长宁页岩气井柱塞气举工艺规模化应用及效果分析

常规气井柱塞气举工艺在页岩气井应用中存在大斜度井段液相漏失明显、钢丝作业风险高、柱塞与地面增压协同运行难等问题。为优化柱塞气举工艺的运行效果,通过对页岩气井的精细化柱塞工艺设计,规范排液位置、配套工具选型、柱塞介入时机、平台柱塞错峰运行等措施,为工艺规模化应用提供了技术支撑。结果表明,55~65°井斜角的井深是柱塞排液的较优深度,通过优选“带单流阀卡定器+柱状柱塞”工具组合,在气井产量接近1.2倍临界携液量时以平台错峰制度运行柱塞,可实现页岩气井柱塞气举工艺的正常运行;构建的柱塞气举工艺远程智能管理系统实现了对柱塞运行状态的实时监测、异常工况诊断与远程处理,大幅提升柱塞气举工艺管控效率;精细化设计与平台化管控相结合使页岩气柱塞气举工艺发挥短期增产、长期稳产的效果,具备了规模化应用条件,并取得了良好应用效果。该模式可推广应用于气举、泡沫排水等工艺,实现多类排采工艺的规模化、精细化应用。

综合物探方法在隐伏岩溶区的应用分析——以长宁页岩气区块宁2019H18钻井平台为例

岩溶塌陷具有隐蔽性和突发性,是碳酸盐岩地区工程建设过程中常见的不良地质问题。长宁地区岩溶发育广泛,其页岩气开发利用受困于岩溶塌陷危害,综合运用微动、高精度重力、瞬态面波和等值反磁通多项物探方法,调查长宁页岩气区块宁2019H18钻井平台下伏地质体特征,查明土洞和溶洞的发育状况,结合钻孔数据进行验证,主要成果包括:(1)微重力探测呈现重力值南东高、北西低,重力场响应特征表明该场地南东放向基岩密度较大且完整,而场地NE向基岩密度低;(2)微动剖面响应结果与微重力成果对应较好,场地速度结构南东高、北西低,岩石的波速与密度呈正相关;(3)进一步查明了场地下方软弱岩层的分布范围,场地SN向基岩完整性好,场地NW向存在着一条裂隙带,裂隙带内充填较为破碎松软的全风化砂岩,其承载力较低。通过物探三维可视化成果,可以为下一步场地建设指明方向,为类似工程案例提供科学依据。

长宁页岩气示范区H-x平台体积压裂技术

长宁页岩气示范区已开展大规模体积压裂并取得了良好的应用效果,但在现场实施过程中,存在高砂比阶段施工压力高、加砂困难的现象,通过在H-x平台开展压裂技术试验,为后期体积压裂方案优化提供依据。本次施工采用分簇射孔复合桥塞联作分段压裂工艺,H-x平台采用工厂化拉链式压裂,并进行了微地震裂缝监测。通过实时微地震数据分析,指导优化现场施工工艺参数。通过高黏液体的使用、提高粉砂用量、施工中期加酸以及胶液粉陶段塞等技术手段,形成了强非均质储层条件下体积压裂技术。提高了施工工艺针对性,降低了高砂比阶段的压力波动,提高了现场加砂规模。该研究可为后期长宁页岩气强非均质性储层压裂方案优化提供参考。

高性能水基钻井液和旋转导向技术在长宁页岩气井的应用

长宁区块龙马溪组为页岩层且为主要气层,地层压力系数较高;φ215.9mm井眼裸眼段较长,钻井时间长,保持井壁稳定尤为重要。在长宁区块完成的H12、H3平台10口井,龙马溪井段均采用油基钻井液完成。在实际使用中,油基钻井液乳化稳定,流变性能良好,封堵性效果好。但油基钻井液产生的油基岩屑、报废钻井液难以做无害化处理,环保压力巨大。因此,川庆钻井液公司开发了适用于页岩气水平井的高性能水基钻井液,已在长宁页岩气现场应用多井次,取得规模化推广效果,正逐步取代油基钻井液。在长宁页岩气钻探过程中,还使用了旋转导向钻井技术。旋转导向工艺具有高精度井眼轨迹控制能力、水平位移延伸能力强、大幅度减小钻井周期等特点,能在一定程度上提高机械钻速、降低井下事故风险。川西钻探公司在长宁页岩气钻井中,在使用高性能水基钻井液的同时,采用旋转导向技术,后者的优势弥补了前者的不足,取得了很好的经济效益和社会效益。

