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威远构造页岩气钻井技术探讨_王华平

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威远 构造 页岩 钻井 技术 探讨 王华平
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收稿日期 : 2012 -03 -10作者简介 : 王华平 ( 1966 - ) , 工程师 , 1995 年毕业于西南石油大学钻井专业 , 主要从事定向井技术研究和现场技术服务 。地址 :( 400021) 重庆市江北区大石坝大庆村川东钻探公司工程技术部 , 电话 : 023 -67321276, E - 26. 张 铎2, 张德军2, 谭 宾3, 谯抗逆2, 余江清1( 1 川庆钻探工程公司川东钻探公司 2 川庆钻探公司钻采工程技术研究院3 川庆钻探工程公司工程技术处 )王华平等 . 威远构造页岩气钻井技术探讨 . 钻采工艺 , 2012, 35 ( 2) : 9 -11摘 要 : 当前常规天然气资源经过长期开采已逐步衰竭 , 页岩气等非常规天然气资源已引起新的重视 。国外页岩气勘探开发表明其生产周期长 、单井产量低 、产量递减快 、资金回收慢 、环境污染等问题 , 是阻碍页岩气藏工业化开发步伐的主要因素 。而水平井是页岩气藏成功开发的关键因素 , 水平井的推广应用加速了页岩气的开发进程 。文章以四川油气田威远构造的第一口龙马溪页岩气水平井 —威 201 - 为依托 , 进行页岩气水平井钻井技术的探讨 , 为今后在该区块的钻井设计和钻井技术提供了一定基础支撑 。关键词 : 水平井 ; 页岩气 ; 钻井 ; 威 201 - 中图分类号 : 42 文献标识码 : A 10.3969/J. 006 -768X.2012.02.03一 、区域地质情况威远构造核部出露最老地层为三叠系中统嘉四地层 ( 顶部区多为须家河组 , 沟谷多为雷口坡组地层 , 外围分布侏罗系上部地层 ) 。邻井钻井揭示 , 从地表至基底 , 地层层序依次为三叠系须家河组 、雷口坡组 、嘉陵江组 、飞仙关组 , 二叠系乐平统 、阳新统 ,志留系下统龙马溪组 , 奥陶系五峰组 、宝塔组 、大乘寺组 、罗汉坡组 , 寒武系洗象池组 、遇仙寺组 、沧浪铺 、筇竹寺和震旦系上统灯影组 、喇叭岗组 。龙马溪组岩性颜色由上至下逐渐加深 , 页岩质较纯 、致密 、性脆 、页理较发育 ( 叶片状层理 ) 。根据岩心资料 ,自上而下 , 页岩砂质 、硅质含量逐渐降低 , 生物化石逐渐增多 , 尤其笔石含量增加 , 可见黄铁矿星散分布以及黄铁矿条带 , 底部为灰褐色生物灰岩 , 见腕足等生物碎屑 。其电性特征为自然伽马值高 ( 110 ~140, 变化幅度较大 , 底部值较小 , 深浅双侧向电阻率呈锯齿状 , 深侧向电阻率为 7 ~12 Ω·m, 浅侧向电阻率为 7 ~12 Ω·m; 补偿声波呈锯齿状中高值 ,幅度变化不大 , 为 70 ~ 85 μs/有储集条件的层位为一套浅海相碎屑岩 , 主要为灰黑色 、深灰色粉砂质页岩 、炭质页岩 、硅质页岩夹泥质粉砂岩 。威远地区龙马溪组页岩厚度及高伽马 ( 伽马值为 160 ~200 页岩分布均表现为自北西向南东方向增厚的趋势 , 页岩厚度 0 ~200 m, 其中高伽马页岩层位于龙马溪组下部 , 厚度 30 ~50 m。二 、区域复杂概述1. 井漏该区块上部地层普遍存在井漏 , 使用清水强钻部分井则漏水不漏砂 , 给井眼清洁带来困难 ; 同时该区域水源缺乏 , 采用强钻作业则大部分井存在供水不足 , 严重影响钻井速度 。龙潭 、茅口等地层的低压层与平衡页岩水平段的高密度钻井液存在严重矛盾 。2. 垮塌地表疏松垮塌 。该地区属低山 、丘陵地貌 , 沟壑纵横 , 由于风化剥蚀 、冲蚀沉积 , 地表沉岩性差 ; 龙潭组泥 、页岩水敏性强 , 钻井液中的液相侵入易造成井壁掉 、垮 , 给后续施工增加难度 ; 龙马溪组 、大乘寺组主要以页岩 、砂质页岩为主 , 剥蚀掉垮严重 。尤其龙马溪组为页岩气井的目的层之一 , 在大斜度 ( 水平 )段井眼稳定性差 , 极易出现掉垮及坍塌 。3. 