中石化页岩气技术研究
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页岩气水平井钻井技术难点分析韩旭发布时间:2022-02-25T03:26:28.577Z 来源:《基层建设》2021年30期作者:韩旭[导读] 作为页岩气开发的最有效方法之一身份证号码:41022319911126xxxx中石化中原石油工程有限公司钻井二公司河南濮阳 457001摘要:作为页岩气开发的最有效方法之一,定向水平井在新能源开发中的效果很明显,但在水平井钻井施工技术却一直面临摩阻扭矩过大、井壁失稳、岩石地层易坍塌等各个方面问题,并且没有得到根本解决,文章中以某水平井的钻探施工经验为例,在油基钻井液、旋转导向钻井工艺技术等几个方面,对水平井的钻探工艺技术展开了深入研究。
关键词:页岩气水平井钻井技术;难点;分析页岩气属于一个具备丰厚储备且非传统的重要再生能源,在现代工业生产中意义突出,而石油勘探产业对页岩天然气的研究利用程度也在日益提高。
自九十年代中期,大量页岩天然气被发掘以来,其生产总量增长巨大,并将会在未来实现新的重大突破。
目前页岩天然气在盆地中的储备也较为丰厚,据不完全统计,目前全世界页岩天然气储备已冲破了456*1012m3,利用空间很大。
当前在页岩气的钻取、完井,尤其是在孔隙水压力裂、连续石油管线中的射孔和水平井钻井技术的开发之下,页岩气的使用范围将愈来愈宽,所以需要对于页岩气钻井资源开发存在的技术难点进行进一步探究。
一、浅层地层井漏页岩气的储层大多表面地质结构比较复杂,尤其是在中国西南地区涪陵、威远等区域,表层地层一般结构较为松散、溶孔发育没有完全、地下水和暗河散布较广泛,在钻井中井漏现象明显。
地下暗河与地表径流速度差相连,如果井漏还易造成环境污染,常规桥联的堵漏强度也很难完成,井漏后地下水进入井筒,还易冲洗钻井泥浆,从而大大降低了密封强度[1]。
(一)钻井提速困难直井段的浅层地层可钻性差,要求井眼长度变化很大,且钻取速率缓慢,尤其是在龙潭到栖霞地区组会的火岩地层,单钻孔时磨损进尺非常低。
57页岩气与一般的天然气有很大的不同,其形态多样化,大部分存在于裂缝、微孔隙、有机质和粪球粒微孔隙及纳米级孔隙。
为了提高钻井的速度和单井开采效率,必须在开采技术上进行创新和改进,不断攻克技术难点,提高页岩气开采的经济效益,解决人类发展中资源短缺的瓶颈问题。
1 页岩气钻完井技术发展历程1.1 国外页岩气钻完井技术发展美国是目前在页岩气开发方面发展最早,也是发展最为先进的国家,世界上第一口页岩气井就是由美国的技术人员完成,之后又陆续研发了直井、单支水平井、多分支水平井、丛式井等多种方式,页岩气的开发,从垂直井发展到水平井,页岩气的产量也有了很大的提高。
页岩气开发技术水平也走在了世界的前列,而其他国家发展较晚,起步较慢,但随着其他发达国家在页岩气钻完井技术上的成功研发和应用,目前全球都在积极对该技术进行研究创新,由此引发了“页岩气革命”。
1.2 我国页岩气钻完井技术现状 在全球都广泛勘探开发页岩气这一新的天然气能源时,我国迎难而上,很多石油企业都加大了页岩气开发技术的研究,在引进、消化、应用上已取得重大进步。
2009年中石油第一口页岩气井开钻,中石化集团也紧跟其后于第2010年开始了河页1井开钻工程,并于2011年第一口页岩气水平井-建页HF-1完钻。
我国的页岩气开发区域比较集中,一般在重庆涪陵、四川长宁—威远等区块。
面对如此喜人的成绩,我们仍不可忽视页岩气配套钻完井技术暴露出的缺陷,受各区域页岩气储层的物性、裂隙发育程度、气体吸附特征乃至埋深等差异性因素影响,在开采过程中会因为设备或工艺上的原因导致生产事故,也会影响开采效率和产量,最终导致开采投资成本与收益不相符,因此为了更好地提升钻完井技术的应用效果,技术人员需要根据其施工重难点不断完善钻完井技术体系,促使其发展更为成熟。
2 页岩气钻完井技术体系介绍2.1 页岩气钻井技术现阶段页岩气开采主要应用水平井技术,初期由于技术水平较低,研究还未深入,多采用欠平衡钻井法,但其工作效率和产量还能够满足社会需求,随着我国经济发展加快,且技术水平在不断提升,人们对页岩气钻井技术的研究分析更为深入,在总结欠平衡法弊端,结合社会高需求后旋转导向钻井技术应运而生,这种方式的轨迹控制效果好,且避免了对储层造成污染和伤害,保护了开采地周围的生态环境和地理环境,更重要的是可以更为安全高效地对页岩气进行开发。
