延长陆相页岩气水平井提速技术研究

“延安国家级陆相页岩气示范区”已钻水平井存在机械钻速低、钻井周期较长等问题,直接影响陆相页岩气的低成本、高效勘探开发。提高机械钻速是缩短钻井周期、降低钻井成本的重要手段,也是优快钻井的直接体现。在分析了延安陆相页岩地层岩石力学特性的基础上,开展了优选钻头、优化钻井机械参数和水力参数等3个方面的研究,以增强钻头对地层的适应性、提升井眼清洁能力和提高机械钻速。最终形成了适合陆相页岩气水平井的钻井关键技术,并在示范区3口水平井进行了成功应用,钻井周期缩短11 d,水平段机械钻速提高120.08%,实现了陆相页岩气水平井的优快钻井,具有较好的推广价值。     

泸州深层页岩气水平段钻井提速关键技术

四川盆地泸州区块深层页岩气储层具有地层温度和压力高的特点,致使旋转导向仪器故障率高,四开平均钻井周期长;同时受井眼轨道“低造斜点+高造斜率”设计和长水平段轨迹频繁调整的影响,起下钻和下套管摩阻大。针对上述难题,通过现场试验,形成了降钻井液密度控压钻井、地面降温系统、旋转下套管等关键技术。现场应用表明：钻井液密度从2.20 g/cm³降至1.82 g/cm³,旋转导向仪器故障率从50%下降至30%;四开井段平均机械钻速从8 m/h提高到11.44 m/h,提高了43%;平均钻井周期从55.2 d降低到27.1 d,降幅51%;钻井提速提效显著。本文试验形成的关键技术对泸州深层页岩气水平井钻井工程提速提效具有良好的推广和借鉴意义。     

页岩气钻完井配套技术集成研究与应用

随着涪陵页岩气田100×108 m3/a产能建设、长宁-威远国家级页岩气产业示范区等区块页岩气的高效勘探开发,我国的能源结构也在不断地改变。页岩气的商业化开发有赖于丛式水平井钻井技术及大型分段压裂技术的不断发展和进步,高效的钻完井配套技术是提高页岩气勘探开发效果的有力保障。中原石油工程公司通过自主攻关和集成配套相关钻井新工艺、新工具,在钻井实践中取得了一系列技术突破,形成了三维大偏移距长水平段水平井轨迹控制技术、油基乳化/无土相油基钻井液技术、防漏堵漏技术、页岩气随钻解释评价技术、油基钻井液高效冲洗技术、“井工厂拉链式”压裂技术、高压网电配套工程技术等关键技术。上述技术在川渝的涪陵、长宁-威远、永川等工区140余口井的成功应用,有效支撑了我国页岩气产能建设。本文基于中原工程页岩气钻完井配套技术的攻关及实钻经验总结,对其他页岩气勘探开发区块的钻完井工程具有较强的指导意义。     

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。     

川南泸州地区页岩气甜点地质工程一体化关键要素耦合关系及攻关方向

页岩气甜点地质工程一体化关键要素分析与评价是页岩气高效勘探开发的必要工作.从甜点优选、钻完井工程、压裂工艺等多方面对川南泸州地区开展研究,结合地质工程一体化研究思路,系统分析了工程要素与地质要素的耦合关系.结果表明：泸州地区地质条件复杂,水平最大主应力方向为NWW-SEE向,由西向东裂缝发育程度减少;天然裂缝方向与最大主应力方向和井轨迹有效匹配提高压裂改造体积,井轨迹方位与地应力夹角大于60°、与裂缝主方向夹角大于20°时,水平井压裂效果越好;通过加密分簇、提高排量、暂堵转向、提高加砂强度等技术优化,可保证深层页岩改造体积及缝网有效性.综上,利用工程与地质双因素耦合分析,开展深层井轨迹与甜点预测关系、深层裂缝体积改造与地应力关系、深层钻-完井工程与岩石力学关系技术攻关,能够有效推动地质工程一体化的动态运行,提高单井最大可采量和区块最大动用量.     

