吉木萨尔页岩油水平井体积压裂技术实践与认识

针对吉木萨尔页岩油储层,围绕提升缝控储量目标,从缝网设计、缝网构建、有效支撑和提升基质内原油动用能力四个方面开展了理论研究与技术实践,完成了三代技术革新,攻克了薄互层裂缝有效扩展等基础理论和段内多簇工艺、低成本材料等关键技术,集成了以缝藏匹配、精准改造、多尺度支撑、CO_(2)前置为核心的水平井体积压裂技术体系,压裂关键技术指标达到国内先进水平,支撑了吉木萨尔页岩油的规模效益开发。2023年吉木萨尔页岩油产油量突破60×10^(4) t,连续三年区块年产量增幅超过10×10^(4) t,为2025年我国首个国家级陆相页岩油示范区的高效建成提供了坚实的技术支撑,也为我国其它页岩油开发技术优化提供借鉴。

且深1井盐层尾管超高温高密度固井水泥浆技术

且深1井是中石化西北油田分公司部署在塔里木盆地塔中地区的一口风险探井,四开中途完钻井深8745.00 m,井底静止温度196℃。针对且深1井四开固井面临的高温、高压、高盐、小间隙和全油基钻井液难驱替等诸多技术难题,围绕水泥浆体系的强度衰退、沉降稳定性、流变性能、稠化时间4个方面展开研究。通过引入富铝材料抑制强度衰退,优选不同粒径加重材料、硅粉调控沉降稳定性,配合耐超高温降失水剂、复配缓凝剂、聚醚-羧酸类分散剂综合调控水泥浆各项性能,设计出一套耐温200℃,密度高达2.3 g/cm^(3)的超高温高密度抗盐水泥浆体系。该水泥浆体系性能稳定,API失水量为44 mL,流性指数n大于0.7,稠化时间线性可调,高温沉降稳定性为0.01 g/cm^(3),1 d和28 d的抗压强度分别为19.2 MPa和27.1 MPa,未见衰退迹象。结合驱油型加重前置液体系和其它固井技术措施,且深1井固井施工顺利。

水泥浆前置液评价方法总论

水泥浆前置液 (冲洗液、隔离液 )所应具有的性能好坏直接关系到固井作业的成功与否。但国内目前还没有统一的方法对前置液性能好坏进行评价。总结了国内外常用的一些评价方法、手段 ,主要对冲洗效率、界面胶结强度、混合物配伍性、稳定性、顶替效率、抗污染能力、流体对地层的伤害、流变性、腐蚀性等指标进行评价 ,以全面综合评价水泥浆前置液性能。

基于施工曲线的页岩气井压后评估新方法

基于有限的资料进行压后评估分析,对于压裂方案的持续改进具有重要的意义。为了再认识储层及人工裂缝参数,把压裂施工曲线分为前置液注入和主压裂施工两个阶段。通过统计前置液注入阶段的地层破裂次数、平均压力降幅和平均压力降速,可以定性判断地层脆塑性;根据压裂施工中的能量区域可定量化计算综合脆性指数。真三轴大型物理模拟试验结果显示,主压裂施工阶段曲线压力波动频率和幅度反映了裂缝的复杂程度,结合地层脆塑性可综合诊断远井裂缝形态。以渝东南某页岩气P井为例,进行压后评估分析。结果表明:①水平井筒延伸方向的页岩地层非均质性较强,以自然伽马值260 API作为该区地层脆塑性的界限,偏脆性地层更易形成复杂裂缝系统;②P井有一半裂缝为单一缝,为了进一步改善开发效果,应进一步采取精细分段、转向压裂等措施。该成果为进一步改进该区压裂井设计、提高压裂有效改造体积提供了理论依据。