部分井段地层可钻性差 , 影响钻井速度龙潭至栖霞组普含黄铁矿 、燧石 , 钻头选型困难 ; 罗汉坡至沧浪辅组岩石致密 , 石英含量重 , 且局·9·第 35 卷 第 2 期35 2钻 采 工 艺 地层研磨性强 。4. 地层出水和含 响钻井方式选择区域实钻中 , 分别在嘉陵江 、飞仙关 、遇仙寺存在水层 , 不利于气体钻进 , 提速受到严重限制 ; 区域地层在茅口 、洗象池 、遇仙寺含 尤其洗象池部分井 量达 15 g/ 气体钻进及欠平衡钻进受到限制 。三 、威 201 - 基本情况1. 井身结构 ( 见表 1、图 1)表 1 威 201 - 井身结构数据表开钻次序钻头 套管尺寸/钻尺寸/钻1 311.2 500 504 244.5 0 ~498 502.792 215.9 3032 2823.48 139.7 0 ~3030 2750.03图 1 威 201 - 井身结构图2. 设计靶区入靶点 ( A 点 ) : 垂深 1 526 m, 水平位移 469 m,闭合方位 : 43°, 靶区半径 : 50 m。出靶点 ( B 点 ) : 垂深 1 570 m, 水平位移 1 669m, 闭合方位 : 43°, 靶区半径 : 50 m。3. 井眼轨迹剖面 ( 见表 2)表 2 井眼轨迹剖面描述斜深/ °)方位/( °)垂深/ °) ·30m-1闭合距/ °)直井段 0 ~1150 0 43 1150 - 0 43増斜段 1150 ~1721 0 ~87.9 43 1521.95 4.62 358.56 43稳斜段 ( 入靶 ) 1721 ~1832 87.9 43 1526 0 469 43水平段 ( 出靶 ) 1832 ~3032 87.9 43 1570 0 1669 434. 威 201 -实钻情况4. 1 直井段一开采用空气锤钻进至井深 193. 20 m, 由于地层出水 , 结束空气钻进 ; 下入牙轮钻头清水强钻至井深 504 m。二开使用空气钻至井深 529. 01 m, 地层产出水替入聚合物无固相钻井深 853 m 转化为油基钻井液钻进 ; 井深 892 m 进入龙潭组地层钻进出现连续有掉块 、上提钻具有挂卡 , 随即调整钻井液密度及其它性能继续钻进至井深 1 135 m 进入造斜点 。4. 2 造斜段与水平段由于地层的自然造斜能力强 , 直井段井斜已上升到 14°, 现场技术人员及时调整井眼轨迹控制方案 , 采取定向与复合方式控制井眼轨迹 。进入水平段前根据实钻地层情况以井斜 85°左右复合钻进探储层 ; 水平段钻进采用 “单弯螺杆 + 尾扶 + 伽马 +钻具组合 ( 图 2) , 保证了储层的钻遇率 。图 2 水平段钻具组合四 、施工中的教训( 1) 对页岩力学化学特性认识不足 , 缺乏相应实验基础数据 。国外页岩气开发经历几十年的发展 , 形成了成熟的基础理论和配套的钻井技术 。威201 - 是国内第 1 口页岩气水平井 , 可供参考资料少 , 钻井工艺 、方法等处于摸索阶段 ; 对页岩岩石应力 、垮塌机理等缺乏认识 ; 对油基钻井液的防塌机理 、配套处理材料尚欠缺 。实际钻井施工以常规经验为主 , 技术准备不充分 , 导致本井大斜度 ( 水平 ) 段页岩严重垮塌 、处理复杂时间长 。( 2) 上部低压地层与页岩所需高密度的矛盾增加了井下的复杂性 。上部飞仙关到栖霞地层承压能力低 , 密度 1.20 g/ 龙马溪页岩地层井眼稳定及垮塌后井眼清砂需密度 1.80 g/ 造成在复杂处理中进行地层承压及多次出现环空蹩压而导致井漏 , 不但影响处理复杂时间 , 而且损失大量钻井液 。( 3) 实钻地层提前 , 增加了轨迹着陆难度 ( 见·01·钻 采 工 艺 3 月012表 3) 。表 3 标志层分层层位设计分层斜深/段1373 46 1360 40 1342 1323.46 1341 1322.59栖一b 亚段1417 44 1395 35 1386 1360.55 1388 1362.19梁山组 1424 7 1400 5 1396 1368.69 1392 1365.44五 、效果及认识( 1) 通过摸索获得了一些成功经验 , 首次在该区域探索使用 头 , 成功穿越龙潭底部和茅口段黄铁矿和燧石地层 , 打破了 头在该区域的使用禁区 。 满足页岩气水平井钻井需要 。( 2) 国内尚处于起步阶段 , 急需开展页岩岩石特性 、垮塌机理研究 , 为页岩水平井钻井提供理论指导 , 避免复杂 、事故的发生 , 提高页岩气开发效益 。