元页HF-1页岩气水平井钻井关键技术

元页HF-1井是中石化部署在川东北元坝区块的第一口页岩气预探水平井。通过分析该井的工程地质难点,优化了三开次井身结构,优选出合理的钻井方式、钻井液体系和配套工艺措施,形成了一套适合该区块的页岩气水平井钻井技术方案。该井成功钻达目的层,完钻井深4982 m,水平位移1421.73 m,钻井周期168.88 d,平均机械钻速3.07 m/h,三开井径扩大率仅为4.82%,取得良好的应用效果,为元坝区块页岩气的勘探开发提供了技术支撑。     

古城7井工程钻井设计优化与钻井实践

古城7井是大庆油田塔东区块的首钻井,为了增加钻井成功率以及缩短钻井周期和钻井成本,在工程设计中的井身结构、钻具组合、钻头优选和扭力冲击器配合PDC钻头使用上,进行了大量的计算、统计分析和筛选,在实钻中钻速得到了大幅提高,平均机械钻速为4．68m／h,比古城6井平均机械钻速3．01m／h提高了55．48％,钻井周期大幅缩短,完钻周期为152．44d,按同开次同井深与古城6井相比,缩短了86．8d。实践证明,古称7井工程设计符合塔东区块的地质情况,能够大幅地提高钻速,缩短周期和钻井成本,为加快勘探开发步伐打下了坚实的基础。     

昭通国家级示范区浅层页岩气立体开发探索：以海坝背斜南翼YS203H1平台为例

昭通国家级示范区浅层页岩气分布面积广、地质储量大,具备较大开发潜力.为实现示范区中部海坝背斜浅层页岩气的高效建产和资源最大化动用,在总结示范区太阳背斜浅层页岩气立体开发经验基础上,遵循地质工程一体化理念和研究思路对海坝浅层页岩气立体开发可行性及井网部署方式进行探索.结果表明：单层井网开发仍以龙一1¹小层为最佳靶体,五峰组在当前工艺技术和经济指标下,暂不具备作为独立开发层系经济开发的条件,仍需进一步探索;龙一1¹小层+龙一1³小层间I+II类优质储层厚度大,相比龙一1¹单层开发,采用龙一1¹小层+龙一1³小层下部双层立体交错井网在相同井距及井数的立体开发方案下,井组EUR及IRR均有较大增加;在相同控制面积条件下,井距和井数之间存在最优化区间,在当前工艺技术和经济指标下,建议250 m为最佳井距;若建井及改造成本下降,有进一步缩小井距、提高井组整体EUR的潜力;大规模水力压裂不但会改变就地应力大小,还会改变水平主应力方向,从而改变近井地带应力状态,使其从走滑...     

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。     

页岩气井钻遇破碎地层的井身结构优化设计

页岩气的勘探开发和利用对于优化我国能源结构、促进能源工业快速发展、提高优质洁净能源的自给能力和水平,以及降低大气污染、促进环境保护等方面都有至关重要的作用。解决好页岩气井在钻遇破碎地层后的井身结构优化设计,就能够大幅度提高钻效,节省钻探成本,缩短勘探周期,从而促进页岩气资源的大规模开发利用。本文结合页岩气井的生产实践,就页岩气井钻遇破碎地层后井身结构的优化设计问题,特别是开次、选用孔径、套管规格及其下入深度等方面进行了探讨。     

基于声波测试法对鹰滩页岩各向异性分析

页岩储层通常呈薄层状结构,一般认为其岩石力学参数具有横向各向同性,而其各向异性受围压（CP）、含水率和总有机质含量（TOC）等多种因素的影响。本文对不同围压下的鹰滩（Eagle Ford）页岩进行超声波波速进行测试实验,研究围压对鹰滩页岩波速及岩石力学各向异性的影响。实验结果表明,鹰滩页岩属于弱各向异性多孔介质,并具有横向各向同性、垂向各向异性的性质。纵波（P波）和横波（S波）波速随围压的增大而增大,特别是在低围压范围内增幅显著,同时围压增大会降低纵波和横波的各向异性,纵波各向异性比横波各向异性对围压更敏感。对鹰滩页岩各向异性分析为页岩储层压裂过程中裂缝的起裂和延伸规律研究提供了必要的力学参数。     

