頁巖氣開發(fā)專題(六) | 李光全：中石化頁巖氣工程技術(shù)進展
編者按 l 以“高效推動中國頁巖氣開發(fā)”為主題的第九屆中國頁巖氣發(fā)展大會，于2019年12月28日成都勝利閉幕。本屆大會由中國石油天然氣集團公司、中國石油化工集團有限公司、中海油研究總院有限責(zé)任公司、中國石油化工集團工程技術(shù)顧問有限公司，中國海洋石油研究院，以及中國石油大學(xué)、中國石油工程學(xué)院非常規(guī)科學(xué)技術(shù)研究院、四川省人民政府、成都市博覽局、北京振威展覽有限公司、《石油與裝備》共同組織召開。
石化集團公司高級專家李光泉教授
第九屆中國頁巖氣發(fā)展大會圍繞頁巖氣開發(fā)產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展、高效開發(fā)、技術(shù)創(chuàng)新管理等層面的熱點話題，進行廣泛深入的探討。中石化集團公司高級專家李光泉教授強調(diào)，中石化用一年的時間圍繞“五大工程”開發(fā)了23項涉及從鉆井到全專業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈主要成果，取得的成效等，對推動頁巖氣的技術(shù)進步，對資源的有效開發(fā)利用，起到關(guān)鍵性的支撐作用。李光泉教授表示，今后頁巖氣重點要提升完善七個方面要攻關(guān)的技術(shù)。
以下為石化集團公司高級專家李光泉教授現(xiàn)場發(fā)言實錄：
謝謝各位嘉賓、各位專家、各位代表：
我代表中石化給大家做“石油工程技術(shù)新進展及攻關(guān)方向”的匯報。我的報告分為這四個部分：
第一個是前沿，中石化緊緊圍繞液力端重點產(chǎn)能建設(shè)工程，不斷強化科技攻關(guān)、深化工程與地質(zhì)的有機融合，通過涪陵頁巖氣產(chǎn)能建設(shè)示范區(qū)800余口井的應(yīng)用和工程實踐，形成了較為恩成熟的頁巖氣勘探開發(fā)工程配套技術(shù)和高效運營管理模式，有效促進了頁巖氣開發(fā)“提速、提效、提質(zhì)、提產(chǎn)”。
我重點講講2019年以來中石化在液力端方面的工作。以保障頁巖氣商業(yè)開發(fā)和效益開發(fā)為目標(biāo)，圍繞涪陵氣田上產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、威榮氣田產(chǎn)能建設(shè)、深層和常壓頁巖氣開發(fā)、新區(qū)新層系攻關(guān)突破、提速提效提質(zhì)提產(chǎn)等五大工程，依托成套頁巖氣工程技術(shù)系列化、配套化、標(biāo)準(zhǔn)化和產(chǎn)業(yè)化基礎(chǔ)，強化“工程服務(wù)一體化”和“地質(zhì)工程一體化”，為客戶提供液力端開發(fā)全生命周期的工程服務(wù)和解決方案。
在威榮、長寧、永遠、丁山、宜昌和涪陵等10余個頁巖氣區(qū)塊累計經(jīng)355口、列壓131井次/2771段，支撐了四川盆地深層頁巖氣新發(fā)現(xiàn)、宜昌常壓頁巖氣新突破。
1.頁巖氣勘探開發(fā)實現(xiàn)了“兩降一穩(wěn)”，強化頁巖氣開發(fā)工程“兩個一體化”新概念，優(yōu)化升級工藝、技術(shù)、裝備，實現(xiàn)了“施工周期下降、故障復(fù)雜時效下降、工程質(zhì)量穩(wěn)定”的“兩降一穩(wěn)”，整體工程成本下降40%。特別是2018年，故障率降低了28%，包括優(yōu)質(zhì)層鉆遇率由84%提高到98.9%，鉆井周期由原來的98天降低到現(xiàn)在的48天。
2.工程技術(shù)能力實現(xiàn)快速提升。一是鉆井參數(shù)強化實現(xiàn)提速突破；二是超長水平井鉆完井技術(shù)實現(xiàn)突破；三是提速工具研制及應(yīng)用取得突破，平均機械鉆速提升30%以上，三開鉆井周期縮短40%；四是低成本高效鉆井液取得突破；五是體校增產(chǎn)壓裂技術(shù)的突破。
