中石化頁巖氣開發(fā) 環(huán)保技術(shù)體系形成
時(shí)間：2017-10-12 14:40
來源：
作者: 朱益飛
隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展對能源需求的快速增長以及常規(guī)油氣資源的日益枯竭，作為非常規(guī)油氣資源的新能源——頁巖氣正越來越受到人們關(guān)注。近幾年來，中石化加大頁巖氣開發(fā)新技術(shù)的創(chuàng)新研究與應(yīng)用實(shí)踐，將頁巖氣開發(fā)作為打造綠色低碳發(fā)展新優(yōu)勢的重大戰(zhàn)略機(jī)遇，把確保生態(tài)安全作為頁巖氣開發(fā)的先決條件，重點(diǎn)圍繞水、耕地、大氣等資源的保護(hù)和節(jié)能減排開展了一系列創(chuàng)新實(shí)踐，形成創(chuàng)新型環(huán)保技術(shù)體系，實(shí)現(xiàn)頁巖氣綠色低碳、經(jīng)濟(jì)高效、可持續(xù)開發(fā)。
頁巖氣綠色低碳高效開發(fā)技術(shù)
頁巖氣綠色低碳高效開發(fā)技術(shù)主要由地表及地下水系保護(hù)技術(shù)、水資源節(jié)約利用技術(shù)和土地節(jié)約與復(fù)耕監(jiān)管措施技術(shù)所組成。地表及地下水系保護(hù)技術(shù)，提前進(jìn)行水文勘探，井位部署盡可能避開水系豐富區(qū)、溶洞及暗河。1,500 米以內(nèi)、河床下 300 米以上井段一律采用清水鉆井。套管和地層之間采用高性能水泥固井，水與泥返至地面。采用導(dǎo)管加三開式井身結(jié)構(gòu)嚴(yán)格封隔各層系，保護(hù)淺層水。采用壓裂優(yōu)化及裂縫監(jiān)測技術(shù)嚴(yán)格控制裂縫高度，防止壓裂液與地下水串通。水系保護(hù)技術(shù)形成壓裂返排液回收處理技術(shù)，累計(jì)處理返排液 12.5 萬立方米，處理率 100%，處理后的壓裂液 100% 重復(fù)利用。生產(chǎn)廢水經(jīng)處理檢測合格后，全部回用于壓裂工序，實(shí)現(xiàn)零排放，每年可節(jié)約清水 70 多萬立方米。
油基鉆井液重復(fù)利用與油基鉆屑處理技術(shù)。研發(fā)“高速離心 + 熱解吸”油基鉆屑處理裝置，油基鉆屑處理后的水循環(huán)使用，油用于配制油基鉆井液， 殘?jiān)糜谥拼u、 鋪路，無 害 化 處 置 率 100%， 油 回 收 率100%，處理后鉆屑含油率小于 3%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于 2% 的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。鉆屑資源化利用后， 不再建設(shè)單井廢水池，減少征地費(fèi)和建造工程費(fèi)。土地節(jié)約與復(fù)耕監(jiān)管措施技術(shù)。 “井工廠”平臺較常規(guī)叢式井節(jié)約用地 15% 以上，節(jié)約征地費(fèi)用約 9,000 萬元。工程建設(shè)期間實(shí)行臨時(shí)征地，作業(yè)結(jié)束后根據(jù)實(shí)際占地確定永久性征地面積，其余征地全部復(fù)耕，涪陵一期工程土地復(fù)耕面積達(dá) 1,500 畝，較好地體現(xiàn)了創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享的發(fā)展理念，為我國頁巖氣勘探開發(fā)提供了可復(fù)制、可推廣的經(jīng)驗(yàn)。
水平段高效縫網(wǎng)壓裂技術(shù)