页岩气藏体积压裂有效改造体积计算方法

页岩气藏矿场压裂实践表明,储层有效改造体积（effective stimulated reservoir volume,简称ESRV）是影响页岩气藏体积压裂水平井生产效果的关键因素,ESRV的准确计算对页岩气藏压裂方案评价与体积压裂水平井产量预测具有重要作用.基于页岩储层改造体积（stimulated reservoir volume,简称SRV）多尺度介质气体运移机制,建立了SRV区域正交离散裂缝耦合双重介质基质团块来表征单元体渗流模型（representation elementary volume,简称REV）,并结合北美页岩储层实例研究了次生裂缝间距、宽度等缝网参数对页岩气藏气体运移规律的影响.在此基础上根据SRV区域次生裂缝分布特征,采用分形质量维数定量表征裂缝间距分布规律,结合页岩气藏次生裂缝间距对基质团块内流体动用程度的影响规律,得到了页岩气藏体积压裂ESRV计算方法.结果表明SRV区域次生裂缝间距对基质团块内吸附及自由气影响较大,次生裂缝间距小于0.20 m时可以实现SRV区域基质团块内流体向各方向裂缝的"最短距离"渗流.选取北美典型页岩储层生产井体积压裂数据进行ESRV计算,页岩气藏目标井ESRV占体积压裂SRV的37.78%.因此ESRV受改造区域次裂缝分布规律及SRV有效裂缝间距界限的影响,是储层固有性质及人工压裂因素综合作用的结果.      

对页岩气成因及工业前景的思考

页岩本身并不生气。以页岩为储层的油气藏,以裂缝为主要储集空间,即传统的裂缝性泥页岩油气藏。北美页岩气在以硅质胶结和以硅岩为主的储层中,产量偏高。这一现象从硅质的来源上,指出页岩气与碱性地幔流体的必然联系。阿巴拉契亚盆地深度3000m以下的页岩气,甲烷同系物碳同位素值完全反序排列,从地球化学角度证明页岩气来自地幔。如果页岩仅仅是储层而非气源岩,我国"页岩气十二五规划"探明页岩气储量6000×108m3和2015年产量65×108m3的目标将失去地质依据。因巨大的环境隐患,页岩气开发所必需的水力压裂法已在英、美、法、德、瑞士、保加利亚、澳大利亚等国立法禁止,在南非推迟发放所有的水力压裂法开采许可证。页岩气开采带来的环保问题不仅仅是有害气体向大气泄露,还有超过260种有害化学物质随着每次10000m3压裂液返排到地表,不断重复地向页岩气开采地区排放,将造成空前的污染。同时造成工业和民用供水短缺。美国页岩气被市场分析师称为"伪商业产品",价格在成本区间内。我国计划到2020年页岩气产量达600 108～1000 108m3,根据美国的经验,起码需要2万口页岩气井,10年内所需投资将达到4000亿～6000亿元。显然,页岩气即将成为吞噬中国几十年经济发展成果的黑洞,即将成为破坏我们生息环境的"切尔诺贝利"。     

