我國頁巖氣水平井進(jìn)入超長時代
來源：中國石化報(bào) 時間：2024-04-15 14:05
鉆井工人正在進(jìn)行下鉆作業(yè)。 李占軍攝
超長水平井是指水平段長度大于3000米的水平井，因其攜帶巖屑困難、鉆具受力復(fù)雜、井壁垮塌風(fēng)險(xiǎn)高等諸多技術(shù)難題，在山地頁巖氣鉆探中較難實(shí)現(xiàn)，一直是國內(nèi)頁巖氣高效開發(fā)的難點(diǎn)。
江漢油田聚焦超長水平井技術(shù)難題，開展降摩減阻、軌跡精準(zhǔn)控制、防碰繞障等技術(shù)攻關(guān)，在優(yōu)快鉆井、精準(zhǔn)壓裂等方面不斷積累經(jīng)驗(yàn)，有效提升了單井產(chǎn)量和開發(fā)效益，實(shí)現(xiàn)了頁巖氣田少井高產(chǎn)的目標(biāo)。截至目前，江漢油田已成功完鉆5口頁巖氣超長水平井，其中焦頁18-S12HF井以4286米刷新國內(nèi)頁巖氣井最長水平段紀(jì)錄。
優(yōu)，更優(yōu)
——從“打不成”到“打得快、打得準(zhǔn)”
從焦頁1HF井的1007.9米到焦頁18-S12HF井的4286米，江漢油田油氣產(chǎn)能建設(shè)管理中心技術(shù)管理室副主任葉鑫見證了頁巖氣井水平段長度不斷突破“上限”，同時也感受到地質(zhì)導(dǎo)向越來越難。
地質(zhì)導(dǎo)向被稱為鉆頭的“眼睛”，能幫助鉆頭在千米深的地下找準(zhǔn)層位?！八蕉翁L，常規(guī)導(dǎo)向技術(shù)無法滿足需求，要想控制軌跡并精準(zhǔn)中靶，非常難?！比~鑫說。
為打破桎梏，讓鉆頭高速穿行在“薄餅”一樣的優(yōu)質(zhì)儲層中，油氣產(chǎn)能建設(shè)管理中心聯(lián)合科研院所和專業(yè)公司，成立地質(zhì)導(dǎo)向攻關(guān)小組，首創(chuàng)“三圖一表”地質(zhì)導(dǎo)向跟蹤方法，創(chuàng)建可視化地質(zhì)導(dǎo)向平臺，實(shí)現(xiàn)了導(dǎo)向技術(shù)的迭代升級。他們利用氣藏管理平臺地質(zhì)導(dǎo)向模塊，分區(qū)建立地質(zhì)模型，滾動預(yù)測地層變化，實(shí)時調(diào)整軌跡參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了精準(zhǔn)控層、高效鉆井。
“水平段一長，工具延伸摩阻增大，攜帶巖屑困難，井筒容易卡鉆，鉆具受力復(fù)雜，井壁穩(wěn)定性差、垮塌風(fēng)險(xiǎn)大，因此，對鉆井設(shè)備和鉆具的性能要求更高、優(yōu)選難度更大?！庇蜌猱a(chǎn)能建設(shè)管理中心副經(jīng)理張玉強(qiáng)笑稱，最初打一口超長水平井的難度不亞于“西天取經(jīng)”。
責(zé)任在肩，縱然有重重難關(guān)，也要一一闖關(guān)。
為減少摩阻，技術(shù)人員實(shí)時分析巖屑返出量和形態(tài)，判斷井眼清潔狀況，通過優(yōu)化前置液，細(xì)化通井、劃眼和井眼清洗方案，持續(xù)加強(qiáng)循環(huán)排砂，保證超長水平段井筒清潔暢通。
在鉆進(jìn)過程中，他們通過對地層巖性和可鉆性，以及防碰繞障與防壓裂干擾等技術(shù)的深入研究，有針對性地實(shí)時控制鉆井參數(shù)，順利實(shí)現(xiàn)了超長水平段“一趟鉆”。