3.創(chuàng)造出了10余項工程紀(jì)錄。創(chuàng)頁巖氣水平段最長，水平段一趟鉆進尺最長、鉆井周期最短、壓裂井深最深、壓裂施工壓力最高、單井分段壓裂段數(shù)最多等10余項工程紀(jì)錄。
二、主要成果和技術(shù)進展
1.產(chǎn)業(yè)鏈延伸效果顯著。聚焦產(chǎn)業(yè)鏈向上、向下延伸，開展針對性攻關(guān)研究，助力業(yè)務(wù)拓展，形成頁巖氣全產(chǎn)業(yè)鏈工程服務(wù)能力。向上延伸取得新突破，形成工程設(shè)計技術(shù)，在宜昌工程設(shè)計100余井次，在油氣藏地質(zhì)、油氣藏工程等方案的編制，參與方案的編制，建立了800余口井頁巖氣大數(shù)據(jù)庫，構(gòu)建了一體化數(shù)據(jù)平臺，工程服務(wù)實現(xiàn)大數(shù)據(jù)分析，專家只能決策一體化服務(wù)。產(chǎn)業(yè)鏈向下延伸主要是研制5000型電動壓裂泵，175Mpa高壓管匯，52Mpa高壓鉆井泵，包括高壓大噸位帶壓作業(yè)機。第二就是研制了8大類76種連續(xù)油管工具，3類12種非常規(guī)完井分段工具，12000N大功率牽引器等裝備，自動化率達到了95%，自給率達到98%，整體成本下降30%。另外自主知識產(chǎn)權(quán)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具SINOMACS ATSI研制取得了新突破，應(yīng)用了3井次，最長進尺達到857M，連續(xù)工作時間141h。
2018年以來，累計開展總包、大包服務(wù)150口井，作業(yè)效率提升30%，鉆井周期縮短32.7%，平均井深增加26.3%的情況下，鉆井周期縮短7%。
2.地質(zhì)工程一體化取得新突破。主要是構(gòu)建“精細地質(zhì)描述-技術(shù)研究-工程設(shè)計-組織實施-綜合評價”地質(zhì)工程一體化技術(shù)及管理模式。形成了定側(cè)錄導(dǎo)一體化技術(shù)，水平段儲層鉆遇率99.36%，優(yōu)質(zhì)儲層穿行率97.29%，地質(zhì)研究分析地層可鉆性和地層壓力，預(yù)測故障/復(fù)雜，配套鉆井強化參數(shù)工藝，鉆井周期同比縮短34.7%；推廣設(shè)計液體一體化服務(wù)，配套密切割設(shè)計及工藝，單段服務(wù)價格同比下降20%，產(chǎn)量提升25%以上。通過優(yōu)化的鉆井設(shè)計、完善配套技術(shù)、壓裂理念創(chuàng)新、改造工藝升級、低成本配套探索聚焦提質(zhì)提產(chǎn)的開發(fā)。突破每100米壓一段的傳統(tǒng)分段方案，形成每50-70米壓一段的新方案。特別是在宜昌、貴州等地區(qū)地質(zhì)工程一體化服務(wù)60余井次，取得了良好的效果。并且在宜昌、貴州地區(qū)應(yīng)用20余口井，作業(yè)時效提升30%，實現(xiàn)了志留系、寒武系、震旦系的頁巖氣勘探突破。在川渝地區(qū)應(yīng)用了10多口井，井深最深達到了5400多米。
3.參數(shù)強化鉆井技術(shù)應(yīng)用效果明顯。一是配套高壓裝備，配套了52Mpa高壓泵和70Mpa的的高壓地面管匯，包括500噸雙電機頂驅(qū)；二是提高鉆井石工參數(shù)，高鉆壓、高轉(zhuǎn)速、高泵壓、大批量，提高參數(shù)20%；三是推廣應(yīng)用20口井，機械鉆速同比提高30%，一開、二開都有很大提高。
4.長水平段水平井鉆井技術(shù)基本形成，優(yōu)化五點六段制、雙二維剖面，參數(shù)強化鉆井工藝。在涪陵工業(yè)區(qū)規(guī)模推廣，70%新增井水平段達到了2000m，11口井水平段長超過2500m，水平段最長3065m，創(chuàng)國內(nèi)陸上頁巖氣紀(jì)錄。
