• / 5
  • 下载费用:1 下载币  

四川盆地页岩气开发钻井技术难点与对策分析_余雷

关 键 词:
四川 盆地 页岩 开发 钻井 技术 难点 对策 分析
资源描述:
书书书收稿日期 : 2013 -06 -17; 修回日期 : 2014 -02 -12作者简介 : 余雷 ( 1960 - ) , 教授级高级工程师 , 中石油集团公司高级技术专家 , 1983 年毕业于西南石油学院钻井工程专业 , 中石油长城钻探工程院副院长 , 主要从事钻完井技术研究攻关工作 。E - 电话 : 0427 - 7807272。联系人 : 高清春 , 地址 :( 124010) 辽宁省盘锦市兴隆台区惠宾街 91 号长城钻探工程院钻井所 ( 521 室 ) , 电话 : 0427 -7821135, 15142776370。钻井工艺四川盆地页岩气开发钻井技术难点与对策分析余 雷,高清春,吴兴国,丁文正(长城钻探工程技术研究院)余 雷等 . 四川盆地页岩气开发钻井技术难点与对策分析 . 钻采工艺 , 2014, 37( 2) : 1 -4摘 要 : 页岩气是一种极富开发价值的非常规天然气资源,加强国内页岩气勘探开发工作,对实现常规油气资源的有效补充,保证国家能源安全具有重要意义。国内页岩气勘探开发技术还处于初期探索阶段,文章介绍国外页岩气钻完井关键、核心技术以及现场作业情况,并对比国内页岩气开发区块的钻井情况,着重探讨我国页岩气钻完井关键技术和钻井过程中出现的难点问题及我国页岩气钻完井技术的集成和应用,提出国内页岩气钻井的难点对策以及开发配套工艺技术的研究方向和内容。关键词 : 页岩气; 优快钻井; 核心技术; 国内开发10.3969/J. 006 -768X.2014.02.01页岩气是一种极富开发价值的非常规天然气资源 , 是一种以游离和吸附状态赋存于层里发育的暗色泥页岩和致密砂岩中的高效清洁能源[ 1]。世界页岩气资源量估计为 456 × 1012我国可采资源量约为 30.7 ×1012资源储量丰富[ 2]。我国页岩气资源总面积达到 300 × 1043],普遍存在分布广 、丰度低 、易发现 、难开采等特点 , 是具有自生自储 、低孔低渗 、无气水界面 、大面积连续成藏的低效型气藏资源 。据在川南和滇北地区的页岩气完钻井统计显示 , 页岩气开发主要存在地层不确定因素多 , 压力及流体性质难以预测 ; 泥页岩和致密砂岩易水化膨胀 、易破碎 , 井壁不稳定 ; 固井易气窜 , 完井困难 ; 储层易损害 , 采收率低 ; 钻井速度慢 , 钻井周期长 ; 开发技术难度大 , 钻井成本高等问题 。为获得较高的钻井收益率 , 需要掌握页岩气藏地层特点 , 预防和克服井下复杂情况 , 加快页岩气优快钻井配套技术研究 , 实现我国非常规油气资源开发的突破与发展 。一 、国外页岩气钻井技术国外仅美国和加拿大具有页岩气开发的成功经验 , 先后经历了直井 、单支水平井 、多分支水平井 、丛式井 、平井等发展历程[ 3 -5]。采用欠平衡 、控压钻井 、旋转导向等核心技钻井技术 , 辅助 : ① ② 随钻测井 、随钻测量 、随钻地震 ) 技术 ;③三维地震解释及 质导向技术 ; ④泡沫水泥 、酸溶性水泥等固井技术 ; ⑤优化射孔或组合式桥塞完井技术 ; ⑥储层优化改造技术等开发关键技术 。据不完全统计完钻一口页岩气水平井成本大约 350万美元 , 单支丛式井成本大约 100 ~120 万美元[ 5 -8]。2002 年前 , 以直井为主 , 平均井深 1 500 m, 上部非储层采用平衡 ( 过平衡 ) 钻井 , 下部采用空气钻井 , 常规 4 开井身结构 , 139. 7 产套管 , 射孔完井[ 9]。2003 年 ~ 至今 , 主要采用水平井配合清水压裂技术 。