长宁页岩气田开发地下水环境风险及防控技术研究

长宁页岩气田地处四川盆地南缘溶洞发育区,区内人口众多,居民饮用水源以地下水为主,页岩气开发过程中地下水污染环境风险不容忽视。全面分析了页岩气开发地下水环境风险的环节和污染源,结果表明页岩气开发中的钻井、排液试气、采输及返排液回注处置等阶段为产生地下水风险的主要环节。对可能造成地下水污染的环节提出地下水防控措施,以期有助于全面把握页岩气开发地下水风险过程,为其他区块页岩气开发地下水环境保护提供示范和借鉴。

长宁页岩气表层防漏治漏技术研究

长宁页岩气表层钻井极易发生井漏,防漏治漏问题严峻。文章统计分析了长宁页岩气前期表层井漏情况,理清了该区块表层井漏特征,评价了表层常见的治漏效果,并在电磁法地质勘查、井身结构优化、钻井方式优选等方面提出建议,以期为长宁页岩气表层高效防漏治漏提供指导和建议。

遇水快速膨胀胶凝堵漏技术在长宁页岩气区块的应用

长宁页岩气区块地表为喀斯特地貌,地下溶洞暗河发育,在表层钻进过程中地层出水严重且常发生失返性漏失。针对表层出水漏失难题,先后采用桥浆、高失水堵漏材料、水泥浆、智能凝胶等系列堵漏材料,但堵漏效果差且容易出现复漏。为此室内研发出一种遇水快速膨胀胶凝的堵漏材料,堵漏机理为"膨胀+交联+充填",堵漏材料遇到地层水后可以与其混合发生交联反应,同时发生膨胀反应,释放CO-_2气体促使堵漏材料快速膨胀数倍体积,形成不透水的无毒弹性胶状体;借助CO_2气体压力可将未固化的弹性胶状体进一步压入并充填漏层的孔隙,起到膨胀与弹性堵水的效果。通过配方优化形成遇水快速膨胀胶凝堵漏浆,性能评价表明,堵漏浆胶凝时间在15～70 min范围内可控,膨胀率为250%～350%,可以锁住3倍体积的蒸馏水和5倍体积水基钻井液;在CDL-Ⅱ型高温高压堵漏试验仪中对4～3 mm、5～4 mm模拟漏失通道承压分别达到3.8、1.7 MPa,复合桥浆堵漏后承压能力提高至6.25、5.2 MPa。现场应用一次性封堵出水漏层,提高承压能力5.8 MPa,解决表层出水漏失难题并保障了安全钻进。

页岩气开发中的环境问题及对策——以长宁页岩气开发区为例

随着经济的快速发展,我国在能源方面的需求与日俱增,而页岩气的开发能极大地保障我国能源安全,因此,我国目前已加大了对页岩气的开发和勘探力度。仪器探明,四川盆地中“长宁—威远”地区页岩气储量丰富,已被国家纳入先导试验区。以长宁页岩气开发区为例,旨在为我国页岩气的规模化开发累积经验。针对长宁页岩气开发区在开发过程中出现的水资源消耗大、水污染、土壤污染、大气污染和噪声污染等环境问题,提出要加快页岩气开发相关的环保立法、探索环境保护监管机制、加快技术攻关、完善生态补偿机制、提高企业和公民的环保意识等对策,为后续页岩气的可持续开发和环境保护工作提供参考。