水平段高效縫網(wǎng)壓裂技術(shù)適用于南方海相頁巖開發(fā)。它包含可壓性綜合評價(jià)技術(shù)、差異化分段設(shè)計(jì)技術(shù)、縫網(wǎng)壓裂工藝和施工 - 監(jiān)測 -評估一體化技術(shù)模式。可壓性綜合評價(jià)技術(shù)主要是指建立“三因素、九參數(shù)”可壓性定量評價(jià)模型，形成壓裂甜點(diǎn)識別及可壓性綜合評價(jià)技術(shù)。應(yīng)用后，單井射孔位置有效產(chǎn)氣貢獻(xiàn)率達(dá) 70% 以上。差異化分段設(shè)計(jì)技術(shù)考慮相鄰段、簇間裂縫擴(kuò)展時(shí)誘發(fā)的應(yīng)力場和壓后生產(chǎn)時(shí)誘發(fā)的滲流場，對不同小層裂縫間距及分段布局進(jìn)行優(yōu)化，提出 W 形裂縫布縫模式。應(yīng)用后，壓裂段簇有效率大幅提升，開發(fā)井壓裂后平均單井日無阻流量達(dá)40.8萬立方米。縫網(wǎng)壓裂工藝模式，形成針對五峰組和龍馬溪組 9 套層系的壓裂配套工藝參數(shù)體系，明確以凈壓力控制為目標(biāo)的“控近擴(kuò)遠(yuǎn)、混合壓裂、分級支撐”的縫網(wǎng)壓裂工藝思路，形成“滑溜水?dāng)U支縫 + 膠液造主縫 + 交替注入 + 不同粒徑組合加砂”的縫網(wǎng)壓裂施工模式。應(yīng)用后，單井最多壓裂段數(shù)達(dá) 29 段，壓裂井最大垂深 4,217.6 米，累計(jì)壓裂 270 余井次 5,000 余段。施工 -監(jiān)測 - 評估一體化技術(shù)，形成頁巖氣水平井分段壓裂現(xiàn)場實(shí)施與質(zhì)量控制技術(shù)；開發(fā)具有完全自主產(chǎn)權(quán)的微地震監(jiān)測軟件，實(shí)現(xiàn)工藝參數(shù)實(shí)時(shí)調(diào)整；創(chuàng)新形成頁巖氣水平井壓后效果綜合評估技術(shù)，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)層再認(rèn)識和工藝再優(yōu)化，指導(dǎo)方案設(shè)計(jì)與施工 200 余井次，壓裂成功率100%，試氣有效率 96%。
水平井組安全優(yōu)快鉆完井技術(shù)
水平井組安全快鉆完井技術(shù)主要由鉆井工程優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)、水平井快速鉆井技術(shù)、低成本油基鉆井液技術(shù)、滿足大型壓裂要求的長水平段水平井固井技術(shù)、山地特點(diǎn)的“井工廠”鉆井技術(shù)等 5 項(xiàng)優(yōu)快鉆井關(guān)鍵技術(shù)所組成。鉆井工程優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)。制定“導(dǎo)眼 + 三開”的水平井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案， 研制高強(qiáng)度接箍專用套管，研發(fā)套管密封失效修復(fù)技術(shù)，形成叢式水平井組三維井眼軌道優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)。應(yīng)用后，單井套管成本降低 60萬元，套管 90 兆帕試壓一次合格率98%、修復(fù)后合格率 100%。
水平井快速鉆井技術(shù)。研發(fā)定向?qū)Ｓ?PDC 鉆頭，研制渦輪式水力振蕩器，研發(fā)耐油長壽命螺桿鉆具；建立低成本井眼軌跡控制技術(shù)；形成頁巖氣鉆井提速集成技術(shù)系列。應(yīng)用后，機(jī)械鉆速較開發(fā)初期提高2~3 倍，其中焦頁 32-4HF 井平均機(jī)械鉆速 13.13 米 / 小時(shí)，創(chuàng)國內(nèi)頁巖氣水平井機(jī)械鉆速最高紀(jì)錄。低成本油基鉆井液技術(shù)。自主研發(fā)頁巖地層長水平段鉆進(jìn)油基鉆井液體系，具有低濾失、低黏度、低加量、低成本、高切力、高破乳電壓、高穩(wěn)定性的特點(diǎn)，性能與國外同類產(chǎn)品相當(dāng)，且外加劑用量比國外產(chǎn)品少 30%，成本低 40%。滿足大型壓裂要求的長水平段水平井固井技術(shù)。 研發(fā)彈韌性水泥漿體系，韌性增強(qiáng) 40% 以上；研制高效沖洗隔離液，7 分鐘沖洗效率即可達(dá)到100%；研發(fā)長水平段下套管技術(shù)。