編者按 以“高效推動中國頁巖氣開發(fā)”為主題的第九屆中國頁巖氣發(fā)展大會，于2019年12月28日成都勝利閉幕。本屆大會由中國石油天然氣集團(tuán)公司、中國石油化工集團(tuán)有限公司、中海油研究總院有限責(zé)任公司、中國石油化工集團(tuán)工程技術(shù)顧問有限公司，中國海洋石油研究院，以及中國石油大學(xué)、中國石油工程學(xué)院非常規(guī)科學(xué)技術(shù)研究院、四川省人民政府、成都市博覽局、北京振威展覽有限公司、《石油與裝備》共同組織召開。
川慶鉆探工程有限公司副總工程師 鉆采技術(shù)技術(shù)研究院院長 陸燈云
第九屆中國頁巖氣發(fā)展大會圍繞頁巖氣開發(fā)產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展、高效開發(fā)、技術(shù)創(chuàng)新管理等層面的熱點(diǎn)話題，進(jìn)行廣泛深入的探討。川慶鉆探工程有限公司副總工程師、鉆采工程技術(shù)研究院院長陸燈云圍繞十年來川南頁巖氣水平井面臨的系列工程與技術(shù)難題，通過優(yōu)化與攻關(guān)，形成了頁巖氣水平井優(yōu)快鉆完井技術(shù)，現(xiàn)場應(yīng)用效果良好，支撐了國家頁巖氣示范區(qū)產(chǎn)能建設(shè)。
以下為川慶鉆探工程有限公司副總工程師 鉆采技術(shù)技術(shù)研究院院長 陸燈云現(xiàn)場發(fā)言實(shí)錄：
尊敬的康院士、各位領(lǐng)導(dǎo)、各位專家：大家上午好！下面由我代表川慶鉆探做頁巖氣水平井優(yōu)快鉆完井技術(shù)與實(shí)踐的匯報(bào)。
從2009年開始川慶公司率先開展了先導(dǎo)試驗(yàn)，2010年我們建成第一口頁巖氣水平井，并開展了頁巖氣增產(chǎn)試驗(yàn)，同時揭開了四川地區(qū)頁巖氣開發(fā)進(jìn)程。我們歷經(jīng)“技術(shù)引進(jìn)、消化吸收、自主創(chuàng)新”取得了三大突破，實(shí)現(xiàn)了“打成”向“打好”的跨越。
一、地質(zhì)難點(diǎn)與工程挑戰(zhàn)
川南地區(qū)的頁巖氣地質(zhì)條件相當(dāng)復(fù)雜，埋藏深度深，有效層比較薄，地層破碎，在鉆井過程中帶來的“慢、垮、漏、噴”問題非常突出，先導(dǎo)試驗(yàn)井鉆井周期長達(dá)147天。
挑戰(zhàn)一是儲層埋藏深、地層老、巖石抗壓強(qiáng)度高，機(jī)械鉆速慢。其中茅口～棲霞含隧石結(jié)核，井段400-500米，機(jī)械鉆速一般不超過3m/h，韓家店～石牛欄地層非均質(zhì)性強(qiáng)，含硅質(zhì)、砂巖石英含量高。
挑戰(zhàn)二是縱向多壓力系統(tǒng)，井漏層段多，部分噴漏同層，嚴(yán)重制約鉆井時效，75%以上的井發(fā)生過井漏，單井漏失690方，自北向南威遠(yuǎn)-長寧-昭通問題更加復(fù)雜。
挑戰(zhàn)三是頁巖易垮塌，卡鉆事故頻發(fā)。川南頁巖氣水平應(yīng)力差大，普遍超過15Mpa，瀘州高達(dá)20Mpa。
挑戰(zhàn)四是儲層薄且橫向分布不穩(wěn)定，斷層多，地質(zhì)導(dǎo)向難度大。四川龍馬溪組歷經(jīng)多期構(gòu)造運(yùn)動，小斷層、微幅構(gòu)造特別發(fā)育，難度非常大。
挑戰(zhàn)五是大偏移距超長水平井安全快速鉆井難度大。在四川地區(qū)，特別是長寧地區(qū)溝壑綜合，導(dǎo)致井場很難布置也很難修建，部分井橫向偏移超過1900m，最長已超過3124米，水垂比超過1.4，摩阻扭矩大，極大增加了我們的鉆井的難度。
挑戰(zhàn)六是頁巖氣規(guī)模開發(fā)建井?dāng)?shù)量多，環(huán)保壓力大。川南處于人口密集區(qū)和生態(tài)敏感，單井產(chǎn)生廢水450方、固廢800方，在四川地區(qū)還沒有建立一個排放標(biāo)準(zhǔn)，資源化利用率比較低，給環(huán)保也帶來了一些挑戰(zhàn)。
二、優(yōu)快鉆完井技術(shù)與實(shí)踐。面對這些挑戰(zhàn)，我們圍繞“提質(zhì) 提速 提效”三大目標(biāo)，進(jìn)行了技術(shù)攻關(guān)與完善。