為了讓套管平滑向前推進(jìn)4000多米，技術(shù)人員經(jīng)過研究討論，采取加裝扶正器、優(yōu)化管串結(jié)構(gòu)等措施，確保了下套管成功。
目前，油氣產(chǎn)能建設(shè)管理中心已創(chuàng)新形成超長水平井關(guān)鍵裝備與工具配套、超長水平井降摩減阻、超長水平井鉆井參數(shù)動態(tài)優(yōu)化等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了從“打不成”到“打得快、打得準(zhǔn)”的重大跨越。
沒有最優(yōu)，只有更優(yōu)。在此基礎(chǔ)上，技術(shù)人員持續(xù)創(chuàng)新、大膽嘗試，在焦頁26-Z2HF井展開超長水平井“瘦身”試驗(yàn)。
所謂“瘦身井”，就是從設(shè)計(jì)源頭優(yōu)化，縮小各開次井眼及套管尺寸，有助于提高鉆井速度、節(jié)約施工成本。但隨著井筒縮小，配套的鉆頭、螺桿鉆具等井下工具也要相應(yīng)變化；環(huán)空間隙變小，下套管的摩阻也會增大……“瘦身井”技術(shù)首次在超長水平井中應(yīng)用，施工難上加難。
油氣產(chǎn)能建設(shè)管理中心組建一體化技術(shù)攻關(guān)團(tuán)隊(duì)，深化地層儲層物性、巖石力學(xué)等研究，持續(xù)優(yōu)化施工方案，優(yōu)選鉆具組合，采用高鉆壓、大排量、高轉(zhuǎn)速等激進(jìn)鉆井參數(shù)，全力提高鉆井速度和質(zhì)量。
“1月底，焦頁26-Z2HF井已順利完井。全井平均機(jī)械鉆速達(dá)15.14米/小時，水平段機(jī)械鉆速達(dá)18.7米/小時，優(yōu)質(zhì)儲層穿行率達(dá)100%，實(shí)現(xiàn)了地質(zhì)和工程雙優(yōu)目標(biāo)，為涪陵頁巖氣田‘瘦身井’超長水平段施工積累了寶貴的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)。”油氣產(chǎn)能建設(shè)管理中心鉆井管理室副主任林安國說。
準(zhǔn)，更準(zhǔn)
——精準(zhǔn)壓開4000多米長“薄餅”
“最難的是精準(zhǔn)?！闭勂鸪L水平井的壓裂難點(diǎn)，油氣產(chǎn)能建設(shè)管理中心完井管理室副主任吳魏感嘆，“鄰井干擾大，到處是人工縫網(wǎng)，生怕壓竄了、能量跑了。”
在部署超長水平井時，江漢油田更多是選取地質(zhì)條件相對較好的焦石壩老區(qū)。然而，老區(qū)井網(wǎng)密集，甚至有的井與井之間距離僅30米，用技術(shù)人員的話來說，就是“360度都有老井”。以焦頁18-S12HF井為例，該井所在的焦頁18號東平臺采用“兩層樓”立體開發(fā)模式，不大的平臺上部署了14口井，新井壓裂時容易和老井縫網(wǎng)溝通，一旦壓竄了，后果不可逆。
此外，隨著水平段延伸，施工排量提升受限，壓裂液的流速越來越慢，支撐劑沉降速度會更快，一方面極易發(fā)生堵塞，另一方面能量不足會影響改造效果。再加上水平段太長，下到井底的工具取出困難，一旦出現(xiàn)故障，無法處理。這一切都要求壓裂施工一旦開始，就不能失誤。
如何分段、精準(zhǔn)壓裂，既達(dá)到預(yù)期儲層改造效果，又降低對鄰井的負(fù)面影響？這幾年，吳魏沒少費(fèi)思量。
