涪陵页岩气田水平井组优快钻井技术

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,与北美相比,涪陵地区地表条件、地质条件和页岩气储层特征更加复杂、储层埋藏更深,开发初期钻井机械钻速低、钻井周期长、成本高。为此开展了涪陵页岩气田水平井组优快钻井技术研究,形成了集水平井组钻井工程优化设计、水平井优快钻井技术、国产低成本油基钻井液、满足大型压裂要求的长水平段水平井固井技术、山地特点“井工厂”钻井技术以及绿色环保钻井技术为核心的页岩气水平井组优快钻井技术体系。在涪陵页岩气田推广应用了290口井,完井256口,平均单井机械钻速提高了182%,平均单井钻井周期缩短了55%,平均单井钻井成本降低了34%。为涪陵页岩气田年50亿m3一期产能建设的顺利完成提供了强有力的技术支撑,对我国页岩气规模开发提供了重要的借鉴和引领作用。     

涪陵页岩气田“绿色”钻井关键技术研究与实践

为最大限度地降低页岩气钻井对环境的影响,涪陵页岩气田通过钻井技术方案优化和现场实践探索,形成了涪陵页岩气“绿色”钻井关键技术。本文从页岩气水平井钻井工艺特点和涪陵地区自然环境特征入手,分析了涪陵地区页岩气钻井对环境的挑战,在此基础上构建了以油基钻井液回收利用、油基钻屑无害化处理、油改电、钻井设计与施工工艺优化以及“井工厂”钻井为核心的“绿色”钻井技术体系。该技术在涪陵页岩气田一期产建中推广应用,减少二氧化碳排放20.9万t,井场占地面积同比减少30%,做到了零污染、零排放。涪陵页岩气田“绿色”钻井技术的应用极大地降低了钻井作业对环境的影响,同时为国内页岩气钻井发挥了重要的示范和指导作用。     

涪陵页岩气田加密井轨道优化设计技术

为了进一步降低涪陵页岩气田加密调整井的施工难度,提高钻井速度,针对涪陵工区的地质特点,开展加密井轨道优化设计技术研究。页岩气三维轨道设计主要有五点六段制、斜面圆弧六段制、双二维等三种类型,本文通过定向段长、摩阻、扭矩等指标对比优选,得出斜面圆弧三维轨道设计更适合涪陵工区加密井轨道设计。为了优化斜面圆弧三维轨道设计参数,本文以一口三维水平井为例进行轨道优化,通过对比不同造斜点、造斜率情况下摩阻和扭矩的变化规律,以摩阻扭矩最小为优化目标,优选造斜点和造斜率,为涪陵页岩气田加密井轨道优化设计提供借鉴。     

涪陵页岩气田深层气井酸处理技术研究

涪陵页岩气田进入二期产建阶段,页岩气井埋深增加,压裂改造难度增大,尤其是在设备限压仅为93 MPa的前提下,深井施工压力高,酸降效果不明显,严重限制了后期各项改造措施的执行。通过分析深层页岩气井酸降效果降低的主要原因,并在此基础上通过室内及现场试验研究了影响酸处理效果的主要因素,试验表明：提高酸处理排量、增加酸液浓度、合理优化酸液用量将有助于提高酸处理效果,为涪陵页岩气田深层页岩气井后续的压裂施工提出了优化建议。     

页岩气水平井含气性定量评价方法研究 ——以涪陵页岩气田为例

页岩气水平井含气性评价是页岩气开发评价的难点之一。以四川盆地涪陵页岩气田奥陶系五峰组—志留系龙马溪组页岩为主要研究对象,依据大量页岩气水平井钻井及生产数据,结合研究区探井含气性主控因素的分析结果,优选出4项有效评价页岩气水平井含气性的参数:全烃校正值、孔隙压力系数、测井解释孔隙度及测井解释含气量。选取涪陵页岩气田焦石坝区块的压裂施工参数相当的53口水平井作为样本井,采用赋值法和极大值法对各项参数值统一量纲,再通过灰色关联系数方法计算各项参数的权重,最终建立水平井含气性计算方程。基于计算结果的概率累积曲线,建立了页岩气水平井含气性分级模型。整体上形成了一套能够定量评价页岩气水平井含气性的方法体系。对研究区样本井之外的页岩气水平井进行含气性定量评价,结果与实际生产数据吻合度较高,证实该方法能较好地反映页岩气水平井的含气能力,可以有效预测气井测试产量。     