井深 1 200 ~2 500 m, 水平段长 6 00 ~1 500m, 最长水平段已超过 3 000 m, 造斜度 ( 10° ~15°) /30 m, 三层套管结构 , 生产套管 139. 7 采用泡沫 、酸溶性水泥浆固井 , 优化射孔或组合式桥塞完井[ 10 -11]。二 、国内页岩气钻井技术1. 基本情况我国页岩气资源主要分布在四川盆地 、鄂尔多斯盆地 、渤海湾盆地 、松辽盆地 、塔里木盆地以及准·1·第 37 卷 第 2 期37 2钻 采 工 艺 初步勘查资源潜力 ( 86 ~ 166) × 1012仅四川盆地下的志留系烃源岩就有 60 ×108 页岩气开发前景广阔[ 12]。但当前我国页岩气勘探开发尚处于初级阶段 , 钻完井工艺及相关配套技术还处在探索时期 , 有必要针对我国典型区块页岩气地质条件的复杂性和特殊性开展页岩气钻井技术研究 。我国页岩气藏在地质条件上与美国有类似之处 , 但在储层特点上差异较大 , 国内页岩气开发面临更大的钻井难度和挑战 。国内页岩气富集区块多属于山前构造 , 埋藏深 ( 1 500 ~ 3 500 m) , 地层出露老 , 可钻性差 , 同一井段上部地层出水 、下部地层井漏以及含有硫化氢等 , 钻井方式 、工艺受限 , 很难照搬美国钻探技术及批量钻井的开发模式[ 13]。2. 开发情况国内页岩气勘探开发已积累了直井 、水平井现场钻探经验 , 掌握了直井压裂技术 , 前期探井已获得工业气流 , 证实中国具有页岩气开发前景 。勘探开发工作主要集中在四川盆地及周缘 、鄂尔多斯 、西北等地区主要盆地[ 14]。中石油在川南 、滇北地区优选了威远 、长宁 、昭通和富顺 - 永川 4 个有利区块 , 页岩气开发井已完钻数十口井 , 见表 1 所示 。表 1 中石油页岩气区块开发典型特征典型开发区块区块地质特征钻井主要难点威远 -长宁山前构造丘陵地貌沟壑纵横水源缺乏地表疏松①井漏普遍 , 泥页岩水敏性强 , 掉块垮塌严重 , 多次填井侧钻②黄铁矿 、燧石 , 致密砂岩 ( 石英含量重 ) , 钻头选型难 , 钻速低昭通背斜构造裂缝发育岩层复杂①恶性漏失 , 井壁掉块垮塌 , 漏 、喷 、卡严重 , 固井困难②玄武岩 、细泥岩 、致密砂岩交错玄武岩地层坚硬地层可钻性差 , 机械钻速低富顺 -金秋山前构造丘陵地貌裂缝发育地层坚硬①地质设计与实钻差异大 , 多套压力体系并存 , 复杂情况多②浅层气发育 , 出现硫化氢气体 , 固井质量难以保证 , 易气窜③细泥岩 、致密砂岩石英含量高地层可钻性差 , 机械钻速低以国内川渝地区页岩气开发完钻井统计为例 ,钻井工艺参数为 : 目的层为筇竹寺和龙马溪层位 , 直井均采用 “三开三完 ”的井身结构 , 最小井深 1 920m, 最大井深 3 577 m; 最小机械钻速 2. 23 m/h, 最大机械钻速 5.46 m/h, 直井平均机械钻速 3. 81 m/h, 最短钻井周期 56. 39 d, 最长钻井周期 121. 17 d;水平井最小井深 1 777 m, 最大井深 3 920 m, 水平段最长 1 079 m, 最小平均机械钻速 4. 2 m/h, 最大平均机械钻速 10.88 m/h, 最短钻井周期 34 d。三 、存在难点及对策1. 存在问题国内页岩气钻井工艺及相关配套技术还属于初期探索阶段 , 尚不具备页岩气藏的地质评价技术方法 , 且国内开发区块地质构造复杂 , 钻井过程中地质设计与实钻地层差异较大 , 上部地层及页岩储层漏 、喷 、垮等井下复杂情况多发 , 直井段防斜打快 , 水平段轨迹控制 、井眼清洁问题突出 , 地层可钻性差 ( 白云岩 、石英砂岩 ) , 机械钻速低 , 提速困难 。缺少针对性的钻井液及固井水泥浆体系 , 储层保护困难 , 采收率低开发成本高 。2. 对策分析( 1) 对页岩气藏认识不足 , 实钻地层与地质设计差异较大 , 地层不确定因素较多 , 压力和流体性质预测困难 。