5.“一趟鉆”優(yōu)快鉆井技術(shù)規(guī)模化應(yīng)用。混合鉆頭，長壽命、高扭矩、高強度矩螺桿，還有誰力振蕩器、旋轉(zhuǎn)沖擊器等提速工具。一開一趟段，二開由原來的8次現(xiàn)在下降到6.2次，三開造斜段一趟鉆和上部氣層水平段一趟鉆完成率85%，水平段一趟鉆最高進尺2743m。
6.鈣鉀基鉆井液體系實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。開發(fā)防漏防垮鉆井液處理劑，構(gòu)建了防漏防垮鉆井液體系，在涪陵全面應(yīng)用，推廣了230口井，單井節(jié)約泥漿成本5-8萬元。
7.頁巖水基鉆井液實現(xiàn)系列化。主要是開發(fā)了多種頁巖水基鉆井液關(guān)鍵處理劑，構(gòu)建多套頁巖水平井水基鉆井液體系，多個區(qū)塊成功應(yīng)用。
8.高性能水泥漿體系有效預(yù)防環(huán)空帶壓，首先是抗高交變載荷體系，首先是研發(fā)有效改善水泥石力學(xué)性能的關(guān)鍵處理劑，二是“三高一低”抗高交變載荷水泥漿體系，在茯苓地區(qū)應(yīng)用在18口井。開發(fā)了遇油氣智能響應(yīng)的固井外加劑。還有就是研發(fā)了高溫泡沫水泥漿體系，耐溫120度，密度在1.1-1.6，自主研發(fā)了液氮泡沫水泥漿固井裝備，效果非常好，低密度泡沫水泥漿，應(yīng)用10余口井。
9.定測錄導(dǎo)一體化規(guī)?；茝V，建立地質(zhì)精細控制模型，開發(fā)地質(zhì)導(dǎo)向分析系統(tǒng)，應(yīng)用了100余井次，儲層穿行率98.9%，形成鉆速提高了91%，單井平均節(jié)約11.5天，節(jié)約37.3%。
10.近鉆頭隨鉆伽馬成像系統(tǒng)日趨成熟，開發(fā)國內(nèi)首套電磁波跨螺桿短傳近鉆頭伽馬成像儀器，耐溫150度，耐壓140Mpa，應(yīng)用了5井次，工作時間168h，進尺294m，而且密度也比較高，2.13，成像效果還不錯。
11.大功率牽引器多次創(chuàng)出新紀(jì)錄。研制了第四代大功率牽引器，拓展了牽引作業(yè)技術(shù)，應(yīng)用了344口井，10余次刷新國內(nèi)紀(jì)錄。
12.碳同位素隨鉆錄井技術(shù)初見成效。隨鉆檢測甲烷、乙烷和丙烷的13C同位素，頁巖油氣地質(zhì)甜點點評，基于碳同位素計算的相對含氣量和基質(zhì)滲透性系數(shù)，實現(xiàn)頁巖油氣甜點快速評價，為水平井鉆取層段選取、壓裂方案制訂提供了非常好的依據(jù)。所以說咱們頁巖氣生產(chǎn)井同位素產(chǎn)能曲線有效加快，一個是雙曲遞減和指數(shù)遞減結(jié)合，預(yù)測頁巖氣生產(chǎn)產(chǎn)能曲線；另外開采晚期生產(chǎn)井EUR預(yù)測與傳統(tǒng)方法預(yù)測結(jié)果相差小；再一個取得了很好的效果。另外就是它優(yōu)選頁巖氣勘探開發(fā)主力層系，輔助水平井地質(zhì)導(dǎo)向，常規(guī)導(dǎo)向參數(shù)無法判識情況下，應(yīng)用短距離碳同位素變化敏感性作為標(biāo)尺，輔助水平井地質(zhì)導(dǎo)向。在多個油田應(yīng)用。
13.密切割+暫堵轉(zhuǎn)向壓裂工藝增產(chǎn)效果明顯。升級壓裂改造理念，由初期SRV最大化轉(zhuǎn)變?yōu)镾RV最大化、復(fù)雜度最大化、加砂強度最大化，縮短段、簇艱巨，增加單段簇數(shù)。第二個就是工藝技術(shù)升級換代，由“變排量、變粘度、變粒徑”向“投球暫堵”轉(zhuǎn)變，另外簇產(chǎn)氣均方產(chǎn)的顯著下降，下降了50%和80%，而且鋪砂模式采用高強度連續(xù)加砂，加砂強度由1.0到1.5到2.0t/m，應(yīng)用30多口井，平均測試壓力17Mpa，測試產(chǎn)量21萬方/天，效果不錯。