1.井身結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化，提速度降復(fù)雜作用明顯。威遠(yuǎn)借鑒了長寧地區(qū)的成功經(jīng)驗(yàn)，將技術(shù)套管下置龍馬溪頂，為水平段安全快速鉆井創(chuàng)造了條件。
2.采用雙二維井眼軌跡和預(yù)分離技術(shù)，有效降低大偏移長水平段水平井控制難題。我們采用的是“三維軌跡雙二維化”，進(jìn)一步優(yōu)化造斜點(diǎn)、造斜率。頁巖氣采用叢式井組開發(fā)，井口間距5m，上部井段應(yīng)用了“預(yù)分離技術(shù)”，為上部井段強(qiáng)化參數(shù)和提速創(chuàng)造了條件。
3.地質(zhì)工程一體化導(dǎo)向，儲層鉆遇率不斷提高。我們運(yùn)用了伽馬隨鉆測量加元素錄井加鉆時輔助判斷進(jìn)行地質(zhì)工程一體化導(dǎo)向，一類儲層鉆遇率由34%提升到97%。
4.PDC鉆頭與提速技術(shù)不斷優(yōu)化，機(jī)械鉆速得到大幅提高。川南頁巖氣縱向上存在多套難鉆地層，且非均質(zhì)性強(qiáng)，基于大數(shù)據(jù)進(jìn)行了PDC鉆頭優(yōu)選，全井段平均機(jī)械鉆速由6m/h提升到了14m/h，大大降低了鉆井的程度。同時優(yōu)選高性能的PDC復(fù)合片，優(yōu)化切削后傾角和水力結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)加工了多級力平衡耦合布齒的個性化PDC鉆頭，配套低密度欠平衡鉆井，突破了韓家店-石牛欄提速瓶頸，最快達(dá)到4.26天。龍馬溪地層配套旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向+控壓鉆井，釋放提速潛力，造斜段+水平段最短周期7.29天。
5.長水平段水平井防塌、防卡技術(shù)不斷完善、卡鉆事故得到有效緩解。通過我們卡鉆事故一些機(jī)理的分析和卡鉆現(xiàn)象分析，明確了頁巖氣以掉塊和沉沙卡鉆為主，通過對鉆井技術(shù)的提升和施工排量和施工工藝措施的完善，目前卡鉆事故應(yīng)該說得到了很大緩解。再一項(xiàng)技術(shù)就是我們油基鉆井液成熟應(yīng)用，防塌作用明顯，井壁垮塌導(dǎo)致的井下復(fù)雜從2.82%降低到現(xiàn)在的1.42%，重復(fù)利用率從78%提高到95%。
6.分段井漏預(yù)防與治理技術(shù)，井漏復(fù)雜得到有效控制。因?yàn)殚L寧地區(qū)主要是喀斯特地貌，井漏問題突出，常規(guī)鉆井作業(yè)無法進(jìn)行，生產(chǎn)用水補(bǔ)充難，環(huán)保壓力大，采用我們的技術(shù)節(jié)約了鉆井周期5-15天，節(jié)約用水70%以上。在茅口-棲霞采用強(qiáng)封堵、控密度、多次開關(guān)循環(huán)閥等技術(shù)，堵漏成功率有效提升，復(fù)雜減少26.3%；第二個就是龍馬溪-五峰創(chuàng)新油基鉆井液堵漏技術(shù)，復(fù)雜時間縮短50.8%；寧216H5-2井探索試驗(yàn)了控壓鉆井降密度減少漏失、實(shí)現(xiàn)了“零漏失、零復(fù)雜、零溢流”。
7.集成配套頁巖氣長水平段固井技術(shù)，固井質(zhì)量顯著提高。SD80高效沖洗隔離夜，攻克了高密度油基鉆井液界面不膠結(jié)的難題，沖洗效率由65.2%提升到了95.5%，基本解決了龍馬溪固井的問題。微膨脹韌性水泥漿，有效改善體積壓裂造成的水泥石破壞，彈性模量下降44%，膨脹率達(dá)到0.044%。固井綜合配套技術(shù)助推固井質(zhì)量有效提升，現(xiàn)在我們是把過去的技術(shù)優(yōu)化，配套扶正器優(yōu)化+預(yù)應(yīng)用固井，固井合格率由89%提升到96%，優(yōu)質(zhì)率由52.7%提升到83.2%。
