从技术突破到高效开发——涪陵页岩气田勘探开发系列报道之三

  2013年6月,涪陵焦石坝焦页1-3HF井大型压裂施工现场。

  与北美页岩气田相比,中国南方海相页岩气层具有自身的地质特点,从国外直接引进的技术在实际应用中常常“水土不服”。中国石化的科技人员通过消化吸收、自主研发,形成了3500米以浅的页岩气勘探开发配套技术系列,最长水平段达2130米、最多压裂段数26段。在技术进步的有力支撑下,截至目前,涪陵工区投产的21口井,口口高产。

  埃克森—美孚的页岩气勘探评价专家评价:“中国石化川东南海相页岩气勘探开发技术是一流的,无论是页岩气综合评价技术,还是水平井钻井技术,以及分段压裂试气工艺技术,都已经走在了世界前列。”

  百步穿杨,“牵出”地下气龙

  怎么安全顺利擒获“潜伏”于地下3000多米深处的页岩气龙?钻机从地面打到页岩气层,再在页岩气层水平穿行1000多米,要经历许多难以预见的挑战。

  焦石坝地区近地表地质条件复杂,溶洞多、暗河多、裂缝多,浅层气多、地层出水,易发生井漏、井喷。针对地质复杂性和难以预见性,中国石化钻井施工队伍采用高密度电法对平台近地表勘查,避开溶洞和暗河,确定井架基础位置,避免井漏、污染等影响。同时,成功研制弹塑性固井水泥浆体系,优化套管固井技术措施,强化录井、测井资料分析预测,有效规避了钻井安全风险。截至目前,在钻井施工中,没有一口井出现“糖葫芦”。

  钻头要在几千米深的地层中找准靶点,犹如鼹鼠在地下找粮洞。“水平井钻井最难也是最关键的,就是要确保斜井段下靶点、水平段最终点均落在优质页岩气层上。”勘探南方分公司川东南工作部主任孙坤忠说,“井眼越接近优质页岩气层的中心,对将来页岩气的开采量和开采年限就越有利。”

  焦石坝地区勘探程度低。钻探焦页1HF井时,没有可靠的地震剖面和二维测线,井眼轨迹控制完全靠“摸着石头过河”。2012年7月15日,焦页1HF井进入井斜段下靶点,将钻出的岩屑与取芯导眼井的相关资料进行对比分析,发现地层提前。如果按原井眼轨迹控制方案钻至水平段,很可能钻穿优质页岩层。技术人员经过分析、计算和研究,决定将靶点垂深上提15米,最终实现了精确控制和准确中靶,气层钻遇率100%,为后期测试获得高产奠定了良好基础。

  在开始产能评价后,为实现焦石坝页岩气效益开发,江汉油田确立长水平段“一趟钻”的提速提效目标。江汉石油工程公司、中原石油工程公司等施工单位展开劳动竞赛,结合地质实际,不断优化钻井工程工艺,优选钻头钻具,形成了空气钻、泡沫钻、清水钻、PDC+螺杆复合钻等优快钻井技术系列,实现了1500米水平段一趟钻钻完井施工目标,钻井速度明显加快。焦页1-2HF井创工区最短钻井周期61天纪录,比最初的钻井周期缩短一半。中原石油工程公司西南钻井分公司70117钻井队在焦页1-3HF井施工中,刷新了涪陵工区机械钻速最快、施工周期最短等6项钻井指标。

  临门一脚,“踢开”气库大门

  长水平段多级压裂技术是非常规页岩气开发的关键技术。从地质研究到钻完井、试气集输的整个施工过程,压裂是“临门一脚”,裂缝间距、裂缝布局、压裂规模等参数如何优化,就好比一把钥匙,必须与海相页岩“龙马溪组”这把门锁相匹配。由于龙马溪组页岩的致密性和物质分布不均匀,一般压裂效果往往不理想,单纯形成的缝网看似打开了通道,但犹如一条普通公路,一旦遇到大的车流量,终究会堵塞。因此,只有通过压裂,建成页岩气流“高速路”才能获得高产。

  为了实现涪陵页岩气开发试验区的任务目标,股份公司组织工程技术专家,确立了示范建设目标和标准。在涪陵页岩气田开发实践中,江汉油田与江汉石油工程公司、石油工程机械公司、中原石油工程公司、石油工程技术研究院及相关院校紧密合作、协同攻关,形成了水平井簇射孔、可钻式桥塞分段、电缆泵送桥塞、连续油管钻塞等配套工艺技术,研制并成功应用了抗180摄氏度高温低摩阻强携砂油基钻井液,实现了同一平台两井交叉钻完井作业,具备了“一台六井式”井工厂标准化设计能力,编制了13项页岩气工程技术标准,为页岩气经济有效开发提供了有力技术保障。

  江汉油田在涪陵区块页岩油气勘探开发关键技术、页岩油气层改造技术等项目中,根据龙马溪组有机质类型好、孔隙发育、含气性好、可压性强的特点,改变了以往压裂的思路和做法,以树状裂缝为出发点,不断探索适合焦石坝地质特点的压裂工艺,压裂排量逐次增大,液量根据井眼规模该大就大,砂比根据地质需要合理增减,形成了“主缝加缝网”的压裂工艺理念和三段式压裂液体系、三组合支撑剂体系,有力提升了压裂质量,踢开了“气库”大门,施工纪录也不断刷新。其中,焦页12-4HF井成功完成了2130米水平段、26段超大型压裂,创造了国内页岩气水平井井段最长、分段数最多、单井液量最大、单井加砂量最大等新施工纪录。

  实践打磨,提升施工能力和装备水平

  焦石坝会战是大战场,国内外优秀施工队伍云集。针对工区施工技术复杂特点,工区项目部组织各专业服务公司和施工单位,围绕钻井、压裂施工各关键环节和技术难点,认真开展交流与研讨,开展擂台赛,有力提升了各队伍施工能力。

  泵送桥塞射孔和连续油管钻塞施工是水平井分段压裂施工关键工艺。江汉石油工程井下测试公司针对施工中碰到的难题和关键技术,不等不靠,既虚心当学生,邀请专家授课、到兄弟单位造访,学习借鉴国内外先进经验,又抽调精兵强将常驻现场,在施工实践中不断探索、不断积累、不断优化,施工技术能力显著提升。

  涪陵页岩气田开发建设有力促进了国产压裂装备和完井工具的研发制造。在压裂装备上,石油工程机械公司针对大于3500米井深的压裂工艺和工具装备等瓶颈,成功研制出具有自主知识产权的3000型压裂车,已在焦石坝地区批量投入使用。设备各项指标达到设计要求,满足了“连续施工、大负载、长时间”的页岩气压裂需求,技术水平、安全可靠性和自动化水平大幅提升,为深层页岩气开发提供了压裂装备保障。其中,高压系统检测设备、气密封检测设备的研发生产,有效保障了施工生产安全。在完井工具上,为减少对外依赖,江汉油田全力推进泵送易钻电缆桥塞自主研发,目前已取得成功,并在现场试验中实现了桥塞簇射孔联作工艺,与国外水平相当,具备了工业化应用条件。该项技术彻底打破了国外专业化公司在非常规油气开发领域的技术垄断,有效降低页岩气等非常规油气开发的成本,也为开拓非常规油气市场打造了尖端武器。

信息来源:中国石化报
2014-03-28