改善煤岩润湿性的强化煤层固井胶结技术

煤层有机质含量高、节理发育、节理面光滑,导致煤岩与固井水泥石界面胶结强度弱、煤层段固井质量差,严重制约了煤层气的经济有效开发。为此,依据煤岩组成、成分和润湿特性分析,重点以改善煤岩的亲水润湿性为技术突破点,测试分析不同表面活性剂及其浓度、浸泡时间等对煤岩表面润湿角、界面胶结强度的影响规律,优选煤岩高效亲水润湿改性物质,研发出强化煤层胶结前置液体系,并在山西沁水盆地进行了现场应用。室内研究与现场应用结果表明:通过含醚、硫酸根的表面活性剂在煤岩表面的致密吸附,可在浓度0.3%、30 s内使煤岩表面润湿改性为强亲水性,能够显著提高煤岩—水泥石界面的胶结强度(胶结强度达65.5%);现场煤层气井固井应用效果也表明,采用该强化煤层胶结型前置液能够将煤层段固井质量由过去的不合格提高到优良水平,对于提高煤层段固井质量具有显著的效果。结论认为,该技术为解决煤层段固井质量差的难题及顺利实施后续压裂增产等改造措施提供了有效的保证。

腰英台油田特低渗透油藏压裂技术研究及应用

腰英台油田不仅具有低孔、低渗透、层多而薄、微裂缝发育以及应力敏感性强的特点,还表现出明显的双重介质储层特征。由于天然裂缝开启导致的压裂液过量滤失和压裂早期砂堵,制约了该区油藏的有效开发。结合腰英台油田勘探开发过程中的压裂改造实践,利用储层裂缝开启机理和压力降分析成果,通过分层地应力剖面研究及全三维压裂模拟、配套射孔优化、限流压裂、暂堵、双转向控缝和前置段塞等工艺的施实,较好地解决了该类储层压裂易早期砂堵的矛盾。现场应用60井次,有效率达80%,累积增产原油5×104t。

煤层气泡沫水泥浆固井工艺技术及现场应用

针对沁水盆地南部煤层气井储层压力低、易漏失、易坍塌的特点,开发了超低密度泡沫水泥浆体系及暂堵型前置液体系,并形成了泡沫水泥浆固井技术.泡沫水泥浆体系密度为1.10-1.20 g/cm^3,具有良好的流动性能、无游离液、沉降稳定性好、API 失水量小于50 mL/30 min、稠化时间合理、水泥石强度高等优点;暂堵型前置液体系具有良好的流变性能,对3 号煤层具有良好的堵漏能力.根据钻井过程中出现的漏失情况、完钻后的钻井液返出情况及井壁稳定情况,从固井浆体的用量、顶替液的顶替排量等方面总结了泡沫水泥浆固井的配套工艺措施.在沁水盆地南部现场试验了4 口井,取得了较好的效果.

一种高性能有机酯前置酸加砂压裂隔离液体系

前置酸加砂压裂工艺技术在油气田现场增产改造作业中已进行了大量应用,并取得了较好的增产效果,但同时也暴露出了在压裂注入过程中前置酸与压裂液接触提前破胶等问题。为此,根据前置酸加砂压裂工艺技术的要求,从确保施工成功、提高增产效果出发,提出了采用前置酸加砂压裂隔离液隔离前置酸和压裂液技术,通过理论分析和实验研究,优选出了有机酯类物质作为前置酸加砂压裂隔离液体系主剂,提出了高性能有机酯前置酸加砂压裂隔离液配方和制备方法。对系列实验评价分析结果的研究表明,所提出的有机酯前置酸加砂压裂隔离液体系能较好满足前置酸加砂压裂要求,有效隔离前置酸液和压裂液,提高了施工效果。

一种新型的冲洗效率评价方法

目前就固井冲洗液的冲洗效率评价,国内外还没有形成统一的标准、方法和手段。因此,分析了现在常用的一些冲洗效率评价方法,并在此基础上提出了一种新型的冲洗效率评价方法。该评价方法可以定性定量地评价冲洗液对各种钻井液的冲洗效果和效率,可在室内实验研究领域推广应用,并且可以为现场施工提供有力的参考数据。

高密度双作用前置液性能研究

针对南海莺琼盆地存在井底温度高、地层压力高以及深部井段钻探使用油基钻井液等特点,研究出了具有冲洗和隔离双重功能的高密度前置液体系。结果表明,该体系密度可达2.30g/cm3,抗温可达180℃,滤失量低,稳定性好,流变性好。因此,前置液不但在较低返速下能够实现紊流顶替,有利于提高顶替效率,同时也有效解决了高密度、稳定性和流变性3者之间的矛盾;前置液能有效地洗净附着在井壁、套管壁上的油浆、油膜,冲洗效率达到90%以上,使井壁和套管壁从“油湿”变成“水湿”状态,有利于提高水泥界面胶结强度;前置液与水泥浆具有好的相容性。