涪陵页岩气田生产套管防漏堵漏技术对策与实践

页岩气生产井投产前,都要进行大规模分段压裂,生产套管必须能承受不低于90 MPa的施工压力。2013年涪陵工区试验井组相继出现2口井稳不住压现象,导致长水平段分段压裂的储层改造工艺受限,该问题一时成为制约涪陵页岩气田钻井生产和质量的一大“瓶颈”。为此,从生产套管设计、施工、治理3个方面进行了防漏堵漏技术措施研究,并取得一些进展,较好地满足了页岩气高效开发的需要。本文介绍了涪陵页岩气一期产建套管防漏堵漏对策与实践成果,为国内类似页岩气区块的开发提供借鉴和参考。     

涪陵页岩气田水基钻井液技术

涪陵页岩气田属川东南地区川东高陡褶皱带包鸾-焦石坝背斜带焦石坝构造,主要开发上奥陶系五峰组—下志留系龙马溪组页岩气层,岩性主要为灰岩、泥岩、页岩,钻井施工中易漏、易塌、易喷。井型为三开结构水平井,一开、二开采用水基钻井液体系。通过技术研究,确立了以氯化钾、聚胺页岩抑制剂等为主剂的水基钻井液体系,形成了适合涪陵页岩气田勘探开发的浅层气预防、井壁稳定、降摩减扭、防漏堵漏等系列水基钻井液技术,较好地满足了钻井施工要求。     

涪陵页岩气田发现的启示与思考

位于四川盆地东缘焦石坝构造的涪陵页岩气田,已探明地质储量3 806×108 m3,是北美地区以外,首个实现商业开发的页岩气田。焦石坝构造是一个受北东向和南北向两组断裂体系控制形成的菱形断背斜,其特殊的构造背景对页岩气的富集具有重要控制作用。涪陵页岩气田的产层为五峰组-龙马溪组页岩,具有富有机质页岩厚度大、有机质丰度高、有机质热演化程度高、脆性矿物含量高、地层压力系数高、单井产量高、裂缝发育、烷烃碳同位素倒转等特点。3年的勘探开发表明,涪陵页岩气田普遍高产、稳产,证实为高产富集的页岩气田。本文通过对区域地质特征的解剖和对涪陵页岩气田基本特征的总结,结合前人对美国页岩气田的研究,提出了涪陵页岩气田发现的启示与思考。结论认为:首先,证实中国存在高产页岩气田,但富集因素与美国不同,正向构造和晚期区域走滑作用极为重要;其次,天然裂缝的发育是页岩气富集高产的关键;第三,几乎所有的商业性页岩气田都是地层超压;第四,讨论了页岩气的运移问题,认为页岩气通过短距离的运移传递,可以实现大范围的运移聚集;第五,提出基于商业回报和资源利用不同角度的考量,可能会影响生产方式的选择;第六,中国页岩气发展需要技术、思路创新和长远视角,必须重视深层海相、陆相和盆地外常压页岩气的研究。     

涪陵页岩气田防漏堵漏技术应用研究

涪陵页岩气田开发过程中最大的问题就是井漏,据统计,有67.2%的井在钻井过程中都发生了不同程度的漏失,影响了钻井工程质量、进度及效益,特别是三开长水平段漏失油基钻井液,造成了严重的经济损失。为了降低钻井工程风险、提高钻井速度、降低钻井成本,从现场实际情况出发,对钻井漏失情况进行了统计分析,认为中浅层漏失以溶洞型漏失、缝洞型漏失为主,龙马溪、五峰组漏失以裂缝型漏失为主。重点介绍了针对涪陵页岩气田各开次特点采取的防漏堵漏技术及现场应用情况。同时随着开发区域扩大,地质情况有所改变,井漏问题更加复杂,提出了下一步防漏堵漏技术发展方向及建议。     

涪陵页岩气田钻井提速方案及实施效果分析

在深入分析涪陵页岩气田制约钻井速度的因素的基础上,针对性地提出了钻井提速的方案,并进行了大量的现场应用。本文详细介绍了国民油井旋冲工具、水力振荡器、POB抗油基泥浆螺杆钻具的组成和技术原理。阐述了以上3种工具在涪陵区块的应用效果和优势,并提出了使用中存在的不足和应改进的技术问题。这些工具的实施效果表明,国民油井提出的钻井提速方案是切实可行的,对该区域后期优快水平井钻井工艺的选择具有指导意义。     