185中石化在涪陵、南川、威荣等多个区块开展页岩气水平井开发,其水平段长历经1500以内、1500~3000米、3000米以上三个阶段,针对国内页岩气水平井开发,一般把水平段超过3000m的水平井称为长水平段水平井,通过施工3500米以上水平段水平井,其压裂改造段长、产气量将提高至少30%以上,大幅度提高单井产量,减少部署井数量、节省土地征用,突破地形地貌限制等,真正实现“少井高产”,对于页岩气的效益开发具有重要意义。
1 钻完井难点问题针对东胜页岩气区块,从前期施工情况分析来看,主要存在以下钻井难点问题:(1)浅表层漏、垮风险高。
东胜区块浅层以须家河组、雷口坡组地层出露为主,溶洞、裂缝发育,部分井区与地下暗河连通,极易发生恶性漏失,同时由于沉积过程中砾石对原有缝洞的充填,导致钻井过程中易发生掉块垮塌,钻井过程也易发生卡钻事故,严重影响钻井进度。
(2)中上部地层差异大,从上部地层到目的层,发育灰岩、白云岩、泥岩地层,灰岩裂缝发育易造成井漏,而夹杂的泥岩地层也影响井眼稳定性。
(3)长水平段施工井壁稳定与降摩减阻难度大,目的层为泥页岩地层,受钻井液浸泡、地层岩石矿物的水化膨胀、应力传递等影响存在垮塌风险,同时长水平段施工摩阻扭矩急速增加,倒是后续施工难度大幅增加。
(4)固完井难度大,长水平段水平井钻井施工后,套管无法与钻具一样实现倒装,提高上部载荷,套管的下入存在较大难度。
2 井身结构设计井身结构设计是钻井安全顺利施工的首要条件,合理的井身结构设计能有效针对各类风险提供保护措施,为下步施工提供条件,同时能最大限度地减小裸眼段摩阻,为长水平段水平井提供保障。
页岩气水平井井身结构设计主要考虑两点因素,一个是封固不同压力层系的地层;二是封固各类不稳定地层,为下开次的施工提供井眼条件。
其井身结构设计具体为:导管段采用Φ609.6mm钻头×Φ473.1mm套管封固雷口坡组易漏失、易跨地层;一开采用Φ406.4mm钻头×Φ339.7mm套管封固嘉陵江组裂缝发育层;二开采用Φ311.2mm钻头×Φ244.5mm直至进入目的层龙马溪组顶部,套管封固上部二叠系、志留系易漏失层,为三开油基钻井液施工提供条件;三开采用Φ215.9mm钻头与油基钻井液施工水平段直至完钻[1]。
页岩气水平井固井技术研究进展页岩气水平井固井技术研究进展随着能源需求的日益增长,页岩气逐渐成为了替代传统石油天然气的重要资源。
水平井作为主要的生产工具,其固井技术成为了页岩气开发中的重要问题。
近年来,国内外学者针对页岩气水平井固井技术进行了研究,本文就其研究进展进行了综述。
一、水泥固井技术水泥固井是目前水平井固井技术的主流方案,其通过注入水泥浆将套管与井壁固定,防止井壁侵蚀和漏失油气。
然而,页岩气水平井中存在的大量细小裂缝会导致水泥浆的染浸,影响其固结力,并产生裂缝,从而使油气渗漏。
因此,国内外学者在水泥固井领域的研究主要围绕水泥改性与水泥浆稳定性。
其中,P. L. Dürig等(2015)提出了一种纳米级碳酸钙在水泥胶凝体中的应用,该技术能够形成更致密、更均匀的水泥固结体,并使固井力度提高60%以上。
另外,A. C. Boivie等(2018)研究了不同温度下水泥胶凝体的强度和耐久性,发现在较高温度下固井效果更佳。
同时,X. Chen等(2019)通过添加聚丙烯酰胺( PAA)改善了水泥浆体的流动性,并提高了固井效果。
二、环氧树脂固井技术除了传统的水泥的固井技术,针对页岩气开发中水泥固井存在的问题,环氧树脂固井技术被提出。
与水泥固井相比,环氧树脂具有更高的渗透性和粘附性,可以更好地填补井壁的裂缝和孔隙。
因此,为了提高环氧树脂固井的效果,国内外学者进行了一系列相关研究。
其中,B. Li等(2016)研究了环氧树脂固井的最佳浓度、固化时间和接触时间,提高了固井效果并减少了漏失。
同时,Q. Zeng等(2018)通过与水泥固井技术的组合应用,有效地提高了固井的完整性和耐久性。
三、石墨烯增强固井技术石墨烯具有极高的强度和导电性,其与水泥等材料的复合可以有效地加强其力学性能。
因此,石墨烯增强固井技术被提出,并取得了一定的研究进展。