页岩气井泡沫排水采气技术适应性探究

为充分了解泡沫排水采气技术在不同井况页岩气井中的实施效果,明确其适应性,以四川盆地长宁中深层页岩气区块的泡沫排水采气井为研究对象,分析不同油管与井型条件下的页岩气井泡排生产情况,并以重庆页岩气、四川页岩气等深层页岩气区块的泡排先导性试验为例,进一步明确泡沫排水采气技术对深层页岩气井的适应性。研究结果表明:①使用Ф50.8 mm连油、Ф60.3 mm连油、Ф60.3 mm油管、Ф73 mm油管均不能依靠自身能力实现长期带液稳产,而泡沫排水技术对不同油管尺寸有较强的适应性,典型井实施泡沫排水后,日均增产天然气约为1.18×10^(4)m^(3),泡沫排水采气效果良好;②泡沫排水技术可起到清洁井筒、疏导气流通道的作用,可实现页岩气井的长期连续稳定生产;③泡沫排水技术对垂直井深超过4000 m的深层页岩气井有很好的适应性。结论认为:①不同油管、井型对泡排效果存在差异,但泡排对Ф50.8 mm连油、Ф60.3 mm连油、Ф60.3 mm油管、Ф73 mm油管条件下的长宁页岩气井有较强的适应性;②泡排工艺因其携液能力强、稳产周期长和可清洁井筒等特性,对中深层、深层页岩气均具备很好的适应性,可进一步推广应用。

长宁地区页岩气钻井平台不同开孔层位不良地质体勘查

四川省宜宾地区属页岩气资源勘探优质区块,但地处四川盆地西南缘,南临云贵高原,地表水文地质、地形复杂,页岩气钻井勘探过程中,在前期1 000m以浅常受一些不良地质现象(岩溶、裂隙、滑坡、破碎堆积体等)影响,造成卡钻、掉钻等孔内事故;钻遇岩溶通道时,会引起钻井液严重漏失,对工程施工造成损失,同时对生态环境造成影响,因此在前期钻井平台位置的选取至关重要。以长宁页岩气区块前期已进行的地表地质、物探勘查资料及已钻探成果为基础,分析总结该研究区在不同开孔地层存在的不良地质现象规律,为页岩气钻井平台的选取提供参考依据,避让较大地质异常,减少钻井风险,提高施工效率。

页岩气井长水平段压裂一体化动态评估--以长宁国家级页岩气示范区为例

四川盆地南部地区(以下简称川南地区)的长宁国家级页岩气示范区是四川盆地页岩气开发的主战场,为厘清页岩气井水平段及压裂长度增加带来的气井产能动态影响,以川南地区的长宁区块奥陶系五峰组—志留系龙马溪组的336口气井为研究对象,采用大数据分析方法,深入剖析影响气井效益开发的靶体、压裂、排采生产一体化动态因素。研究结果表明:①高产气井具有靶体钻遇率大于70%、钻遇长度大于1200 m的特征,改进钻井工艺技术可保障高靶体钻遇率进而保障产量;②流体压力降和孔眼摩阻会削弱施工作业强度,严重影响压裂效果,采用低黏压裂液和差异化射孔工艺可有效克服该难题;③前序段“相对低排量+相对密簇距”、后序段“相对高排量+相对大簇距”可实现有效改造,并能解决邻井长期生产带来的影响;④跟端和趾端垂深差异较大易造成井底积液,严重影响前序压裂段簇效率和产量,跟趾端垂深差异在±300 m、斜率在±0.15内有利于气井高产。结论认为,长水平段压裂是气井一体化动态影响因素的综合反映,长宁区块最优水平段压裂长度为2200 m左右,研究成果为后续川南地区页岩气规模效益开发提供了理论支撑。

