计、可移动钻机、批量化作业、井眼轨迹控制、同步压裂、微地震监测、钻井液循环利用和压裂液回收利用。这些关键技术的应用对我国页岩气高效开发具有一定的借鉴意义。     

涪陵地区页岩气山地“井工厂”钻井技术

涪陵页岩气田地处山地,环境复杂,井场面积受限,钻前与钻井施工组织难度大、成本高.为此,借鉴国外页岩气工厂化流水作业理念,针对涪陵山地特点及页岩气地质与开发特征,开展了涪陵山地"井工厂"井网部署和井眼轨道设计、井间快速移动钻机改造、工厂化钻井作业流程设计、批量化作业方案设计等方面的研究,形成了适应涪陵山地特点的页岩气"井工厂"钻井技术.在JY30和JY28平台的应用表明,涪陵地区页岩山地"井工厂"钻井技术具有提高钻机作业效率、缩短建井周期、提高资源综合利用率和降低废液排放量等技术优势,并保障了涪陵页岩气井4井式平台当年完成建平台、开钻、完钻、压裂试气和投产目标的实现,对国内类似页岩气区块的开发具有借鉴意义.      

威远区块页岩气“井工厂”钻井技术

威远区块地表为低山丘陵地貌,交通运输不便,增加了钻井成本,且钻井平台周围有居民散居,导致井场建设和钻井过程中在健康、安全和环保方面面临巨大挑战。为此,针对威远区块的地貌特征及该区块的页岩气开发特点,开展了山地"井工厂"井网部署和井眼轨道设计、井眼轨迹控制、丛式井组防碰设计、TI-350T全液压深井智能钻机应用和"井工厂"钻井作业流程设计等方面的研究,形成了高效的页岩气"井工厂"钻井技术。该钻井技术在威204H11平台进行了应用,平均机械钻速达到7.13 m/h,钻机井间运移仅需2.0 h,钻井液利用率达到80%以上,大大减少了非钻井作业时间、降低了钻井成本。应用表明,该"井工厂"钻井技术可为国内其他类似页岩气区块的高效开发提供借鉴。      

页岩气“井工厂”钻井技术现状及展望

"井工厂"技术可以缩短建井周期,降低钻井成本,大幅度提高资源及设备利用率,在页岩气等低渗透、低品位非常规油气资源开发中具有显著的技术优势,并在北美页岩气开发中获得成功应用。在国外文献调研的基础上,介绍了国内外"井工厂"钻井技术现状,详细分析了页岩气"井工厂"关键技术,总结了"井工厂"钻井技术的特点,并指出国内现有的技术储备、配套设备及工具等还不能完全满足"井工厂"作业的需求,还没有形成一套完整的"井工厂"施工及评价标准。因此,建议树立全过程成本控制理念,吸收我国海洋平台钻井技术和致密气藏"井工厂"开发模式的成功经验,针对性地开展个性化工具及配套技术的研发,尽快形成我国页岩气"井工厂"钻井技术的行业标准和钻后评价体系。     

钻机步进式移运装置的研制与应用

根据页岩气"井工厂"的开发模式要求,结合页岩气地理环境和钻井特点,研制了钻机步进式移运装置。该装置采用电液同步控制技术,利用顶升油缸和平移小车等部件实现模块钻机在带满立根状态下的纵向、横向及斜向的覆盖井场全方位移动。现场应用结果表明,钻机应用步进式移运装置在28#平台累计进行井间移运14次,平均单次移运时间为65 min,最大移运质量达到680 t,装置的各项性能满足设计要求,实现了预期的全方位移运,移运准确性及同步性均满足用户要求,有效缩短了钻井作业周期。该装置的成功研制对于实施井工厂钻井和加快页岩气示范区建设具有重大推动作用。     

新型“井工厂”技术开发页岩气优势探讨

页岩气是资源量巨大的非常规资源,但其储层孔隙度与渗透率较低,导致气井单井产能低、开发难度高、生产投入大、投资风险高、经济效益差、对环境冲击大等负面影响。因而传统的钻井施工流程已不能满足其开发要求。为此,井工厂技术应运而生,介绍井工厂技术和特点,通过总结国内的实践探索对该技术的优势进行探讨,得出井工厂技术不仅能减少非作业及作业时间,且具有能显著降低勘探开发成本和环境压力等优点,对我国目前页岩气的开发探索至关重要。     

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。      

页岩气“井工厂”水平井组防碰技术研究

随着"井工厂"钻井模式在页岩气开发中的广泛应用,传统的邻井距离计算方法和Wd W误差模型已经不能满足现场对井眼防碰的要求。针对无线随钻测量工具MWD的特点,详细分析了测量误差源,并给出了相应的误差源权函数。基于数理统计理论,将每个误差视为独立的误差源,建立了误差分析模型,探讨了轨迹空间位置不确定性协方差矩阵的构建方法,并以此为基础,推导了误差椭球公式。根据长宁区块的实钻数据进行了井眼轨迹防碰计算分析。分析结果表明,误差分析模型能够更直观地展示比较井和参考井的相对位置,更精确地计算邻井的相碰概率。研究结果可为今后页岩气"井工厂"的防碰分析提供参考。     