8.應(yīng)用地質(zhì)工程一體化優(yōu)化壓裂設(shè)計(jì)與施工，提速增產(chǎn)效果明顯。針對頁巖氣縫網(wǎng)擴(kuò)展機(jī)理不清楚、壓裂工具依賴進(jìn)口、壓后產(chǎn)量低等問題，強(qiáng)化地質(zhì)力學(xué)分析、微地震實(shí)時監(jiān)測優(yōu)化施工參數(shù)，形成頁巖氣水平井組拉鏈壓裂技術(shù)，現(xiàn)場應(yīng)用303井次，雙機(jī)組壓裂速度最快達(dá)到8段/天。國產(chǎn)化壓裂工具與液體，有效降低作業(yè)成本，最初我們都是采用進(jìn)口，針對國產(chǎn)化問題開展了一系列研究，一個是趾端壓力啟動滑套、復(fù)合快速鉆磨橋塞等等壓裂工具和高效降阻滑溜水壓裂液，基本實(shí)現(xiàn)了關(guān)鍵工具液體國產(chǎn)化，滿足了不同的需要，有效降低了我們的壓裂成本。連續(xù)油管作業(yè)技術(shù)系統(tǒng)化，壓裂保障能力進(jìn)一步提升，形成了套變井沙塞暫堵壓裂、連續(xù)油管通刮洗測一體化作業(yè)等十大技術(shù)，解決了套變井壓裂、復(fù)雜長水平段水平井橋塞快速鉆磨等難題，連續(xù)油管最大下深6278m，最長水平段2766m，單井填沙分段壓裂達(dá)72簇。
9.推廣氣井帶壓作業(yè)技術(shù)，促進(jìn)頁巖氣高效、環(huán)保開發(fā)。頁巖氣帶壓完井，有效避免儲層上海，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量大幅提升，形成了35Mpa高壓氣井帶壓作業(yè)技術(shù)。
10.不斷優(yōu)化作業(yè)模式與程序，工廠化鉆井水平不斷提高。創(chuàng)新了“井”字型井場，實(shí)現(xiàn)鉆井壓裂、鉆井采輸、壓裂采輸、鉆井壓裂采輸同步作業(yè)，單井減少井場面積100平方米。雙鉆機(jī)錯時開鉆、人員設(shè)備共享、單平臺節(jié)約搬安運(yùn)輸36車次，減少人員11-14人，基于鉆井液體系批量鉆井，雙鉆機(jī)錯時開鉆，鉆機(jī)帶鉆具平移1h到位，24h復(fù)工，特殊工藝流水線作業(yè)，單井周期縮短22-51天。
11.推進(jìn)清潔生產(chǎn)技術(shù)集成，實(shí)現(xiàn)環(huán)境保護(hù)與效益開發(fā)并舉，形成了鉆前工程清污分流設(shè)計(jì)、巖屑處理及資源化利用、電代油減排降噪等6項(xiàng)環(huán)保節(jié)能技術(shù)，單平臺減少池類修建6000方，減少了污水3000萬，使我們現(xiàn)場施工更加現(xiàn)代、環(huán)保、文明。
12.建立工程信息技術(shù)共享中心，助力頁巖氣鉆井提速提效。自研工程技術(shù)一體化信息系統(tǒng)，結(jié)合了物探、鉆井、錄井、測井等數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)自動采集、遠(yuǎn)程監(jiān)測、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警、遠(yuǎn)程技術(shù)支持與輔助決策，為優(yōu)化鉆井?dāng)?shù)和智能鉆井奠定了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。我們可以分析大量的工程數(shù)據(jù)，遠(yuǎn)程支持快速解決疑難雜癥，減少事故復(fù)雜。
三、應(yīng)用效果
在創(chuàng)新優(yōu)快鉆完井技術(shù)基礎(chǔ)上，川慶鉆探進(jìn)一步強(qiáng)化裝備保障，實(shí)現(xiàn)“靠前指揮、靠前協(xié)調(diào)、靠前推廣”實(shí)現(xiàn)優(yōu)快鉆井的效果。
1.鉆井速度一輪比一輪快，創(chuàng)造了系列最優(yōu)鉆井指標(biāo)。堅(jiān)持問題導(dǎo)向，突出瓶頸技術(shù)攻關(guān)，促使鉆井速度不斷提升。工程技術(shù)進(jìn)步促進(jìn)鉆井整體提速提效，水平井最高日進(jìn)尺達(dá)到426m/天，一開一趟鉆、二開兩趟鉆目標(biāo)基本實(shí)現(xiàn)，單支作業(yè)隊(duì)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了年進(jìn)尺突破3萬米，去年最高是2萬米，前年不到2米，整個提速效果還是十分明顯。
2.單井產(chǎn)量一輪比一論好，頁巖氣開發(fā)效益穩(wěn)步提升。水平段長度持續(xù)增加，一類儲層鉆遇率始終保持在95%以上，壓裂改造效果也不斷提升，助推頁巖氣單井產(chǎn)量不斷增加。
3.支撐了國家級頁巖氣示范區(qū)產(chǎn)能建設(shè)，實(shí)現(xiàn)資源快速轉(zhuǎn)化。中石油川南頁巖氣已投入鉆機(jī)156部，預(yù)計(jì)今年年底產(chǎn)量有望突破65萬億，提前一年實(shí)現(xiàn)“十三五”規(guī)劃目標(biāo)。