考虑多重滤失效应的前置液酸压有效缝长模拟

为了提高天然裂缝较发育的碳酸盐岩储层酸化压裂设计的准确性和有效性,在采用经典裂缝拟三维延伸数学模型模拟前置液造缝过程中裂缝几何尺寸动态变化的基础上,结合液相反应平衡原理和局部反应平衡原理,建立了考虑天然裂缝、蚓孔及基质多重滤失效应的酸液流动反应模型,以现场实例井的酸化压裂改造为例,使用所建模型模拟前置液酸压注酸过程中裂缝内酸液渗滤过程及酸岩动态刻蚀形态,通过酸液沿水力裂缝长度方向的浓度变化和残酸极限浓度综合确定酸蚀裂缝有效缝长,并与压力恢复试井的解释结果进行了对比。结果表明:(1)裂缝—孔隙型储层酸化压裂过程中,沿裂缝长度方向的酸液滤失速度非定值,滤失速度曲线呈锯齿状波动变化,在酸蚀蚓孔与天然裂缝相遇时酸液滤失速度普遍大于基质处的滤失速度;(2)裂缝—孔隙型储层酸化压裂过程中酸液滤失严重,酸液有效作用距离大幅度降低;(3)验证井酸化压裂解堵增产效果显著,该井试井解释结果与所建立的数学模型模拟解释结果相吻合,说明所建立的前置液酸化压裂数学模型可靠。结论认为,考虑多重滤失效应的前置液酸化压裂数学模型更适用于裂缝—孔隙型储层的酸化压裂模拟。

一种速溶固体注水泥前置液外加剂

研制出一种速溶固体注水泥前置液外加剂ZQY-1。该剂的增黏组分用一种特殊材料包裹起来形成"缓释微胶囊"颗粒,使其在加入水中后不会聚集成团状,10min后就分散在水中并最终形成均匀液体,解决了前置液现场配制困难的问题。介绍了用该剂配制冲洗液及加重隔离液的方法,并对性能进行了评价。ZQY-1冲洗液与钻井液和水泥浆的相容性好,冲洗效率高,加重隔离液的稳定性能好。用外加剂ZQY-1配制成的冲洗液和加重隔离液在现场应用6井次,均获得成功。

一种新型压裂预前置液的研制

针对气藏压裂改造中要求压裂液伤害低、返排率高、加砂规模大等特点 ,分析了压裂改造对地层造成的伤害 ,经室内试验研制了ZH - 1压裂预前置液 ,并重点介绍了压裂预前置液的破乳、降低压裂液表 (界 )面张力、助排等特点。现场试验表明 ,ZH - 1预前置液对降低地层伤害、提高返排效率。

吉林油田昌37井固井工艺技术

针对吉林油田伊通地区昌37井三开使用油基钻井液钻井和基底存在花岗岩高压气层的特点,分析了该井的固井技术难点,研究了驱油加重前置液和高温微膨胀防窜水泥浆技术,介绍了关键完井工具的配置和使用情况。现场应用结果表明,YJC驱油冲洗液和DG180加重隔离液能够快速高效地清洗残留油基钻井液,提高顶替效率,改善水泥环胶结质量,且压稳了下部高压气层,保障了固井质量;抗高温微膨胀防窜水泥浆过渡时间短、稠化时间可调、高温稳定性好,水泥石致密、抗压强度高,具有良好的防窜和防腐蚀性;一级固井质量合格率为100%,优质率为97.29%;双级注水泥管串、前置液密度和双凝水泥浆结构设计合理,固井施工作业正常,实现了压稳和防窜的目的,该井形成的配套固井工艺技术可在该地区同类井固井中推广应用。

苏里格气田φ88.9mm油管固井工艺技术

苏里格南部气田φ215.9 mm井眼下φ88.9 mm油管完井顶替效率低,后期钻探难度大,固井施工压力高。为解决该问题,根据平衡压力固井工艺原理,通过外加剂优选及固井工具优选,配制出优质固井前置液体系、防渗漏水泥浆体系、固井压塞液体系,完成了适合小尺寸套管固井的配套施工工艺。使用该工艺现场施工6口井,固井工具附件性能可靠,既满足返高要求也未发生漏失,未留水泥塞,满足后期储层改造需要,为苏里格气田低成本有效开发提供了技术保障,具有较大推广价值。