他介紹，焦頁18-S12HF井4286米水平段光是壓裂分段就花了兩個月時間，“以前最多壓30段，這口井大家經(jīng)過討論，最后定下來57段”。在57段中，哪些段多用砂用液以擴(kuò)大改造規(guī)模、哪些段要控制改造規(guī)模或者放棄改造，精準(zhǔn)壓裂的“度”并不好把握。
為此，油氣產(chǎn)能建設(shè)管理中心深入開展建模數(shù)模一體化研究，通過建立數(shù)值模型，精細(xì)描述層理縫發(fā)育、應(yīng)力變化情況，定量預(yù)測剩余儲量，更清楚地了解鄰井人工縫網(wǎng)走向、儲層改造效果、每個小層的開采及剩余氣分布情況。
氣藏變“透明”后，技術(shù)人員在立體縫網(wǎng)中有的放矢，明確每一段的壓裂規(guī)模、設(shè)計(jì)參數(shù)，以最大程度釋放產(chǎn)能，同時開展簇?cái)?shù)、排量、規(guī)模等工藝參數(shù)縫網(wǎng)模擬分析，建立精準(zhǔn)壓裂模型，優(yōu)選縫網(wǎng)形態(tài)與剩余氣匹配并滿足效益開發(fā)的工程方案，在壓裂過程中通過現(xiàn)場分析與動態(tài)調(diào)控，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)壓裂。目前，施工反演縫網(wǎng)與剩余氣匹配度超過85%。
“為保證壓裂改造效果，我們把暫堵工藝用到了極致。”吳魏說。考慮到超長水平井與鄰井空間位置復(fù)雜，他們運(yùn)用雙暫堵精準(zhǔn)壓裂工藝，提前研判、及時下放暫堵劑或暫堵球，避免新井縫網(wǎng)與鄰井人工縫網(wǎng)溝通形成優(yōu)勢縫網(wǎng)。焦頁18-S12HF井第42~54段周邊與老井距離較近、壓竄風(fēng)險(xiǎn)較大，在壓裂過程中，技術(shù)人員采取提前暫堵等方式，保證了施工正常進(jìn)行。
借助氣藏智能管理平臺，技術(shù)人員針對不同區(qū)塊，根據(jù)埋深設(shè)置壓力梯度變化預(yù)警參數(shù)，實(shí)時監(jiān)控周邊鄰井壓力變化?！氨热缭O(shè)置的壓力梯度參數(shù)是2，超過2說明鄰井壓力變化幅度大，有可能是新、老井裂縫發(fā)生竄通，產(chǎn)生了負(fù)面干擾，導(dǎo)致老井復(fù)產(chǎn)受到影響、產(chǎn)量降低。這時候就要調(diào)整規(guī)模和參數(shù)?！眳俏航榻B。
當(dāng)焦頁18-S12HF井壓裂至第49段、52段、53段時，相鄰的焦頁19-2HF井和18-9HF井均出現(xiàn)井口壓力增加超過3兆帕的情況。接收到系統(tǒng)發(fā)送的報(bào)警短信，技術(shù)人員當(dāng)即決定采取“中途停泵+二次暫堵+降排量施工”的方式，既保證了施工正常進(jìn)行，又減少了對鄰井的負(fù)面影響。目前，焦頁18-S12HF井壓裂改造后井口壓力高達(dá)20兆帕，地層能量充足，對老井壓裂沖擊也以正面影響為主。
以特色技術(shù)助力超長鉆探
經(jīng)緯公司定向井工程總監(jiān) 文 濤
隨著頁巖氣高效開發(fā)不斷推進(jìn)，長水平段水平井已逐漸成為頁巖氣開發(fā)領(lǐng)域的主要發(fā)展方向，其中水平段長大于3000米的超長水平段水平井在提高單井產(chǎn)量和提升經(jīng)濟(jì)效益方面具有巨大優(yōu)勢。面對涪陵頁巖氣田特有的地質(zhì)條件，經(jīng)緯公司開展專項(xiàng)攻關(guān)，形成了多項(xiàng)特色技術(shù)，有效提高了超長水平井的鉆遇率和井眼質(zhì)量，降低了鉆井成本。
