复杂结构井在页岩气开发中的应用进展

复杂结构井作为一种高效、先进的钻井工艺,能够很好地挖掘各种油气藏的潜能,在北美页岩气工业化、商业化开采过程中,产生了显著地经济效益。在概述复杂结构井的类型、适用条件的基础上,结合国外页岩气开发中复杂结构井的应用情况,分析了复杂结构井在中国页岩气开发中的应用前景。考虑到中国页岩气藏多分布于地表和地下条件复杂的山区,紧紧围绕页岩气开发产能和成本这一核心问题,建议重点发展小井眼连续管一体化钻完井、丛式水平井批量钻井和多分支水平井技术,来减少井场占地面积、优化资源配置管理、降低开发成本、最大限度提高页岩气藏整体效益,实现中国山区页岩气高效、低成本开发。     

页岩气水平井前导地质物理模型的测井研究

以川南威远地区寒武系筇竹寺组页岩气为研究对象,首先,利用邻井的测井储层评价结果优选“地质甜点”作为导向目标层;其次,分析沿井眼轨迹方位钻遇不同岩性、物性、含油性及脆性的地层剖面的随钻测井响应特征,并根据LWD和MWD资料实时确定地层倾角和厚度,准确建立前导地质物理模型;最后,利用井眼轨迹-随钻测井曲线-气藏岩性剖面综合成图技术及时判断水平井井眼轨迹在页岩储层中的位置、延伸长度及上下行方向,实时优化井眼轨迹与修正前导地质物理模型,指导钻头在优质页岩储层中的钻进,提高钻遇率。将该方法应用于研究区的页岩气水平井地质导向钻井中,效果明显。     

涪陵页岩气勘探开发环保现状分析

为了推动页岩气产业的可持续发展,了解涪陵地区页岩气开发的环保现状,对生态环境、水资源消耗、水污染防控、固废处理等环境问题做了系统调研。通过调研发现中石化已建立页岩气开发环境保护管理体系,对大气、水、噪声、钻井液和固体废物等易污染领域进行了严密排查和防控,对环保措施落实情况进行了严格监督。在分析了页岩气勘探开发现有环保措施后,提出了一些对策和建议,如加强地质灾害的防控和预警、提高压裂液返排率、研发高效经济的废水处理技术、钻井液处理技术、钻屑处理技术和钻屑综合利用技术研究等。     

川南泸州区块五峰-龙马溪组现今地应力特征与页岩气开发

川南泸州区块是中国重要的页岩气产区,其内五峰-龙马溪组页岩气资源丰富,勘探-开发潜力巨大。现今地应力在页岩气运移与富集规律分析、钻完井工程、储层压裂改造以及井网部署等方面均具有重要应用。分析泸州区块五峰-龙马溪组深层页岩气储层现今地应力状态,并探讨在其影响下的天然裂缝活动性与压裂裂缝扩展。结果表明:五峰-龙马溪组页岩气储层现今地应力方向呈现WNW-ESE的优势方位;现今地应力值大小为:水平最大主应力最大、垂向主应力居中、水平最小主应力最小,指示走滑型地应力机制。五峰组和龙一₁¹小层水平主应力差分别介于11.90～15.76 MPa和11.80～16.75 MPa范围内,具备形成复杂压裂缝网的地应力条件。在现今地应力条件下,川南泸州区块五峰-龙马溪组页岩气储层天然裂缝不活动,随着开发流体的注入,天然裂缝逐渐活化,其压力增量的临界值为15～23 MPa;压裂后主要形成垂向延伸的裂缝系统。研究成果可为川南泸州区块深层页岩气效益开发提供现今地应力分析的基础与科学依据。     