开展典型区块地层特征分析 , 建立重点层位钻井风险识别与处理预案 , 针对地层及邻井资料对井身结构 、钻具组合 、钻井参数进行优选设计 , 形成该区块页岩气钻井工艺优化设计模板 。( 2) 页岩气藏无自然产能需增产压裂 , 对井眼轨迹和井眼质量要求高 , 摩阻和扭矩及井眼清洁问题突出 , 并且泥页岩易水化膨胀 , 井壁不稳定 , 易塌易漏 , 发生复杂情况几率较大 。开展水平段减阻防磨工艺及工具研制 , 以及长水平段井眼清洁监测控制技术研究 , 降低钻井事故复杂时效 , 减少钻井成本 。开展页岩气钻井井壁稳定控制技术研究 , 研究页岩岩石应力 、垮塌机理以及安全钻井液密度窗口 ,优选适合页岩储层的钻井液体系 , 优化施工工艺以及进行水平段长度优化 。( 3) 页岩气采收率较低 , 储层保护难度大 , 需要使用适合的钻井液体系 ; 页岩气储层岩性致密 , 无论是直井还是水平井 , 机械钻速较低 ( ﹤ 2. 5 m/h)钻井周期长 , 建井成本较高 ( 约 0.4 万美元 /m) 。开展页岩气油基钻井液及相关配套处理剂的开发 、引进工作 , 探索高效水基钻井液体系的适应性 ,降低成本针对不同构造建立钻井液配套体系 , 满足安全钻井及储层保护要求 。多方面展开快速钻井技术研究研制适合的·2·钻 采 工 艺 3 月2014头 , 解决部分地层机械钻速低 , 增斜能力不强的问题 ; 着力井眼清洁控制技术研究 , 解决长水平段和疏松地层 “托压 ”问题 。( 4) 固井难度大 , 易发生气窜 , 后期增产压裂对水泥环强度要求高 , 完井方式选择及工艺技术要适合页岩气储层特性 , 降低成本 , 为后期压裂创造有利条件 。开展页岩气储层固井工艺研究 、页岩气水泥浆配方的研制以及适应性分析和提高页岩气固井质量技术研究 。开展页岩气完井优化设计 ( 完井方式优选 、套管优选 、射孔优化 、附件工具研制等 ) 、页岩气分级完井技术研究以及相关完井工具的研制 。四 、现场关键技术及应用1. 防漏堵漏技术地层漏失是国内页岩气钻井普遍出现的难点问题 , 大部分开发区块属山前构造 , 表层裂缝发育丰富 , 井漏严重 。部分区块缺少水源 , 连续钻进难以实施 。例如在威远 、长宁构造嘉陵江 ~ 栖霞层段裂缝发育 , 常发生漏 、喷 、垮等同时出现的复杂问题 , 针对上述问题现场主要应用的防漏技术有 :( 1) 表层及上部漏失地层采用无固相 + 充气钻井技术 。( 2) 针对恶性漏失 , 喷 、垮并存的复杂情况 , 采用优质防塌钻井液盖帽 、井底无固相钻井液强钻的泥浆盖帽强钻技术 。( 3) 山上高部位浅层以及油气层以上的深层漏失 , 采用清水强钻 。( 4) 小漏失采用随钻堵漏 , 中漏失采用复合堵漏 。2. 井壁稳定控制技术页岩气储层的特点决定其井壁易坍塌的特性 ,在地质条件和工艺技术的双重影响下 , 井壁坍塌的因素错综复杂 , 结合现场实践归类出 5 点 : ①对页岩地层 、岩石应力 、垮塌机理缺乏认识 , 钻井液密度选择缺少地质依据 ; ②缺乏适应页岩气不同构造和岩性的钻井液体系以及相关处理剂 ; ③大斜度段和长水平段井眼清洁问题突出 , 循环压耗大 , 加大井壁失稳风险 ; ④水平段超过 800 m 时 , 由于浸泡的时间长 , 多数水平段会发生坍塌 , 同时因为所钻页岩气井均沿高伽马页岩储层钻进 , 伽马均在 200 ~300 层理发育 , 易破碎 , 稳定性较差 ;⑤钻井工艺操作对地层的影响 、排量变化 、频繁的短起下 、滑动定向以及地层压力体系不均衡等不利于井眼稳定 。目前国内应用的井壁稳定控制技术有 : 合理设计井身结构 , 技术套管下深和套管层次设计留有余地 , 特殊情况下可提前下该层套管分割高低压层 ;针对页岩具有易膨胀 、易破碎的特点 , 使用油基钻井液体系 , 试验合成基 、柴油基 、白油基钻井液 , 选择合理的钻井液密度 , 达到岩石应力平衡 ; 加快钻井速度 , 缩短钻井周期 , 减少钻井液对易塌地层的浸泡时间等 。