例如,L. Huang等(2019)研究了石墨烯在水泥浆体中的添加量,发现当石墨烯/水泥比例为0.25%时,固井力度可提高71.6%,漏失率降低至0.8%以下。
中国页岩气研究与发展20年:回顾与展望聂海宽;党伟;张珂;苏海琨;丁江辉;李东晖;刘喜武;李沛;李鹏;杨升宇;赵建华;刘秘;陈前;孙川翔;王鹏威;刘子驿【期刊名称】《天然气工业》【年(卷),期】2024(44)3【摘要】中国页岩气科学研究和勘探开发已历经20年,创新形成了以中国南方海相页岩气富集规律为代表的诸多理论与认识,支撑了国内页岩气产业健康快速发展,2023年中国页岩气产量达250×10~8 m~3,在当年全国天然气总产量中的占比超过10%,页岩气已经成为中国天然气产量增量的主力军之一。
为了给中国页岩气产业高质量发展提供借鉴和参考,系统回顾了国内页岩气科学研究和勘探开发历程,归纳总结了富有机质页岩发育机理、页岩气优质储层特征及其成因机制、页岩气源—储协同演化机制、页岩气赋存机理与含气性评价、页岩气富集高产机理与评价、页岩气储层改造、页岩气开采等理论和技术进展,分析研判了面临的技术难题和挑战,指出了海相/陆相/海陆过渡相页岩气富集高产机理、基于动态演化过程的页岩气富集区评价方法、低丰度页岩气高效开发技术以及提高页岩气采收率技术等4个亟需攻关的研究方向。
进而针对中国页岩气商业化勘探开发所面临的挑战,提出以下建议:从新区新领域、老区挖潜及提高采收率现场试验等方面开展页岩气勘探开发攻关探索,以期早日实现中国页岩气多领域多层系、由点到面的大突破和大规模高效勘探开发,全方位推进中国页岩气革命,提升能源高效供给能力,保障国家能源供应安全。
【总页数】33页(P20-52)【作者】聂海宽;党伟;张珂;苏海琨;丁江辉;李东晖;刘喜武;李沛;李鹏;杨升宇;赵建华;刘秘;陈前;孙川翔;王鹏威;刘子驿【作者单位】页岩油气富集机理与高效开发全国重点实验室;中国石化页岩油气勘探开发重点实验室;中国石油化工股份有限公司石油勘探开发研究院;西安石油大学地球科学与工程学院;中国地质大学 ( 北京 ) 能源学院;中国石油国家卓越工程师学院;中国石油大学(华东)【正文语种】中文【中图分类】TE132.2;TE37【相关文献】1.页岩气发展引发的能源革命效应分析——兼论中国页岩气发展的前景与路径2.全球页岩气发展启示与中国未来发展前景展望3.世界页岩气勘探开发现状及我国页岩气发展展望4.对促进中国页岩气勘探开发若干问题的思考——2011年中国页岩气发展回顾与思考5.中国南方海相页岩气勘探理论:回顾与展望因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
页岩气水平井钻井随钻地质导向方法研究发布时间:2021-08-26T11:41:07.867Z 来源:《工程管理前沿》2021年7卷4月第12期作者:张威[导读] 随着我国油气资源的不断前进发展,页岩气已经更成为了一个很重要的资源。
张威中石化中原石油工程公司钻井三公司475300摘要:随着我国油气资源的不断前进发展,页岩气已经更成为了一个很重要的资源。
本次论文基于此背景研究页岩气水平井钻井随钻地质导向问题,研究主要将结合当前我国在页岩气水平井的开发情况,对页岩气水平井随钻地质导向的过程中比较关键的技术及技术的难点进行分析,提出了一系列的关键技术,主要目的是希望可以帮助推动我国在页岩气水平井的进一步向前发展奠定稳定的基础。
根据研究显示:在页岩气水平井钻井作业的过程中,随钻地质导向技术主要存在五大难点问题,分别是纵向靶窗小、靶点精确预测难度大、对比标志层选取难度大、气测资料失真以及仪器盲区影响,因此,相关工作人员需要从靶点深度预测、入靶角论证以及水平段导向三个角度入手,采取合理的技术方案,为推动我国页岩气的进一步发展奠定基础。
关键词:页岩气;水平井;钻井;地质导向;关键技术1前言近些年来,页岩气的快速发展已经促进了社会的进步,是促进社会发展很重要的来源之一,相信在不久的将来,我国会在页岩气开采和勘探这一块加派更多的人力和物力。
其实在页岩气的开发过程中,水平井是一各很典型的发展类型,当然在进行水平井的开发任务之前,需要我们专业的勘探人员对要根据钻井附近的地质情况进行分析,然后进行井眼的轨迹进行全面细致的设计,之后施工人员根据设计的方案进行钻井作业[1]。