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。     

鄂尔多斯盆地东缘深部(层)煤层气勘探开发理论技术难点与对策

我国深部(层)(以下均指埋深大于2 000 m)煤层气资源丰富,勘探开发潜力巨大。2019年以来,鄂尔多斯盆地东缘(鄂东缘)大宁–吉县区块逐步进入深部(层)煤层气“规模勘探+先导试验”阶段,直井日产气量突破2×104 m3,水平井日产气量突破10×104 m3,这一标志性成果既突破传统意义上煤层气勘探开发领域的深度禁区,使得煤层气总资源量有望在30.05×1012 m3基础上大幅度增加,又将成为“十四五”乃至长远煤层气产业实现规模发展的重点勘探开发方向。面对以地面传统钻井、压裂(储层改造)、排采(举升)、集输和数智化等为主体技术及开发方式的迫切需求,鄂东缘深部(层)煤层气面临许多基础理论和技术难点,包括:成藏机理和赋存规律,有利区优选方法;高产主控因素及控制机理,解吸–渗流机理与开发规律,“地质–工程一体化”开发甜点分类评价标准,关键开发指标确定方法和依据;低成本优快高效钻完井技术,水平井水泥环高效密封控制技术;煤岩缝网形成机理,低成本、高效、环保压裂入井材料,改造后缝网孔渗特征、流动规律;高盐、高水气比、出砂等工况下排采及举升控制技术;高效节能集输、规模开发所需复杂集输管网稳定运行理论与实践体系;数智气田建设和人工智能应用研究。在系统梳理上述难点基础上,针对性地提出勘探地质、开发地质、钻完井、压裂(储层改造)、排采(举升)、集输与数智化等理论与技术的研究方向和具体对策,这一成果不仅对加快鄂东缘深部(层)煤层气规模上产具有重要的指导意义,而且对国内外深部(层)煤层气规模开发具有很强的引领和示范作用,也可有力推动煤层气产业高质量发展、支撑实现国家碳达峰碳中和目标与保障清洁能源安全。      

Discovery of lacustrine shale deposits in the Yanshan Orogenic Belt,China:Implications for hydrocarbon exploration

The mechanism of formation of lacustrine deposits within stable orogenic belts and their potential for shale oil and gas exploration are frontier themes of challenge in the fields of sedimentology and petro-leum exploration.Orogenic belts witness strong tectonic activities and normally cannot host stable lacus-trine basins and deep shale formations.Therefore,basins in orogenic belts are considered to have no potential to form shale hydrocarbon reservoirs.Here we investigate the Luanping Basin located in the Yanshan orogenic belt where previous studies regarded rivers and fan deltas as the major main Mesozoic deposits.Based on detailed field exploration and scientific drilling,we report the finding of a large number of lacustrine shale continental deep-water deposits in the Mesozoic strata.Our finding of the occurrence of active shale oil and gas also in this basin also subvert the previous perceptions.We report SHRIMP zircon U-Pb age that define the bottom boundary of the target interval as 127.6±1.7 Ma belonging to the early Cretaceous strata.Tectonics and climate are considered to be the main factors that controlled the deep-water sedimentation during this period.The drill cores revealed evidence of shale gas and the TOC of shale is 0.33％-3.60％,with an average value of 1.39％and Ro is 0.84％-1.21％,with an average value of 1.002％.The brittleness index of shale is between 52.7％and 100％.After vertical well fracturing,the daily gas production is more than 1000 m3.Our findings show that the basin has consid-erable potential for shale oil and gas.The geological resources of the shale gas in the Xiguayuan Fm.are estimated as 1110.12 × 108 m3,with shale oil geological resources of 3340.152×104t.Our findings indi-cate that the Yanshan orogenic belt has potential exploration prospect.This work not only redefines the Luanping Basin as a rift deep-water Mesozoic Lake Basin,but also rules out the previous notion that the basin is dominated by shallow water sediments.The discovery of shale oil and gas also provides an important reference for subsequent petroleum exploration and development in this basin.Our study shows that shale oil and gas reservoirs can be found in the lacustrine basins of orogenic belts which were strongly influenced by volcanism.These results have significant implications for the sedimentology and oil exploration in the Qinling and Xingmeng Orogenic Belts of China,as well as those in other terranes of the world including the New England Orogenic Belt in Australia.     

鄂尔多斯盆地东部深部煤层气井压裂工艺及实践

鄂尔多斯盆地东部深部煤层气（埋深大于1 200 m）资源丰富,是下步煤层气勘探、开发的重点。与浅部煤层压裂相比,深部煤层压裂存在诸多挑战（地应力、闭合应力、破裂压力高,岩石力学参数复杂等）。通过对比现有煤层压裂工艺,以鄂尔多斯盆地东部深部煤层（埋深约2 000 m）为例,探索了采用油管+循环滑套+封隔器+喇叭口施工管柱和低浓度线性胶压裂液体系对深部煤层进行压裂作业,施工比较顺利,见气快,产气效果比较理想（产气量大于800 m3/d）。通过2口井的现场作业实践,证明了该工艺技术简单、易行、有效,为后续深部煤层气的勘探开发提供可借鉴的工艺技术。      