涪陵页岩气田“井工厂”技术经济性评价

“井工厂”平台的布井数量和作业模式会直接影响“井工厂”技术的经济性,而目前缺少“井工厂”技术经济性评价模型。为此,在分析“井工厂”作业对钻前、钻井以及压裂等工程成本影响的基础上,以工程总成本降低最大为目标函数,建立了“井工厂”技术经济性评价模型,并用涪陵页岩气田现场实际数据进行了计算分析。实例证明,计算结果与现场实际数据具有较好的一致性;分析发现,涪陵地区中浅层页岩气井“井工厂”平台最优布井数量为4~8口,在布井超过10口的深层页岩气平台,最佳作业模式为“30型钻机+70型钻机”的流水线双钻机“井工厂”作业模式。研究表明,提出的“井工厂”经济性评价分析方法,及计算得到的“井工厂”平台最优布井数量和作业模式,可为“井工厂”技术的整体部署和设计提供指导。      

基于诱导应力的页岩气“井工厂”压后效果评价

水力压裂是页岩气高效开发的必要措施,页岩气压后效果评价是提高页岩气压裂水平的关键。文章 以涪陵一页岩气井平台为例,提出了一种针对页岩气压裂后应力场分析的压裂效果评价新方法。根据现场微地震 实时监测结果获得了 ３口井压后裂缝情况,在此基础上,采用有限元模拟软件建立了 ３口井压裂后应力场模拟有 限元模拟模型。重点分析了压裂后最大、最小水平主应力场变化,缝长和间距对压后诱导应力场的影响,分析发 现,裂缝条数增加、裂缝长度不均匀将极大地影响压后诱导应力场;长裂缝将抑制中间短裂缝的扩展;各条裂缝缝 长差异不大时有利于裂缝扩展;段间距对裂缝中心产生的诱导应力场影响较小;裂缝尖端诱导应力为压应力时裂 缝延伸受限,ＳＲＶ相对较小、压后产量较低。     

涪陵页岩气水平井油基钻井液技术

涪陵焦石坝区块采用水平井开发方式,水平段长1 500 m以上,水平井段为龙马溪组下泥岩段,页岩黏土矿物含量高,脆性强、微裂缝发育,易发生垮塌掉块造成井下事故;井底垂深大于3 500 m,深层页岩气开发,面临着井温升高、携岩带砂要求越来越高、部分井发生垮塌掉块、起下钻遇阻卡的问题,部分井发生失返性漏失,消耗了大量的人力、物力。对柴油基钻井液体系进行了研究,结果表明该体系具有良好的抗温性、在低油水比（70:30）下仍然具有稳定的性能,随钻堵漏材料（粒径级配的高纯超细碳酸钙+有机胶凝漏失控制材料）能够封堵2 mm的裂缝,承压强度达7 MPa,纳米封堵剂（纳米石墨粉和超细海泡石纤维组成的混合物）能够封堵0.1 mm裂缝,承压达到20 MPa。现场应用结果表明,该体系具有良好的井壁稳定能力,井径扩大率低,平均小于3%,润滑性好,起下钻摩阻低,钻井液性能稳定,易于维护处理,能够解决井漏、井垮等复杂情况。柴油基钻井液完全适用于涪陵区块的页岩气水平井钻井施工。      

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。      

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。      

涪陵页岩气田油基钻井液随钻堵漏技术

涪陵页岩气田焦石坝区块三开水平段采用油基钻井液钻进过程中,因堵漏材料与现场钻井液配伍性差导致堵漏成功率低、易复漏,针对该问题,研究了油基钻井液随钻防漏堵漏体系。基于"刚柔并济,变形封堵,细粒充填及限制渗透"的堵漏原理,通过室内试验,优选了JHCarb刚性堵漏剂、HIFlex变形颗粒与H-Seal弹性封堵剂,并配制了油基钻井液用随钻防漏堵漏体系。该体系与油基钻井液配伍性好,耐油耐温性能佳,可长时间在井浆中循环,预防渗透性漏失,封堵宽度小于3.0 mm的裂缝,承压能力大于7 MPa。该体系在焦石坝区块页岩气水平井水平段油基钻井液钻进过程中进行了应用,有效防止了易漏地层的渗透性漏失,成功解决了钻进过程中漏速10.0 m3/h左右的漏失问题。研究结果表明,该油基钻井液随钻堵漏技术能解决页岩地层的漏失问题,有效提高了地层承压能力,保证了固井作业顺利进行。      

涪陵页岩气田加密井钻井关键技术

涪陵页岩气田加密井多处于页岩气压裂区且井网部署密集,导致钻井溢漏等井下故障多发、钻井液安全密度窗口确定难、压裂液侵入造成井壁坍塌及卡钻、防压裂干扰井眼轨道设计难度大等问题。针对上述钻井技术难点,从压裂区地层孔隙压力计算模型建立、合理钻井液密度窗口设计、防压裂干扰井眼轨道设计、加密井防漏堵漏和溢漏同存防控等方面进行了技术攻关,形成了适用于涪陵焦石坝主体区块的加密井钻井关键技术。该关键技术在涪陵页岩气田应用31口井,平均水平段长1 933.25 m,平均钻井周期52.38 d,平均机械钻速10.31 m/h,较前期加密评价井机械钻速提高了15.3%,钻井周期缩短了10.7%。涪陵页岩气田加密井钻井关键技术为涪陵页岩气田二期产能建设提供了技术支撑,也为其他页岩气田开发提供了技术参考和借鉴。