长宁页岩地层井下复杂及裂缝三维展布规律研究

长宁区块龙马溪组页岩气储量丰富,是中国石油天然气资源增产上产的重要支撑点。但长宁区块页岩储层钻井中井漏、阻卡事故频发,阻碍了该地区页岩气资源效益化开发进程。通过梳理长宁区块重点井区已钻井工程复杂信息数据,基于区块三维地震数据体利用蚂蚁追踪方法预测了页岩地层裂缝发育及三维空间展布规律,对比研究了井漏与裂缝发育之间响应关系,为长宁区块龙马溪组页岩水平钻井井下复杂预警及安全钻井奠定基础。研究结果表明,基于蚂蚁体的裂缝预测方法在长宁区块应用效果较好,井漏复杂与裂缝预测结果响应度高,裂缝发育、斜交缝与层理缝交叉贯通是诱发井漏事故的主要原因。茅口组-五峰组页岩裂缝发育具有三维空间差异性,构造高部位、大断层附近裂缝发育,岩体较为破碎,井漏复杂更为突出。研究成果解释了长宁区块井下复杂的主要原因,预测了长宁区块裂缝三维展布规律,可为长宁区块后期井下复杂预测及防治措施的制定提供科学依据。     

页岩气开发对川渝地区水资源环境的影响

 目前中国页岩气已进行大规模商业开发,但页岩气开发对当地水资源环境造成一定的风险。通过川渝两地页岩气井场实地调查和取样分析,结果表明：一方面,页岩气开发总耗水量巨大,每口井用水量约32000 m³;另一方面,水环境污染风险来自于：1）压裂返排液和钻井返排液,其成分复杂,盐度高,并含有多种重金属;2）钻进过程产生巨量的废油基泥浆和含油钻屑;3）页岩气开发地区,溶洞、裂缝、暗河发育,钻井过程易发生井漏或井喷;4）地面工程建设。因此,在页岩气开发过程中,必须精心施工,合理调配水资源,大力发展返排液处理技术,以便防止页岩气开发过程中过度消耗水资源,并避免水污染。     

川南深层各向异性页岩井壁失稳力学机理

川南页岩埋藏深、岩性复杂、质地硬脆、层理发育、地应力复杂,水平井钻井井壁失稳事故时常发生,严重阻碍了深层页岩气高效开发进程。为此,以川南深层龙马溪页岩为对象,实验测定了页岩各向异性弹性和强度参数,通过成像测井分析了层理产状,通过室内实验和测井资料确定了地应力大小和方位,建立了各向异性页岩井壁坍塌压力模型,分析了不同地层条件的坍塌压力,并以川南深层页岩气井为例进行了验证。结果表明,页岩基质黏聚力和内摩擦角为13.00 MPa、39.50°,层理黏聚力和内摩擦角为11.10 MPa、28.50°,层理倾角5°～15°、倾向NE110°～NE120°;水平最大主应力114.69～117.23 MPa、水平最小主应力93.79～94.57 MPa、垂向地应力108.42～112.81 MPa;综合考虑弹性和强度各向异性计算的坍塌压力最高,强度各向异性的影响明显大于弹性各向异性;沿水平最大主应力钻进的水平井稳定性最好,其次为直井和小角度定向井,沿水平最小主应力方向钻进水平井时稳定性最差; L20X井实钻情况与预测结果基本一致,证实了模型的准确性。     

水平井钻具遇卡的几种爆炸处理方法

水平井钻井过程中由于泥浆和地层等原因,难免会出现卡钻事故.依据卡钻原因和卡钻的具体程度,处理卡钻事故的最后手段是钻杆切割、松扣等.水平井的钻具松扣、切割的工程工艺比较复杂,本文针对水平井钻具松扣、切割施工中存在的突出难点进行了系统分析,并把该项技术在大牛地气田水平井中的应用做了简要的实例介绍.     

页岩气水平钻井延伸极限预测与参数优化

大位移水平井是页岩气开采的主要方式,其极限延伸的合理预测备受关注.针对涪陵地区的页岩气水平钻完井进行研究,借助钻井延伸极限预测模型,计算了不同工况下的钻井延伸极限,分析了钻机性能、钻具组合、井眼曲折度、钻井液密度等因素对钻井延伸极限的影响.结果表明,滑动钻进模式是约束水平段延伸的主要工况,当摩阻系数比较高时,螺旋屈曲锁死导致无法钻达设计井深;高井眼曲折度限制了井眼延伸长度,钻进作业中要尽量减少轨迹调整次数,保证轨迹平滑;此外,邻井压裂作业可能导致正钻地层压力上升,会降低钻井延伸极限,需要对钻井液密度进行优化.该研究对页岩气水平钻井的设计及施工具有重要指导意义.     

