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。      

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。      

涪陵焦石坝页岩气水平井高效钻井集成技术

针对涪陵页岩气勘探开发商业化需求,在涪陵地区地质特点和钻井难点总结分析的基础,通过前期 钻井提速降本技术分析评价,优选清水＋ＰＤＣ钻头复合钻井技术、低密度钻井技术、复杂井眼轨迹降摩减阻技术、 个性化定向ＰＤＣ钻头以及井眼剖面优化设计与井眼轨迹控制等技术,形成了适合于涪陵页岩气特点的水平井高效 钻井集成技术系列。钻井集成技术体系现场应用表明,通过技术优选、优化与集成,显著提高了机械钻速,缩短了 钻井周期,为涪陵页岩气田钻井提速降本提供了强有力技术支持。     

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。      

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。     

涪陵页岩气水平井定向工艺技术实践

涪陵焦石坝页岩气田是中国第一个海相页岩气产能建设示范区。根据焦石坝页岩气大位移长水平段的特点,为保证技术套管和产层套管的正常下入,分析了页岩气水平井难点,进行了井眼轨迹优化设计。施工中成功运用了井眼轨迹控制技术,随钻测量、泡沫定向等工艺技术,解决了定向速度慢的问题,对页岩气水平井施工具有一定的指导作用。     

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。      

中国陆相页岩油钻井技术发展现状与前景展望

自2008年美国率先在页岩油藏钻井领域取得突破后,中国各大能源企业以及相关部门展开了一系列关于页岩油藏的勘探开发工作。页岩油钻井存在大位移水平井造斜难、井壁不稳定、井眼轨迹控制精度要求高、地层可钻性差、机械钻速低等难点,亟待突破。通过文献调研,综述了中国已完钻陆相页岩油井分布情况、技术难点及中国陆相页岩油藏钻井技术现状。从实现页岩油商业化开发、国外先进技术、国内存在的技术难点及现阶段进展等方面展望了工厂化钻井技术于中国陆相页岩资源开发的重要意义。     

水平井地质导向技术在涪陵页岩气田的应用

涪陵焦石坝页岩气田属于国家级页岩气开发示范区,所有的页岩气开发井都需要钴水平井,目前的国内外地质导向钻井技术和装备用费高,对于页岩气这一特殊的资源开发成本存在较大压力,通过认真研究涪陵工区水平井的地质导向方法,以沉积学、油气地质学、测井地质学、地震地质学等理论和方法为指导,以涪陵工区内二维、三维地震资料、现场测录井资料、钻井资料为基础,研究主要目地层的电性特征,开展各井地层划分、标志层确定、地层倾角变化研究,实时指导钻井井眼轨迹,使水平轨迹穿行在优质页岩气气层段,增加单并产能。     

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。      

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。     

页岩气水平井低油水比油基钻井液研制及应用

针对页岩气水平井钻探过程中井壁失稳风险大、钻井液性能要求高和商业开发降本提效的迫切需求,基于页岩储层特征、水平井工程施工要求,构建、研制了一套性能稳定的低油水比油基钻井液体系。室内试验表明,该油基钻井液具有良好的热稳定性、抗污染性、封堵性和乳化稳定性,而且塑性黏度较低、切力适中、流变性能较好,可以满足页岩气水平井钻井的要求。低油水比油基钻井液在涪陵页岩气田5口井进行了现场应用,通过采取低油水比胶液维护、固相控制和随钻封堵等配套措施,实现了将油水比控制在70/30以下,较该气田以往油基钻井液基础油用量降低15%,获得良好的降本效果。页岩气水平井低油水比油基钻井液能有效降低涪陵页岩气田钻井成本,有力支撑了页岩气低成本商业开发,对国内其他地区页岩气开发也具有借鉴意义。      

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。      

页岩气长水平段水平井井眼轨迹控制技术

利用长水平段水平井提高单井产量是页岩气开发的发展趋势,涪陵页岩气田开发调整阶段将超长水平井作为增产提效的主要措施之一。但随着水平段的增加,钻井技术挑战进一步加剧:长裸眼水平段延伸极限预测难度大、井筒净化困难、摩阻扭矩大、井身剖面优化难度大、轨迹控制难度高。为此,本项目通过井眼轨道优化设计、极限延伸能力预测分析、钻具组合优配、降摩减阻技术配套和井眼清洁技术配套,形成了页岩气长水平段高效轨迹控制技术体系。形成的研究成果指导了焦页2-5HF和焦页30-5HF井的定向钻井工程实践,创国内长水平段纪录。     

四川盆地外缘常压页岩气水平井低成本钻井技术探讨

四川盆地外缘页岩气储层压力系数为0.90~1.20,属于常压页岩气储层,采用高压页岩气钻井技术进行开发,开发成本高。在分析常压页岩气与高压页岩气钻井差异的基础上,分别从井身结构、井眼轨道设计、井眼轨迹控制、钻井液和固井工艺等方面探讨了降低钻井成本的技术措施,提出将三开井身结构优化为二开井身结构,采用"双二维"模型设计井眼轨道、利用旋转导向技术控制二开井眼轨迹、使用低油水比油基钻井液和优化生产套管水泥返高等降低钻井成本的配套技术和措施,以期为实现四川盆地外缘常压页岩气的经济有效开发提供技术支撑。      

涪陵页岩气田平桥南区块钻井岩屑综合利用技术

涪陵页岩气田平桥南区块页岩气产能建设过程中产生的钻井岩屑,采用常规方法处理时存在处理费用高、占地面积大和危害环境等问题,为此探索研究了页岩气井钻井岩屑综合利用技术。分析了钻井岩屑的主要危害和目前常用岩屑处理技术的不足,结合现场实际情况提出了水基岩屑随钻固化制砖和水泥窑协同处置油基岩屑等关键技术,形成了涪陵页岩气田平桥南区块钻井岩屑综合利用技术。该技术在JY205-1HF井、JY199-4HF井和JY199-5HF井进行了现场试验,结果表明,采用该技术处理页岩气井钻井岩屑成本低,且清洁、环保,经济效益好。研究认为,该技术可有效解决常规钻井岩屑处理技术经济投入高、环保压力大等问题,为资源化利用钻井岩屑、绿色开发页岩气田开辟了新途径,具有良好的应用前景。