3. 直井防斜及轨迹控制技术国内目前开发的页岩气区块多属于山前构造 ,地层倾角较大 , 直井段井斜控制难度大 , 井斜控制不好会给后续施工带来许多困难 。在川渝地区所钻的威 201 - 采用弯螺杆 + 向钻井技术 ,有效控制井斜 , 直井段最大井斜由威 201 井的 5. 6°减少到威 201 - 的 3.1°, 并且较大提高钻井速度 。宁 201 - H 井采用空气锤 + 钟摆钻具组合 , 机械钻速 9. 15 m/h, 同比宁 201 井提高 38%, 直井段最大井斜由宁 201 井的 9. 5°减少到宁 201 - 的 3.2°。轨迹控制是钻井成功与提高最终采收率的最终保证 。针对页岩气钻井过程中储层变化的不确定性以及摩阻扭矩大 、风险性高的特点 , 在轨迹控制方面国外用得最好的是旋转地质导向 , 国内主要是采用“稳斜探顶 、复合入窗 ”的轨迹控制方式 , 复合钻进探储层 , 优化钻具组合 。在力学分析的基础上 , 采用加重钻杆代替钻铤 、合理倒装钻具 、复合钻具组合等措施 , 降低了井下摩阻 , 提高了钻井效率 。发挥地质录井作用 , 建立工程与地质相结合的导向模式 , 采用 伽马随钻仪器 , 准确跟踪储层 , 储层钻遇率达到 100%。4. 个性 头提速技术钻井提速是降低页岩气开发成本的关键 。国内页岩气钻井作业中常出现燧石和黄铁矿等研磨性极强的地层 , 部分砂岩段致密 , 可钻性极差 , 严重影响机械钻速 。在国内施工的页岩气井部分井段平均机械钻速都低于 2 m/s, 向时托压严重 , 滑动定向仅有 1 m/h 左右 , 钻井困难成本控制负担严重 。为了解决上述问题国内现场主要是采用优选个性化头技术 : ①水平井上部硬地层 ( 玄武岩 ) , 优选四川深远的 头配合使用液压加压器 ; ②强井漏清水钻进时简化钻具组合 , 优选江汉金属密封钻头 ; ③泥质粉砂岩 、粉砂质泥岩段地层优选四川深远的 头 ; ④硬质细砂岩 /石英砂岩段优选江汉的 头 ; ⑤白云岩地层优选江汉钻头厂生产的 头 , 配合使用液力加压器或者机械液压双作用减震·3·第 37 卷 第 2 期37 2钻 采 工 艺 减小跳钻 , 提高钻头使用效率 。针对页岩气藏坚硬地层开展个性化 头的设计 , 应用 6 刀翼高齿 头 , 机械钻速同比邻井提高 217%; 针对出水少 , 砂岩漏失地层采用液压加压器水力喷射钻井 , 致密砂岩段采用气体钻井同比机械钻速提高 455%。5. 页岩气固井技术国内页岩气固井还处于起步阶段 , 页岩储层具有低孔低渗的特点 , 90% 以上的页岩气需采取压裂等增产措施 , 对固井质量要求较高[ 15]。国内现场主要采取的固井配套技术有 :( 1) 采用表面活性冲洗液 , 彻底改变井壁和套管壁润湿性 , 使其从亲油变亲水 , 提高第一 、第二胶结面胶结强度 。( 2) 采用流变性 , 顶替液的动切力 、塑性黏度 、动塑比都高于被顶替液的相应参数的方法 , 形成流变性级差 , 实现有效驱替 。( 3) 缩小顶替液与被顶替液间的密度差 , 改善顶替效果 。( 4) 采用韧性水泥浆体系 。提高防窜性能 , 改变水泥石材料的动态力学性能 , 提高水泥石抗冲击破坏的能力 , 改善交变应力较强的页岩气井的固井质量 。( 5) 优选 、优化套管扶正器的类型和安放位置 ,确保套管居中度达到 70%以上 ; 制定了页岩气水平井套管下入技术措施 , 在优化通井程序 、采用漂浮接箍和套管抬头技术等方面确保水平段套管顺利下入 , 从而提高水平井固井质量 。五 、结论国内页岩气勘探开发正处于起步阶段 , 对典型开发区块的地层特征和储层特性认识并不系统 , 有待于进一步勘探和完善 。