但是因为受到很多原因的限制,比如说资料不全,导致在井眼轨迹设计不周全,在实际的钻井作业中也达不到要求。
而本文所讨论的地质导向方法它可以随着钻井作业的进度对地质的参数进行不断评价和对比,根据数据的评价和对比结果,对井眼轨迹的设计结果进行不断的修正,使得钻井作业可以达到预期的目标[2]。
1引言在经济全球化背景下,我国汽油勘探技术迅速发展,且取得了较大的进步,各行各业也十分重视油气储藏。
权威资料表明,非常规的油气储存量占我国总油气资源的80.0%,这类油气开发的成败,对我国油气产量造成了较大的影响。
近年来,这一技术迅速发展,在国外已经实现了商业开采。
国内的技术正在不断完善,虽说页岩气的油气资源比较丰富,但是其开采难度比较大,技术人员面临的考验也比较大。
我国科技人员对这方面的研究起步比较晚,即便是取得了一定的成果,但是相比国外差距较大。
2页岩气储层的定义及地质特征页岩气本身属于吸附、游离的暗色泥页、高碳泥页岩,主要是以吸附状态为主,含有比较集中的天然气,表现为明显的原地藏式,且储存层的密度相对较高,一般集中为纳米级的洞隙。
天然气选择的是多种形式的吸附,一般是游离或者是其他的形式[1]。
在此期间,不会受到构造的控制,为大面积的连续性分布,能够实现奇缘、岩石层面积的保护。
页岩气本身分布在厚度较大的盆地区内,且分布面比较广、厚度高,含气量普遍,能够促使页岩井内的气体产气稳定。
页岩气的资源储存本身是一体的,可以持续地进行储存与收藏,且无明显的圈闭限制,封闭或盖层依然是必不可缺的。
3我国页岩气储层的特殊性与美国相比,我国的页岩层最为明显特征的就是其为陆相岩性。
中国在新生代时期,形成了具有特色的陆相与海陆过渡盆地,且已经形成了连续多套大型且类型各不相同的泥页岩层系统,这些资源主要分布在我国北部、南部,集中在川西凹陷、江汉盆地和苏北盆地等地,这些区域的页岩油气资源丰富,拥有较好的地质开发条件,泥页岩的含量较大,页岩为多样性与复杂性分布。
由于泥页岩的层系比较多,累计的厚度比较大,砂岩层与泥岩层能够相互层叠,可发育,特别是夹层内的发展更加频繁。
内部含有的脆性矿物质含量较低,土层的粘土比较高,热演化相对较低,油气兼顾了产岩、页岩,多样化特征明显,且赋存了复杂的地质条件。
其中,最为典型的沉积区为陆相断陷盆地,在进行陷断期间,可见多个湖泊的侵扰,可见明显的退旋回,暗色泥岩的厚度较大,底层的发育顺序十分特别。
页岩气水平井钻井技术难点及对策研究[摘要]:我国已探明的页岩气储量丰富,已然成为油气勘探领域的热门。
目前,我国针对页岩气的钻探主要采用的是水平井钻井技术,在实际勘探开发过程中暴露出了许多问题,本文主要概述了页岩气水平井钻井过程中的常见问题,有针对性的提出了一些完善对策,旨在能够进一步的推动我国页岩气水平井钻井技术更上一个台阶。
[关键词]:页岩气水平井钻井难点对策一引言石油天然气资源是我国目前主要的能源物质,随着勘探开发的不断推进,油气资源的开采难度越来越大。
近些年,页岩气资源的开采研究工作如火如荼的进行着,根据探明储量表明,页岩气资源储存量大已然成为一种新型的能源物质。
目前,我国针对页岩气资源的钻探主要采用的是水平井钻井技术,但是在钻进的过程中会遇到一些新的问题比如页岩遇水易膨胀、井壁失稳等,这在一定程度上严重的制约了页岩气钻井技术的发展。
因此,本文从页岩气的特征出发,指出了在页岩气水平井钻井过程中存在的难点,并有针对性的给出了完善措施,旨在能够为我国的页岩气勘探开发奠定一定的理论基础。
二页岩气特征页岩气是一种存在于泥岩或者页岩结构中的天然气,由于其自身的产能很低,所以必须要借助更加先进的钻采技术来提高页岩气资源的产量。
相比于常规气藏而言,页岩气藏有很多独特的特征。
首先是从成藏条件上来说,页岩气主要是通过自生自储的方式,而常规气藏主要是通过在路径上进行圈闭;其次,从储集介质上来看,页岩气的岩层主要是页岩和砂质岩夹层,但常规的气藏的介质主要是多孔隙的碳酸盐岩;再者,从气藏的分布来看,页岩气分布面积广,丰度低,但常规气藏相对比较集中,丰度也较高;最后,在气藏的开采方式上来看,页岩气的开采主要是通过压力驱动的方式来进行开采,但常规气藏主要通过储层压裂改造,开采的周期更长。