應(yīng)用后，固井質(zhì)量合格率 100%，優(yōu)質(zhì)率 89%，固井成本節(jié)約 40% 以上。 山地特點(diǎn)的 “井工廠” 鉆井技術(shù)。優(yōu)化形成山地“井工廠”地面布局方案，建立以鉆井開次為單元的流水線作業(yè)模式，制定“井工廠”作業(yè)流程規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)，形成復(fù)雜山地特點(diǎn)“井工廠”高效鉆井技術(shù)。在20 個(gè)平臺近 100 口井應(yīng)用后，鉆井周期縮短 32.67%，鉆機(jī)作業(yè)效率提高 40%，節(jié)約占地 82.5%。我國運(yùn)用的水平井組綠色優(yōu)快鉆井技術(shù)整體達(dá)到國際先進(jìn)水平，其中山地‘井工廠’鉆井模式、油基鉆井液技術(shù)達(dá)到國際領(lǐng)先水平。”
頁巖氣層精細(xì)表征與綜合評價(jià)技術(shù)
與北美相比，我國南方海相頁巖氣層埋藏更深、層位更老、改造更強(qiáng)、地表也更復(fù)雜。經(jīng)過近幾年的持續(xù)攻關(guān)和實(shí)踐應(yīng)用，形成了針對這種復(fù)雜地質(zhì)地表?xiàng)l件的南方海相頁巖氣層精細(xì)表征與綜合評價(jià)技術(shù)。該技術(shù)主要由建立頁巖氣層精細(xì)表征技術(shù)、形成頁巖氣“甜點(diǎn)”地震預(yù)測技術(shù)、建立多尺度多機(jī)制頁巖氣滲流模型技術(shù)、創(chuàng)建頁巖氣開發(fā)方案優(yōu)化技術(shù)等技術(shù)所組成。
建立頁巖氣層精細(xì)表征技術(shù)
建立頁巖氣層多項(xiàng)參數(shù)的實(shí)驗(yàn)分析技術(shù)系列及測井定量解釋與評價(jià)技術(shù)系列，實(shí)現(xiàn)頁巖礦物組分、孔隙結(jié)構(gòu)的全尺度、多維度、多方法的精細(xì)表征。建立頁巖氣層精細(xì)描述參數(shù)體系，創(chuàng)建南方五峰組 - 龍馬溪組含氣頁巖段細(xì)分層方法和 9 小層劃分方案，明確水平井最佳穿行小層，指導(dǎo)壓裂方案差異化設(shè)計(jì)。頁巖氣“甜點(diǎn)”地震預(yù)測技術(shù)。形成一套地表、地下雙復(fù)雜介質(zhì)條件下的頁巖氣層地震資料高精度成像處理技術(shù)及流程，建立巖石物理模型和參數(shù)體系，研發(fā)地震屬性相控建模反演軟件，實(shí)現(xiàn)頁巖氣“地質(zhì)甜點(diǎn)”關(guān)鍵參數(shù)精細(xì)預(yù)測，符合率達(dá) 85% 以上。
建立多尺度多機(jī)制頁巖氣滲流模型技術(shù)。建立頁巖脆性地震直接反演預(yù)測技術(shù)，脆性指數(shù)預(yù)測符合率達(dá) 93%；創(chuàng)新形成裂縫預(yù)測技術(shù)，預(yù)測結(jié)果與實(shí)鉆吻合率達(dá) 85%；創(chuàng)新形成頁巖儲(chǔ)層孔隙壓力地震預(yù)測技術(shù)，實(shí)現(xiàn)頁巖氣“工程甜點(diǎn)”關(guān)鍵參數(shù)精細(xì)預(yù)測。建立多尺度多機(jī)制頁巖氣滲流模型技術(shù)，為開發(fā)方案優(yōu)化奠定了理論基礎(chǔ)。創(chuàng)建頁巖氣開發(fā)方案優(yōu)化技術(shù)。形成頁巖氣井產(chǎn)能評價(jià)與預(yù)測技術(shù)，符合率達(dá)90%；創(chuàng)立復(fù)雜地表地質(zhì)條件下的頁巖氣開發(fā)方案優(yōu)化技術(shù)，制定以山地叢式交叉布井模式、1,500 米水平段長等為核心的頁巖氣開發(fā)技術(shù)政策及方案編制規(guī)范，實(shí)現(xiàn)地面平臺部署最優(yōu)化、地下儲(chǔ)量動(dòng)用最大化。
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