自修复固井前置液自修复机理

将水灰比为0.44的油井水泥净浆灌入钢管中养护,然后切片并造缝,制作成钢管切片样品,放入清水和固井自修复前置液中浸泡养护,通过测试抗窜强度和对比分析样品微观结构与水化产物组成特征,研究固井自修复前置液的自修复机理。运用X-射线衍射仪对样品的物相组成进行分析,利用热重(TG/TGA)方法测定样品中Ca(OH)2含量,采用压汞仪对样品的孔结构变化进行分析,最后利用环境扫描显微镜对样品的微观形貌进行观测,并对测试样品的微区进行X射线能谱定性、定量分析。研究结果表明,GSN自修复前置液和NMFSJ自修复前置液能够渗透到样品的微裂缝中,与裂缝附近的氢氧化钙和未水化产物发生水化反应,形成硅酸钙结晶或水化硅酸钙凝胶和碱式碳酸钙等水化产物,自动修复样品的微裂缝;NMFSJ自修复前置液还能够渗透到样品固化体本体的孔隙中,激活水化反应;另外其有一部分组分不参与直接生成结晶体,而是催化水泥环中未水化的水泥颗粒水化。

玉门油田水平井固井技术

针对玉门油田水平井开发、多级压裂的作业特点,以建立长期有效的层间封隔为目标,通过开展固井材料、水泥环失效分析和固井工艺技术研究,开发了驱油前置液、增韧防窜水泥浆、水泥环完整性评价等固井技术。通过工艺配套和材料集成,形成玉门油田水平井开发固井技术。2015年以来,在玉门油田完成全部水平井固井应用7井次,固井一次合格率为100%,优质井4口。已投产的3口水平井,压裂后平均含水率在30%以下,比同区块的井位明显降低。该技术还在玉门油田小间隙固井推广使用8井次,固井优质率达到了75%。水平井固井技术取得了良好的应用效果,该项技术具有广阔的市场应用前景。

南堡5-98深探井尾管固井技术

冀东NP5-98井是冀东油田的一口重点预探井,完钻井深为5557m,尾管下深为5 547m,在4 903～5 337m井段应用欠平衡钻井技术,在5 337～5 557m井段应用近平衡钻井技术,井底静止温度达180℃,循环温度约为155℃。采用密度为1.88g/cm^3的夹江G级水泥加35%硅粉的高温水泥浆和前置液固井,CBL测井结果表明,封固段固井质量优良。

裸眼事故复杂高压气井注侧钻水泥塞技术

SBC-200井是委内瑞拉东部油气田的一口复杂油气井,三开φ244.5 mm技术套管下深4864 m,四开φ215.7mm井眼钻至4945.12 m卡钻,多种方法处理未解卡,套铣爆破松扣,鱼顶深度4897.56 m。使用的油基钻井液体系密度为1.415g/cm3时发生油气侵,密度为1.44 g/cm^3时建立井下压力平衡,当量密度1.49 g/cm^3发生井漏。为了完成钻井进尺,对鱼顶以上35.53 m裸眼井段实施水泥回填侧钻。固井采用高致密、高强度、低失水水泥浆,复合功能前置液体系及相应工艺技术措施,完成注水泥塞作业,满足侧钻质量要求。

鲁迈拉油田易漏层固井技术研究与应用

鲁迈拉油田地质条件复杂,此区块的Dammam、Hartha层位地层破裂压力低,技术套管固井易发生漏失,而且地层岩性导致井眼不规则,存在大肚子和缩径井眼,固井顶替效率低,使固井质量难以保证。研制了密度为1.00～1.80 g/cm3的低摩阻塞流前置液体系,该体系以非聚合物类悬浮剂DF-1和冲洗剂DF-3为主剂,用有机溶剂DF-4作流型调节剂,可降低前置液环空循环摩阻,具有冲洗能力强、流变性可调性好的特点,提高了低返速条件下环空顶替效率。研制了密度为1.00～1.35 g/cm3的低密度水泥浆体系,该体系采用纳米硅溶胶作稳定剂,提高了沉降稳定性,体系48 h室温抗压强度大于14 MPa。优化了一系列固井配套技术,形成一套适合该区块的综合固井技术。现场试验5口井,无漏失发生,固井质量合格井段较之前提高了21%,取得了良好的应用效果。