三页岩气水平井钻井技术难点3.1 钻井摩阻较大页岩气主要通过水平井的方式进行钻采,由于存在着水平段,而且页岩气水平井自身的结构比较复杂,所以在进行钻进的过程中,钻柱在重力的作用下就会和井壁之间产生一定的摩擦力。
doi:10.11911/syztjs.2023030引用格式:袁建强. 中国石化页岩气超长水平段水平井钻井技术新进展与发展建议[J]. 石油钻探技术,2023, 51(4):81-87.YUAN Jianqiang. New progress and development proposals of Sinopec’s drilling technologies for ultra-long horizontal shale gas wells [J]. Petroleum Drilling Techniques ,2023, 51(4):81-87.中国石化页岩气超长水平段水平井钻井技术新进展与发展建议袁建强(中石化石油工程技术服务股份有限公司, 北京 100020)摘 要: 为实现页岩气超长水平段水平井高效开发,中国石化围绕页岩气地质选区评价、装备配套、降摩减阻、低成本高效地质导向、钻井参数分层优化、长寿命高效破岩工具及高效固井等技术进行攻关研究,成功实施了水平段长度超过2 700 m 的水平井15口、超过3 000 m 的水平井5口,初步形成了4 000 m 页岩气超长水平段水平井钻井技术,有力支撑了东胜区块、焦石坝区块等页岩气的高效开发。
概述并分析了中国石化页岩气超长水平段水平井钻井技术的新进展,分析认为,与国外相比,中国石化页岩气超长水平段水平井钻井技术仍存在较大差距,因此建议重点攻关地质选区及评价、关键提速工具、高效钻井液体系、降摩减阻和套管下入与长效封固等关键工具与技术,为实现超长水平段水平井安全高效钻井提供技术支撑。
关键词: 页岩气水平井;超长水平段;钻井技术;技术进展;发展建议;中国石化中图分类号: TE243 文献标志码: A 文章编号: 1001–0890(2023)04–0081–07New Progress and Development Proposals of Sinopec’s Drilling Technologiesfor Ultra-Long Horizontal Shale Gas WellsYUAN Jianqiang(Sinopec Oilfield Service Corporation, Beijing, 100020, China )Abstract: In order to achieve the efficient development of ultra-long horizontal shale gas wells, Sinopec made breakthroughs in technologies such as evaluation of geological area selection, supporting equipment, friction reduction, low-cost and efficient geo-steering, layered optimization of drilling parameters, long-life and efficient rock breaking tools, and efficient cementing, etc. As a result, 15 horizontal wells with a horizontal section of more than 2 700 m and 5 wells with a horizontal section exceeding 3 000 m have been drilled. The technical system for the drilling of horizontal shale gas wells with an ultra-long horizontal section of 4 000 m was formed preliminarily. The above have provided strong support for efficient