应结合地质勘探和钻完井 、储层改造三方面技术 , 建立典型区块页岩气钻完井技术设计应用模板 , 加快页岩气开发产业化步伐 。页岩气开发是一项复杂的系统工程 , 由于页岩气藏特性 、储层特点以及开发区块的自然环境的影响 , 页岩气钻井风险性更高 , 技术性更强 , 需要不断积累现场经验 , 加快页岩气钻完井技术水平提升 , 加强与国外先进技术交流合作 , 尽快形成适合我国的页岩气勘探开发配套技术 。页岩气资源开发难度大 、前期回报率低 , 突破开发瓶颈尚需要大量的勘探工作量和资金投入 , 国内需要建立页岩气勘探开发的长效机制 , 对页岩气资源的勘探开发扶持 , 推进页岩气产业化快速发展 。参考文献[ 1] 张金川 , 徐波 , 聂海宽 , 等 . 中国页岩气资源勘探潜力[ J] . 天然气工业 , 2008, 28 ( 6) : 136 -140.[ 2] 江怀友 , 宋新民 , 安晓璇 , 等 . 世界页岩气资源与勘探开发技术综述 [ J] . 天然气技术 , 2008, 2( 6) : 26 -30.[ 3] 刘德华 , 肖佳林 . 页岩气开发技术现状及研究方向 [ J] .石油天然气学报 , 2011, 33( 1) : 119 -123.[ 4] , , J. in a ak R] .011.[ 5] W. in J] . 2007. 91( 4) : 603 -622.[ 6] K, . in of an J] . v. 92, ( , 7 -125.[ 7] B, . J] .007.91( 4) : 535 -549.[ 8] J] . 9] 李新景 , 吕宗刚 , 董大忠 , 等 . 北美页岩气资源形成的地质条件 [ J] . 天然气工业 , 2009, 29 ( 5) : 27 -32.[ 10] 蒲伯伶 , 包书景 , 王毅 , 等 . 页岩气成藏条件分析 - 以美国页岩气盆地为例 [ J] . 石油地质与工程 , 2008, 23( 3) : 33 -36.[ 11] J, , J, . of J] . 007.91( 4) : 501 -521.[ 12] , , . J] . 13] 黄玉珍 , 黄金亮 , 葛春梅 , 等 . 技术进步是推动美国页岩气快速发展的关键 [ J] .天然气工业 , 2009, 29( 5) : 7 -10.[ 14] 蒋恕 . 页岩气开发地质理论创新与完井技术进步 [ J] .石油钻探技术 , 2011, 39( 5) : 17 -22.[ 15] 康新荣 . 岩水平井造缝及优化完井作业研究[ J] . 国外油田工程 , 2009, 25( 1) : 17 -19.27.[ 16] 王金磊 , 黑国兴 , 赵洪学 . 昭通 1 页岩气水平井钻井完井技术 [ J] . 石油钻探技术 , 2012, 40( 4) : 13 -27.[ 17] 王金磊 . 页岩气钻完井工程技术现状 [ J] . 钻采工艺 ,2012, 35( 5) : 7 -10.( 编辑 : 黄晓川 )·4·钻 采 工 艺 3 月2014
展开阅读全文
  石油文库所有资源均是用户自行上传分享,仅供网友学习交流,未经上传用户书面授权,请勿作他用。
0条评论

还可以输入200字符

暂无评论,赶快抢占沙发吧。

关于本文
本文标题:四川盆地页岩气开发钻井技术难点与对策分析_余雷
链接地址:http://www.oilwenku.com/p-51262.html
关于我们 - 网站声明 - 网站地图 - 资源地图 - 友情链接 - 网站客服客服 - 联系我们
copyright@ 2016-2020 石油文库网站版权所有
经营许可证编号:川B2-20120048,ICP备案号:蜀ICP备11026253号-10号
收起
展开