CQ-IGS水平井一体化地质导向技术——以在长宁-威远国家级页岩气示范区的应用为例

地质导向技术是页岩气水平井钻进的核心技术之一,但是仅根据单一随钻测量参数的常规地质导向方法已无法满足页岩气快速商业化开发的需要。为了精准控制水平井轨迹,采用三维地震数据体高分辨率处理技术,结合自主研发的水平井一体化地质导向软件平台,建立精细三维地质导向模型,通过该软件平台对三维地震、随钻测井、综合录井一体化处理解释,应用岩屑识别和成分分析技术,实现了对水平井轨迹的精确控制,形成了水平井一体化地质导向技术。2011-2018年在四川盆地长宁-威远国家级页岩气示范区187口井的应用结果表明,采用该技术后每口水平井水平段钻进时间从原来的35 d缩短为2018年的25 d;平均单井靶体钻遇率达到96.7%,最优地质甜点的平均单井钻遇率由2014年的35.3%提高到2018年的91.0%;威远页岩气区块单井测试日产量从原来平均每口井11.5×10^4m^3提高到15.5×10^4m^3;长宁页岩气区块单井测试日产量从原来平均每口井14.0×10^4m^3提高到18.5×10^4 m^3。结论认为,该技术合理优化了钻井轨迹、缩短了钻井周期、节约了钻井成本,显著地提高了储层的钻遇率和单井产量。

高密度油基钻井液在长宁——威远区块页岩气水平井中的应用

四川盆地长宁—威远国家级页岩气示范区下志留统龙马溪组黑色页岩层具有较强的层理结构,微裂缝和裂缝发育。钻进过程中钻井液沿微裂缝和裂缝侵入地层,使井壁易发生层间剥落,造成井壁失稳。针对该区龙马溪组页岩层的地质特点,分析使用油基钻井液钻井的技术难点,提出了相应的技术对策。在自主研发出三合一乳化剂CQMO的基础上,通过实验优选出高密度油基钻井液配方,并对其性能进行实验分析评价。实验结果表明,该高密度油基钻井液体系具有好的高温沉降稳定性、抑制性、封堵性和抗污染性。该高密度油基钻井液体系已成功应用于长宁—威远国家级页岩气示范区36口水平井钻井,解决了钻进页岩气水平井摩阻大、井眼净化难和井壁失稳等难题,能满足页岩气水平井技术需要;钻进过程中,钻井液性能稳定,井壁稳定,携砂良好,井下安全。该高密度油基钻井液可在其他页岩气区块推广应用。

四川盆地威远区块典型平台页岩气水平井动态特征及开发建议

位于四川盆地长宁—威远国家级页岩气示范区范围内的威远页岩气田(以下简称威远区块),同一平台上气井的生产动态特征存在着较大的差异,目前对于其页岩气井产气量的主控因素和开发工艺措施的有效性认识尚不明确。为此,以威远区块PT2平台的6口水平井为例,针对气井生产动态存在的差异,从钻遇优质页岩段的长度、水平段轨迹倾向、压裂段长度、改造段数、加砂量及井底积液等方面进行分析,明确了影响威远区块页岩气水平井产气量的主要因素,进而提出了有针对性的开发措施建议。研究结果表明:(1)优质页岩段钻遇长度是气井高产的物质地质保障,水平压裂段长度、改造段数/簇数和加砂量是主要的工程因素;(2)页岩气井生产早期均为带液生产且水气比较大,当产气量低于临界携液流量时,井底积液对产气量和井口压力的影响不容忽视;(3)建议低产井应采用小油管生产(油管内径小于等于62 mm),对于上半支低产井,应及早采取橇装式排水采气工具和措施以释放气井产能,而对于下半支低产井,则应放压生产,防止井底过早积液。