川南深层页岩水力压裂缝网扩展规律数值模拟研究

3500 m以深页岩气资源量占整个川南地区总资源量的比例高达86.5%,该区深层页岩气藏构造复杂,压裂形成复杂缝网的难度大,有必要通过数值模拟研究深层页岩气复杂缝网主控因素,对实现川南地区深层页岩气的效益开发具有重要意义。在对川南地区页岩气气田某井的岩芯进行细观尺度下的观察并构建二维裂缝模型的基础上,利用位移间断边界元法(DDM)模拟深层页岩水力压裂过程中水力裂缝与天然裂缝相互作用的物理力学过程,研究主应力、应力差和压裂液排量对裂缝扩展的影响。结果表明:在高应力差条件下缝网的复杂程度和总长度急剧降低,缝网的平均宽度增大,且平均宽度随排量增加而增大的能力变得有限。在高应力差条件下提升压裂液排量,缝网长度的增加以产生新生裂缝为主,同时提升排量对于激活天然裂缝有一定的提升作用,但是效果有限。相比于拉张裂缝,剪切裂缝的形成受主应力和压裂液排量的影响更显著,在高应力差条件下缝网中剪切裂缝的长度急剧降低。随着压裂液的注入,在较低应力差和相同压裂液注入量的情况下,低排量工况下的裂缝长度逐渐大于高排量工况下的裂缝长度。在应力差较高的情况下裂缝扩展的速率较低,同时会使提升排量而形成更多新生裂缝的能力变得有限。基于显微镜观察构建的裂缝模型计算出的结果能够较好地符合场地实际,为深层水力压裂设计和施工提供参考。     

Shale gas fracturing using foam-based fracturing fluid: a review

World energy resources are depleting at an alarming rate, and natural gas has been identified as an environmentally friendly energy resource, with shale gas being one option. However, the extremely low permeability of shale plays has caused them to fail to produce a commercially viable amount of gas. Therefore, appropriate production enhancement techniques, including hydro-fracturing, are required. This paper reviews the research on shale gas production enhancement using foam-based hydro-fracturing and focuses on research on shale deposit distribution around the world, the importance of shale gas recovery, major shale gas recovery enhancement techniques, the effectiveness of foam-based fracturing depending on the foam type used and the formation properties, advantages and limitations of foam-based fracturing compared to other fluids, and existing experimental and numerical studies and field studies. According to the available experimental and modelling studies on foam fracturing, N₂-based foams are stronger than CO₂-based foams. The effective viscosity that controls the foam rheology decreases with increasing temperature and decreasing pressure and foam quality, and fracture length reduces and fracture width increases with increasing foam quality. Although this technique has been tested in few shale plays worldwide, most studies have been performed in the USA and Canada. Therefore, the foam fracturing technique is still comparatively novel for other countries around the world.     

页岩层系油气资源有序共生及其勘探意义——以鄂尔多斯盆地延长组长7页岩层系为例

页岩层系内的非常规油气已成为全球油气勘探开发的热点,这些资源的形成与富有机质页岩密切相关,形成演化有序、空间分布上共生。目前的研究通常按非常规油气类型单独进行,尚未从页岩层系整体角度考虑各类油气资源的分布规律。在大量调研国内外页岩层系油气资源分布规律的基础上,提出页岩层系油气资源有序共生,并以鄂尔多斯盆地长7页岩系为例进行解剖,按照成熟度阶段、埋藏深度和有机质丰度,将长7页岩层系油气资源分成露头-浅埋藏油页岩区、中等成熟-中等埋深压裂页岩油区、中等成熟-中等埋深原位改质页岩油区、高成熟度-深埋页岩气区和紧邻-夹层致密砂岩油五大区域。基于页岩系统油气资源有序共生关系,提出页岩层系油气资源立体勘探开发的观点,以期对页岩层系非常规油气资源有效利用提供新思路。