控压钻井技术在涪陵页岩气田的实践与认识

随着涪陵页岩气田勘探开发进程的不断深入,长水平段页岩气井在钻井过程中遇到的复杂事故愈发凸显。目的层龙马溪组,裂缝发育、岩性构成复杂且破碎严重,钻井中钻井液密度窗口窄,易发生垮塌、溢漏同存、水平井段漏失大量油基泥浆等问题。为了快速、安全有效地钻穿复杂页岩层段,采用控压钻井技术破解长水平段页岩气井井漏的钻井难题,在焦页33-4HF井应用控压钻井技术,在长水平段钻遇多个不同压力系数的漏失显示层,安全钻达完钻井深,大大减少了油基泥浆的漏失及其不良影响,减小了经济损失,取得了显著应用效果。     

陵页岩气井新工具的应用与经济评价

涪陵地区页岩层蕴含着丰富的天然气资源,具有较大的开采前景。区块主要目的层为上奥陶统五峰组-下志留统龙马溪组下部页岩气层。上部泥页岩地层井壁稳定性差,地层承压能力低,溶洞发育、易坍塌、易漏失;海相沉积地层流体分布复杂,部分地层岩性变化大,可钻性差,机械钻速较低;采用丛式布井,水平井井眼轨迹复杂,靶前位移大,大井眼定向扭方位困难、托压严重。现场试验使用了旋转导向、扭力冲击器、旋冲马达、水力振荡器等新技术、新工具,大幅度提高机械钻速,缩短钻井周期,取得一定的经济效益。阐述了几种新技术和新工具的工作原理、现场应用情况,并对其经济效果进行了评价。     

涪陵页岩气田江东区块优快钻井技术研究与应用

涪陵页岩气田江东区块地质构造复杂、地层倾角大,存在机械钻速低、定向钻井托压严重、水平井轨迹控制困难等问题,给该地区优快钻井作业带来了挑战。本文通过总结现场施工作业及技术攻关实践,分析总结了江东区块复杂地质条件下相适应的钻井新工艺、新工具,形成了一套适用于涪陵页岩气田江东区块的优快钻井技术。江东区块钻井周期从开发前期的235 d缩短至9033 d,机械钻速、储层钻遇率不断提高的同时,定向钻井托压、钻头提前失效等工况逐渐减少。通过4年发展,涪陵页岩气田江东区块优快钻井集成技术逐渐成熟,基本满足了深层页岩气的开发需要。     

涪陵页岩气水平井油基钻井液技术

针对非常规油气藏开发及复杂地层安全钻井的需要,为解决水平井井壁稳定、摩阻、携岩及地层污染问题,开展了油基钻井液技术研究与应用。通过乳化剂、有机土、降滤失剂、封堵剂等处理剂的研选,形成以柴油、白油为基础油的油基钻井液配方、循环损耗量控制技术及现场施工工艺。在涪陵页岩气田应用了100余口井,满足了现场施工需要,取得良好的技术经济效果。结合涪陵区块的具体情况,不断深入研究,2015年研究并现场试验了粉状乳化剂、无土相油基钻井液等新技术。     

页岩水平井体积压裂设计的一种新方法

页岩水平井常采用体积压裂技术获得产能,压裂形成的缝网体积、渗透率是影响压裂效果的关键因素。目前页岩体积压裂设计借用产能预测模型优化缝网参数,此模型较复杂,不便于现场应用。根据等效渗流原理,将页岩储层压裂后形成的缝网系统等效为一个高渗透带,建立了体积压裂缝网参数与施工规模关系模型,提出了体积压裂设计的3个步骤:体积压裂可行性研究、数值模拟优化缝网参数和施工参数优化。根据QY2页岩油水平井特征,进行了体积压裂设计和现场实施。结果表明:压裂形成的高渗透带对产能的贡献最大;高渗透带数量、体积和渗透率增加,压裂后的累积产量和采出程度逐渐增加,存在最优的高渗透带参数。现场应用表明这种设计方法方便实用,可以推广。     

页岩气开发钻完井技术探讨

我国广泛分布着丰富的页岩气资源,开发应用远景良好。通过借鉴、转化、应用常规油气开发的成熟技术,可集成配套形成页岩气开发钻完井技术系列。水平井已成为页岩气开发的主要钻井方式,结合旋转导向、MWD/LWD、三维地震和欠平衡钻井等工艺技术的集成应用可提高开发效率。水力压裂工艺已成为页岩气开发的主要技术,随着清水压裂、重复压裂、同步压裂等技术的发展,页岩气的勘探开发更具发展潜力。