四川盆地页岩气水平井高产的地质主控因素

四川盆地长宁—威远国家级页岩气示范区目前已转入大规模开发阶段,在考虑同等工程技术因素的前提下,寻找影响该区页岩气水平井高产的主控地质因素便成了研究的重点。为此,从分析该示范区目的层下志留统龙马溪组的沉积背景入手,结合区内三维地震资料、取心井地质及测井资料,开展水平井小层划分与对比,筛选影响页岩气井产能的储层关键参数,进行储层分类综合评价。结果表明,Ⅰ类储层钻遇率的高低直接影响着气井高产与否,具体到长宁—威远示范区的海相页岩气藏而言,靶体位置及龙一_1~1小层钻遇长度是决定气井是否高产的主控地质因素。基于上述研究成果,提出了该区页岩气高产水平井的地质模式,有效地指导了钻井作业,提高了页岩气水平井的产量,推动了页岩气规模效益开发。

实现页岩气“绿色”开发的配套工艺技术体系

在川渝地区页岩气产能建设过程中,不可避免地会产生大量的废水、废气、废渣(特别是含油岩屑)和噪声,并且还有可能造成水土流失。如何防治上述环境风险源、确保页岩气的"绿色"开发,是一个重大难题。为此,总结了中国石油天然气集团有限公司在长宁—威远国家级页岩气产业示范区开发实践中形成的系列环保技术体系:(1)采用井场清污分流系统、钻井液不落地技术、随钻实时处理工艺和岩屑资源化利用技术保障钻井清洁生产;(2)优选环保型压裂液、对压裂返排液进行循环利用,从而实现压裂环保管理;(3)配套平台化作业实现"井工厂化"、实施油改电降噪音、推行环保钻井工艺、制订全面的环境评价方案等措施,进一步降低环境污染的风险。实践证明,页岩气清洁生产工艺从废弃物产生源头入手,加强作业过程控制、末端污染治理,则可实现废弃物减量、无害化、资源化的目标。结论认为,采用上述污染防治和"绿色"开发配套技术,可以有效促进该区页岩气的可持续开发。

川南地区百亿立方米页岩气产能建设地质工程一体化关键技术

四川盆地南部地区下志留统龙马溪组页岩气资源丰富,但地质、工程条件复杂,页岩气规模效益开发面临着严峻的挑战。为了解决川南地区页岩气"部署设计难度大、优质储层钻遇率提高难度大、复杂缝网形成难度大、单井产量和单井估算最终采收量(EUR)提高难度大"等问题,通过系统梳理和总结10余年的页岩气勘探开发成果,形成了适用于该区的页岩气地质工程一体化高产井培育方法,并开展了现场试验和推广应用。研究结果表明:①所形成的三维地质建模、三维地质力学建模、复杂缝网模拟和产能数值模拟等4项关键技术,为该区页岩气井全生命周期的方案设计、现场实施、实时调整提供了重要的决策依据和指导,有效提高了页岩气单井产量和EUR;②实施地质工程一体化高产井培育方法,可以大幅度提高长宁—威远国家级页岩气示范区页岩气单井产量,其中长宁区块井均测试日产量由10.9×10^4m^3提高到26.3×10^4m^3、最高测试日产量达到62×10^4m^3,威远区块井均测试日产量由11.6×10^4m^3提高到23.9×10^4m^3、最高测试日产量达到71×10^4m^3;③推广应用地质工程一体化高产井培育方法,可以实现高产井的"复制",培育了一批EUR超过1.5×10^8m^3、部分超过2×10^8m^3的高产井,其中泸州区块4口深层页岩气井,井均EUR达1.98×10^8m^3。结论认为,所形成的地质工程一体化页岩气高产井培育方法,是破解页岩气规模效益开发难题的有效措施,可以为国内外非常规油气藏的规模效益开发提供借鉴。