shale gas development in the Dongsheng Block and the Jiaoshiba Block. However, there is still a big gap between Sinopec’s shale gas ultra-long horizontal well drilling technologies and those of foreign countries. Hence, it was suggested that breakthroughs should be mainly made in tools and technologies including the selection and evaluation of geological areas, key speed-up tools, efficient drilling fluid systems, friction reduction techniques, and casing running and long-term cementing technologies, etc. In this way, it would provide technical support for realizing safe and efficient ultra-long horizontal well drilling.Key words: shale gas horizontal well; ultra-long horizontal section; drilling technology; technological progress;development proposal; Sinopec超长水平段水平井一般指水平段长度大于3 000 m 的水平井。
页岩气开发的地质与工程一体化技术曾义金【摘要】页岩气储层非均质性强,实现工程技术与储层条件的最佳匹配,是实现页岩气经济有效开发的关键。
分析了我国页岩气开发中存在的主要问题,阐述了页岩气储层特征分析方法及关键技术,从地质与工程一体化的角度,系统论述了针对于页岩气储层特征的工程技术思路和方法,建立了页岩气地质与工程一体化的技术体系。
%Because of the strong heterogeneity of shale gas reservoir ,the key to economic and effective shale gas development is to achieve the best match between engineering parameters and reservoir condi-tions .In this paper ,the analysis of problems during shale gas development in China has been obtained ;the analysis methods and key technologies of shale gas reservoir characteristics have been elaborated .From the view of integration of geology and engineering ,the technical idea and methods of engineering closely related to shale reservoir characteristics have been discussed systematically ,and the shale gas geology and engi-neering integration technology system has been established .【期刊名称】《石油钻探技术》【年(卷),期】2014(000)001【总页数】6页(P1-6)【关键词】页岩气;地质参数;工程技术;一体化【作者】曾义金【作者单位】中国石化石油工程技术研究院,北京 100101【正文语种】中文【中图分类】TE22页岩气在全球范围内分布广泛,且开发潜力巨大。