四、下一步攻關(guān)方向
隨著勘探開發(fā)的不斷推進(jìn)，川南頁巖氣將向3500m以深挺進(jìn)。
重點(diǎn)方向1.進(jìn)一步深入開展精細(xì)地質(zhì)研究，助推鉆完井提質(zhì)提效。地質(zhì)精細(xì)認(rèn)識是鉆完井提質(zhì)提效的依據(jù)和基礎(chǔ)，川南頁巖氣噴、漏、垮等工程風(fēng)險(xiǎn)還依然較大，需要進(jìn)一步深入研究巖石可鉆性、三壓力剖面、優(yōu)質(zhì)頁巖埋深與空間展布、微斷層微裂縫等，指導(dǎo)鉆完井避開復(fù)雜層段，提升工程措施科學(xué)性與有效性。
重點(diǎn)方向2.部分關(guān)鍵工具與裝備還受制于人，“卡脖子”技術(shù)還有待持續(xù)突破。這里我重點(diǎn)想談一下旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具，國內(nèi)有一些研究，但是目前看效果都不是十分好，我們跟航天三院在十年前就聯(lián)合開展研究，研制了CG STEER旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)，到今天已經(jīng)取得了突破，但是還需要進(jìn)一步開展高溫旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向、小尺寸旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向技術(shù)攻關(guān)，把這些問題解決好才能實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向產(chǎn)業(yè)化。
重點(diǎn)方向3.繼續(xù)深化水基鉆井液研究與應(yīng)用，降低鉆井液與環(huán)保處理費(fèi)用。我們在長寧地區(qū)做了多口井水基鉆井液試驗(yàn)，也取得了比較好的效果。
重點(diǎn)方向4.進(jìn)一步延伸水平段長度，助力提升產(chǎn)量目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。超長水平井井眼軌跡優(yōu)化設(shè)計(jì)與控制、降摩減阻、井眼凈化、防卡等方面仍然需要我們進(jìn)一步的研究。
重點(diǎn)方向5.推進(jìn)深層復(fù)雜地質(zhì)條件的安全高效鉆井技術(shù)攻關(guān)試驗(yàn)。瀘203井測試產(chǎn)量137萬方，揭示了深部頁巖氣良好的開發(fā)前景，由于井下溫度高、井壁垮塌更加嚴(yán)重、儲層構(gòu)造更加復(fù)雜，前期鉆井周期長達(dá)170天，需要重點(diǎn)開展防塌鉆井液、高溫井下儀器、高效導(dǎo)向技術(shù)等攻關(guān)與試驗(yàn)。
重點(diǎn)方向6.升級和推廣控壓鉆井，“邊噴邊鉆”助推噴漏同層地層降復(fù)雜、提速度，川南頁巖氣地層壓力系統(tǒng)復(fù)雜，噴漏同層，降低井控風(fēng)險(xiǎn)，在龍馬溪井段應(yīng)用控壓鉆井，減少井漏，提高安全鉆井能力。
重點(diǎn)方向7.深化套變機(jī)理與預(yù)防技術(shù)研究，提高井筒完整性。由于四川頁巖氣強(qiáng)地應(yīng)力、高壓裂施工壓力等因素的影響，井筒完整性問題現(xiàn)在還十分突出，平均套變率仍然達(dá)到40%左右，需要從套變機(jī)理、套管選材、固井、壓裂工藝等方面深入研究。
各位領(lǐng)導(dǎo)，各位專家：近十年來，川慶公司著力技術(shù)攻關(guān)，助推了川南頁巖氣開發(fā)整體績效的持續(xù)提升。但是也必須清醒的認(rèn)識到與國際先進(jìn)水平相比差距明顯，部分裝備依然受制于人。我們將不忘初心，埋頭苦干，加強(qiáng)與兄弟單位的交流學(xué)習(xí)，不斷推進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新與管理創(chuàng)新，為保障國家能源安全做出重大貢獻(xiàn)。
匯報(bào)有不對的地方敬請各位專家批評指正，謝謝大家！
（本文系第九屆中國頁巖氣發(fā)展論壇系列系列報(bào)道）
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