川渝地区页岩气勘探开发工程技术集成与规模化应用

自2009年四川盆地长宁—威远国家级页岩气示范区第1口井开钻以来,经过8年的探索和实践,中国的页岩气勘探开发工程技术取得了长足的进步和全面的发展。及时总结所优化集成的页岩气勘探开发工程配套技术,对于"高效益、高效率"推进川渝地区页岩气规模开发具有重要的意义。研究结果表明:(1)形成并完善了10项页岩气钻完井工程主体技术系列,整体处于国内领先水平,为页岩气规模上产提供了技术支撑;(2)形成了从设计到室内实验评价、井中地震压裂缝网实时监测的体积压裂配套技术,保证了页岩气增产方案的实施效果;(3)创新形成了钻井—压裂、钻井—采输、压裂—采输等同步作业模板,优化平台布置,实现"批量化、模块化、程序化、一体化"作业,大幅度加快了页岩气井的投产进度;(4)形成6项页岩气开发环保节能技术,实现了页岩气清洁节能生产;(5)形成了以高精度三维地震勘探技术为基础的技术体系,为打造"透明"气藏奠定了基础;(6)优化地面集输工艺,实现了气藏采输智能化、数字化管理。结论认为,所形成的页岩气勘探开发配套工程技术有效支撑了长宁—威远国家级页岩气示范区的页岩气上产,在技术进步和管理创新等方面都具有引领示范作用。

页岩气水平井卡钻主要原因及预防对策

四川盆地长宁—威远国家级页岩气示范区目前已经实现了埋深3500m以浅海相页岩气的规模化、效益化开发,但随着该区页岩气水平井段长度的延伸,管柱下入过程中摩擦阻力、扭矩增大,易造成频繁遇阻、卡钻等现象。为此,在分析卡钻原因的基础上,从预防钻井过程中井眼力学变形的角度出发,以提高页岩长水平井井段的钻井液封堵性能为重点,协同优化影响井眼轨迹和井眼环空岩屑浓度的钻具组合与钻井参数,通过优化井身结构、井眼轨迹、钻井液性能等技术措施,配套降摩减阻及提速配套工具,制订了页岩气水平井防卡钻技术措施,并进行了现场应用。研究及应用结果表明:(1)对于水基钻井液采用加入适量复合盐抑制剂的方式并配合固控设备的应用,可有效控制钻井液中的有害固相含量,而对于油基钻井液则采用提高油水比、增加乳化剂等方式以增强其稳定性;(2)井眼轨道设计优化为三维轨道二维化后,钻柱最大摩阻较之于优化前降低了20%;(3)高效随钻震击器的钻具组合,配合以合理的钻井参数控制机械钻速,可以达到满足井眼环空携岩要求的岩屑浓度,减少岩屑床的厚度;(4)现场12井次的应用效果表明,水平井段阻、卡等复杂事故时率由2.3%降低至0.92%。结论认为,该研究成果为解决页岩气长水平段卡钻难题提供了有效的技术途径。

中美典型高压页岩气藏钻井提速技术对比与启示

美国Haynesville高压页岩气气藏与中国长宁—威远国家级页岩气示范区下志留统龙马溪组高压页岩气藏的地质、钻井条件最为类似,前者的钻井提速技术思路对于我国页岩气快速钻井也具有重要的参考借鉴意义。为了实现我国页岩气藏的钻井提速,通过对比中国和美国典型高压页岩气藏钻井提速技术,分析探讨了上述两个气藏在钻井提速技术方面的异同点。研究结果表明:①目前美国Haynesville等页岩气藏已将水平段井眼尺寸从215.9 mm缩小到171.5 mm或161.1 mm,单井钻井投资降低超过25%,节能减排优势明显;②美国同行采用的“高效钻头+配套井下提速工具+钻井参数优化软件/装备”的硬研磨性难钻地层系统化钻井提速技术,值得国内重视、借鉴、攻关、应用;③“控压钻井+降密度”钻井技术能够在高压页岩层段钻井提速中起到至关重要的提速应用效果。结论认为,应积极在国内国家级页岩气示范区开展缩小井身结构尺寸及其相关的钻井配套装备、工具、软件的应用探索试验;在目的层段值得持续探索、优化、应用控压钻井技术。