( 3) 本井 215.9眼长达 2 300 m 以上 , 且钻越飞仙关水层 、龙潭泥页岩垮塌层 、茅口及栖霞漏层 、龙马溪页岩垮塌层等多个复杂井段 , 长水平段页岩储层钻井工程风险较大 。井身结构需进一步优化 。参考文献[ 1] 崔思华 , 班凡生 , 袁光杰 . 页岩气钻完井技术现状及难点分析 [ M] . 钻井工程 , 2011, 31( 4) : 1 -4.[ 2] 唐代绪 , 赵金海 , 王华 , 等 . 美国 岩气开发中应用的钻井工程技术分析与启示 [ J] . 中外能源 ,2011, 16( 4) : 47 -52.[ 3] 李功玉 , 王华平 , 张德军 , 等 . 泥浆盖帽强钻技术在威远页岩地层的应用 [ J] . 钻采工艺 , 2012, 35( 1) : 1 -3.( 编辑 : 黄晓川櫺櫺櫺櫺櫺櫺櫺櫺櫺櫺櫺櫺櫺櫺櫺櫺櫺櫺櫺櫺櫺櫺櫺櫺櫺櫺櫺櫺櫺櫺櫺櫺櫺櫺櫺櫺櫺櫺櫺櫺櫺櫺櫺櫺櫺櫺)( 上接第 8 页 ) 等致密油气藏的有效动用 。( 2) 丛式井批量钻井单从操作上要见效 , 需要一个学习 、熟练的过程 , 需要多口井连续积累和改进 ; 但当多口丛式井同时完成后 , 统计的时效平均到每口井会有大幅提高 , 特别适合油气藏落实的大规模开发井应用 。( 3) 周密的整体设计是批量钻井技术顺利 、高效实施的关键 , 和谐 、高效的现场组织与操作人员的经验积累是技术进步的重要保证 。技术不断创新 、管理不断优化才能达到最终目的 。( 4) 降低井眼相碰的几率是一项重要的技术管理工作 , 首要任务是防斜打直 , 防碰扫描报警要及时停钻 , 采取预造斜定向绕障措施 。在钻进及固井过程中要注意窜漏风险 , 使用移动模块钻机 。( 5) 批量钻井的主要贡献是有效降低了钻井辅助及完井时间 , 最大限度减少钻机的非进尺工作时间 , 要提高钻井机械钻速仍离不开针对相应区块 、地层的钻井工艺配套技术 。参考文献[ 1] J] . 1130, 2003.[ 2] . J] . 7218. 2005.[ 3] D. in J] . 9909, 1995.[ 4] . J] . 3820, 2005.[ 5] . J] . 2007.[ 6] E. 1 in 1996.[ 7] 姜伟 . 中国海上油田开发中的钻完井技术现状和展望[ J] . 中国工程科学 , 2011, 13( 5) : 58 -64.[ 8] 胡中志 , 朱宽亮 , 徐小峰 , 等 . 南堡 1—5 海上导管架批量优快钻井技术 [ J] . 海洋石油 , 2009, 29( 3) : 67 -79.[ 9] 姜伟 . 渤海歧口 17 -2 油田优快钻完井技术实践 [ J] .中国海上油气 ( 工程 ) , 2003, 15( 3) : 46 -62.[ 10] 张用德 . 利用新工艺提高海洋钻井效率 ———以赵东平台为例 [ J] . 海洋石油 , 2008, 28( 2) : 109 -111.[ 11] 曹式敬 . 渤海油田科学钻井试验及分析 [ J] . 石油钻探技术 , 1997, 25( 4) : 49 -51.( 编辑 : 黄晓川 )·11·第 35 卷 第 2 期35 2钻 采 工 艺 5 012 F 1. 2. o. ) , 5( 2) , 2012: 1 -4in of on at of of in in to of as of , ey , he is a 18300, . R. +86 -838 -5151361 O U 1. 2. 3. ,5( 2) , 2012: 5 -8, 11of of to be of it a up to in a of ey , 986, he is a 18300, . R. +86 -838 -5151302E -N U 1. o. ; 2. 3. , 5( 2) , 2012: 9 -11is of of of to as of of of on 01 - in in ey , 966, 995, is in of o. , 00021, P. R. +86 -23 -67321276E -26. F ,5( 2) , 2012: 12 -14to WD of on be be to be to of in on RA a of By of
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