技術(shù)人員通過對頁巖儲層巖性特征分析、地層精細(xì)劃分及四性關(guān)系研究，總結(jié)出涪陵地區(qū)頁巖儲層“甜點(diǎn)”特征，形成了頁巖氣長水平段常規(guī)定向鉆具“甜點(diǎn)”穿行技術(shù)。在現(xiàn)場鉆井過程中，經(jīng)緯公司采用頁巖儲層“甜點(diǎn)”判別方法，通過伽馬、氣測、鉆時等曲線特征，及時調(diào)整井眼軌跡，控制鉆頭在設(shè)計(jì)層中穿行，大幅提高了頁巖儲層“甜點(diǎn)”段的鉆遇率。
隨著水平段長度增加，長裸眼水平段延伸極限預(yù)測難度大、井筒凈化困難、摩阻扭矩大、鉆壓無法有效傳遞等難題也隨之而來。經(jīng)緯公司通過研究低摩阻變曲率剖面設(shè)計(jì)方法、優(yōu)化長水平段鉆具組合、高效利用降摩減阻工具等措施，形成了頁巖氣長水平段“一趟鉆”鉆井技術(shù)。目前，涪陵頁巖氣田2500米水平段均已實(shí)現(xiàn)常規(guī)定向工具穿行，水平段“一趟鉆”完成占比達(dá)到30%以上。
由經(jīng)緯公司自主研發(fā)的經(jīng)緯剛毅牽引器經(jīng)過3次迭代升級，已成為集研、產(chǎn)、服、用于一體的全產(chǎn)業(yè)鏈自主品牌。這項(xiàng)技術(shù)成功解決了深層頁巖氣超長水平段套管井測井施工困難等難題，形成了一套長水平段、上翹水平井等疑難水平井施工的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，填補(bǔ)了國內(nèi)多項(xiàng)空白，目前已在涪陵氣田完成水平段長超過2500米水平井輸送近200井次。
為了進(jìn)一步提升作業(yè)效率和安全性，經(jīng)緯公司對施工工藝進(jìn)行了系統(tǒng)優(yōu)化，通過引進(jìn)先進(jìn)測量設(shè)備和實(shí)施嚴(yán)格作業(yè)流程控制，確保施工過程高效規(guī)范。此外，針對超長水平井的特殊要求，技術(shù)人員還制定了一套完善的井下復(fù)雜情況處理方案，包括智能化施工管理、精細(xì)化作業(yè)技術(shù)等，既保障了施工的連續(xù)性和穩(wěn)定性，又提高了作業(yè)時效和安全性。
焦頁18-S12HF井是在涪陵工區(qū)部署的一口重點(diǎn)水平井，所處區(qū)塊地層構(gòu)造復(fù)雜，周邊鄰井眾多，面臨較大的井控風(fēng)險(xiǎn)和防碰風(fēng)險(xiǎn)，必須保證精準(zhǔn)鉆進(jìn)。按照集團(tuán)公司“3000米提效、4000米配套、5000米攻關(guān)”的超長水平井“三步走”戰(zhàn)略，經(jīng)緯公司與江漢油田、江漢石油工程、工程院等企業(yè)緊密協(xié)作，順利完成了該井4286米超長水平段施工，形成了超長水平段“一趟鉆”鉆井關(guān)鍵技術(shù)4項(xiàng)、一體化管理經(jīng)驗(yàn)4項(xiàng)，為今后超長水平段水平井安全高效鉆井提供了更多的有益借鑒。（夏 梅 駱洪鋒）
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