尼日尔沙漠油田小规模“工厂化”钻井工艺优化

为解决尼日尔Agadem复杂地貌沙漠油田因钻机搬迁及材料运输困难、地层复杂，导致钻井效率低，钻井成本高的问题，保障油田效益开发。基于复杂沙漠地貌及条带状油藏分布特点，提出了应用小规模"工厂化"（3~5口井）钻井工艺，通过地质工程经济一体化优化丛式井规模、井场位置、井口布置、井眼轨迹及井身结构设计，优化钻井液体系及重复利用，优化PDC+螺杆一趟钻及固井质量保障技术，钻机设备改造及优化平移工序，提高工厂化钻井效率及固井质量。实际应用表明，优化形成的小规模"工厂化"钻井模式及配套技术，可有效提高复杂断块沙漠油田钻井效率，大幅降低钻井成本。     

川南硬脆性页岩井壁失稳机理实验研究

川南地区是我国最早开发页岩气的地区,肩负着推动我国页岩气发展的重要任务。但是川南地区页岩气藏钻井过程中井壁垮塌严重,影响了该地区页岩气藏的勘探开发进程。基于现场取芯室内实验,从微观结构、矿物组分及流体对岩石物性的影响,对该地区页岩进行研究。分析了硬脆性页岩稳定性。得出该地层井壁失稳机理主要是在井筒压差以及毛管力作用下钻井液滤液沿层理面渗入,导致层理面的力学性质发生变化,从而引起页岩整体强度下降出现剥落,最终造成井壁失稳垮塌。通过对该区块页岩实验研究分析,为该地区页岩钻井过程中钻井液优选提供有效的理论支撑,确保页岩层段钻进高效、顺利地进行。     

苏11区块直井井下复杂情况预防和储层保护措施

本文针对苏里格气田的地层特点,对苏里格气田苏11区块钻井较易出现的坍塌、卡钻、井喷和漏失等井下复杂情况预防和储层保护措施进行了总结,阐述了钻遇各个地层段应做好的对应措施,对该区块钻井施工的顺利进行和提高钻井效率等方面具有实际指导意义。     

井下可视化自动寻航钻井技术初探

针对地层模型预测不准确、钻头处地层特性分析不到位和地层边界确定不及时等影响优质储层钻遇率问题，开展了可视化寻航钻井探索性研究。该技术包括井周地层预测及三维可视化、导航模型构建、地层边界自动分析、地层特性实时自动分析、优质储层自动识别和轨迹自动优化等几个过程。前3个过程属于可视化导航地层模型构建，用于宏观上预测和指示富集油气目标地层位置、延展性等；地层边界自动分析、地层特性实时自动分析及优质储层自动识别用于精细预测钻头附近地层的边界位置、实时提供地层的岩性、物性和含油性，以便精确确定钻进方向；轨迹自动优化则用于自动规划下一步钻井方案。在多口井现场应用中，该系统预测的地层模型及优化的轨迹提高了优质储层钻遇率。结果表明，井下可视化自动寻航钻井技术能够在一定程度上实现类似于汽车导航式钻井，为提高优质储层钻遇率提供了一种新的技术手段。     

页岩气开发:岩石力学的机遇与挑战

长水平段水平井和分段水力压裂技术是提高我国页岩气单井产量的关键技术.随着页岩气勘探开发面向深层,水平井钻完井面临安全钻进风险高、高效压裂难度大和单井产量低且递减快等难题,问题的核心仍是发展页岩储层断裂、破坏和流动模型,其本质仍为页岩气储层岩石力学问题.受机理研究制约,目前在页岩储层实验测试、裂缝系统与渗流、多场耦合和孔隙弹性等方面仍需要进一步研究与突破.中国的页岩气开发虽然取得了阶段性的成果,其面临的问题仍不容忽视,发展岩石力学相关理论对页岩气开发关键技术有重要的指导意义.同时,低油价条件下清洁开发、降低工程成本和提高单井产量是贯穿页岩气全生产周期的关键问题.本文重点分析页岩气储层力学特征评价、断裂与渗流和流固耦合等机理问题及其研究进展,介绍页岩储层实验测试、井筒安全和高效开采等关键问题,讨论未来的研究方向和热点.     

径向水平井侧钻工艺的试验与应用

针对低渗透油田的开发现状,开展径向侧钻水平井技术的研究应用,详细论述了径向侧钻水平井钻井的工艺技术,使老井改造、加深、侧钻小井眼钻井技术及径向水平井等钻井完井配套技术得以快速发展,对低渗透油田开发剩余油气,提高采收率和综合经济具有十分重要的意义.     

OpenGL技术在钻井仿真中的应用

为能在脱离钻井现场的情况下向学员展示钻井操作的工艺流程,开发基于OpenGL的钻井三维场景显示系统.该系统利用3DSMAX建模软件构造复杂的钻井设备模型;在OpenGL平台下,以显示列表的形式调用模型,并利用双缓存技术控制各三维模型在场景中平滑的运动,实现井场三维场景的动态仿真。该系统可以逼真地再现正常钻进、起下钻、卸扣、上卡等多种钻井工艺流程。     

页岩地层水基钻井液研究进展

开发能满足页岩长水平段钻井井壁稳定要求的钻井液是页岩地层安全钻井的一项关键技术。目前广泛采用的油基体系具有高成本、高污染的缺点。归纳了具有仿油基性能以及防塌防水化的各种新型水基钻井液,包括成膜钻井液(MEG钻井液、甲酸盐钻井液、聚合醇钻井液和硅酸盐钻井液)与隔膜钻井液的防塌成膜机理及其优良特性和现场应用情况,新型纳米钻井液技术的研究进展。建议加强成膜机理的进一步研究,并提高该类钻井液的润滑性、防卡性及膜效率,开发适应具有时敏性的长段页岩钻井的防塌成膜处理剂,并加强在国外页岩气钻井中已实践的纳米钻井液的研究。     

提高西北油田玉北区块钻井速度研究

新疆省和田市墨玉县以北是西北油田勘探开发的新区块,随着2010年7月玉北1井的重大油气突破,在该区块进行了大范围的钻井部署,却遇到了古近系膏盐岩的缩径卡钴和二叠系中统开派兹雷克组火山岩的垮塌卡钻两大技术难题困绕.通过对卡钻原因的细致分析,从地质角度进行该井段岩性组合、岩石特点精要阐述,分析钻井提速方法.     

方位各向异性裂缝预测在泥页岩钻井漏失中的应用

页岩气钻井漏失会极大增加钻井成本,影响页岩气勘探开发的经济效益。如何利用地球物理技术较为准确地预测钻井漏失区,成为页岩气勘探开发中亟待解决的问题。当泥页岩地层发育高角度缝时更易发生井漏,以此为基础提出了一种新的钻井漏失预防思路和方法:以叠前地震数据为基础,基于方位各向异性技术预测高角度缝的分布特征,并将其作为预防井漏的依据。选取川东南某地区龙马溪组的页岩气勘探区作为应用实例,通过钻井漏失点与预测高角度缝的对比分析,证实了新方法的有效性。     

页岩气钻水平井段岩屑床破坏及岩屑运移机理研究

针对页岩气开采成本高,以及清水钻井在垂直井段具有成本低和机械钻速快的优点,且页岩气清水钻井岩屑运移规律尚认识不清。基于流体力学基本控制方程和湍流输运方程,建立了三维井眼环空岩屑运移模型。使用全隐式多网格耦合求解技术进行数值计算。利用该模型开展清水钻水平井段岩屑运移可行性研究,以及钻井液排量、岩屑床高度、岩屑粒径、清水黏度和钻柱转速对岩屑运移规律的影响研究。研究表明,在水平井段清水钻井液携岩是可行的,数值计算结果对比,得出钻井液排量、岩屑床高度和岩屑粒径是影响清水携岩能力的敏感参数。建议钻井过程岩屑床厚度不要超过井眼直径的10%,岩屑颗粒直径为5 mm左右,根据钻井需要选用合适的钻井液排量、钻井液黏度和钻柱转速。清水钻井岩屑运移机理研究可为页岩气安全高效开采提供技术支撑,同时将加快页岩气工程的开发进程。