14.微地震-壓裂工程一體化評估技術(shù)初見成效。定量表征異常地質(zhì)構(gòu)造、壓裂參數(shù)與微地震響應(yīng)關(guān)系，當(dāng)裂縫指數(shù)在0.25-0.5時水力壓裂會出現(xiàn)復(fù)雜裂縫網(wǎng)絡(luò)形態(tài)；第二是開發(fā)列壓-微地震工程數(shù)據(jù)綜合處理軟件，也應(yīng)用了3井，實現(xiàn)現(xiàn)場列壓效果的快速評價及壓裂設(shè)計的動態(tài)調(diào)整、規(guī)避工程地質(zhì)風(fēng)險。
15.多級射孔技術(shù)日臻完美，升級完善配套工具，拓展延伸技術(shù)系列，應(yīng)用247口井4103段2萬簇，效果也很不錯，最大牽引角度達到了109度。
16.FLICK-2一體化可變粘乳液型壓裂液助力常壓頁巖氣實現(xiàn)重大突破。減阻劑FLICK，復(fù)合增效劑FLYF，構(gòu)建了可變粘乳液型頁巖氣壓裂液體系，現(xiàn)在應(yīng)用了4口井，成本節(jié)約了15%以上。
17.常規(guī)頁巖氣大規(guī)模排采技術(shù)開發(fā)成功，針對常壓頁巖氣井壓后依靠地層自身能量返排困難，開發(fā)了兩種井筒誘導(dǎo)助排技術(shù)。一個是壓力系數(shù)大于1.0，如果低于1.0，就是地層能量不足將井筒內(nèi)液體舉升至地面，電潛泵排水采氣工藝。
18.頁巖油壓裂工藝技術(shù)初見成效。鹽間頁巖油密切割+暫堵專項+二氧化碳復(fù)合壓裂工藝技術(shù)，累計出油232.64平方米，初步表明“水平井密切割+暫堵專項+二氧化碳復(fù)合壓裂”對鹽間頁巖油具有較好的適應(yīng)性。
19.自主開發(fā)的ATS I型旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)試驗成功。第一次是在營72，造斜段率達到12.19度/100米，最近也是取得了突破性的進展。
20.配套和研發(fā)相關(guān)裝備工具，滿足強化參數(shù)鉆井需求。52Mpa高壓泵井泵，研制了2200HP高壓泵井泵，升級35Mpa，1600HP鉆井泵，滿足了52Mpa施工要求；再就是2000型高壓固井車，這個是工程院聯(lián)合搞的；另外就是鉆井井底鉆柱優(yōu)化，系列化鉆頭、水力振蕩器，研制了近鉆頭監(jiān)測儀，旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)配套鉆頭鉆具等等工具。
21.全電動壓裂裝備實現(xiàn)整體配套應(yīng)用。5000型電動壓裂裝置，六相變頻電機驅(qū)動，一級雙泵多種組合整機設(shè)計；再就是電動混砂裝置；另外就是175MPA高壓管匯，突破了最高140Mpa壓力等級管制，填補國際空白。
22.分段完井工具大規(guī)模應(yīng)用。復(fù)合材料橋塞，打破國外壟斷，擁有專利9項，應(yīng)用3000余只，價格下降70%?？扇軜蛉麘?yīng)用200余只，達到國際先進水平；再就是可試壓趾端滑套，有4項專利，省去連續(xù)油管/牽引器首段射孔。
23.連續(xù)油管井下工具實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。連續(xù)油管打撈中心，首創(chuàng)井口防噴裝置連續(xù)及打撈方案，填補了行業(yè)空白；另外就是研制了8大類76種連續(xù)油管工具，研制了連續(xù)油管穿光纖/電纜裝置，首次實現(xiàn)國內(nèi)1.8mm光纖穿入，研發(fā)出國內(nèi)首套連續(xù)油管光纖井下數(shù)據(jù)傳輸平臺。
三、問題與挑戰(zhàn)
1.茯苓老區(qū)加密調(diào)整井鉆井提速提效難度大。主要是大叢式立體布井模式帶來的防碰壓力；另外是老區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜、鉆井受壓裂干擾現(xiàn)象逐漸增多，部分地區(qū)巖石可鉆性差等三大問題制約。相應(yīng)的對策我也想了幾條，比如說淺層預(yù)繞障，及時糾偏；還有就是推廣探壓鉆井；另外就是推廣強化參數(shù)鉆井提速技術(shù)。
2.榮威區(qū)塊深層頁巖氣鉆完井周期長、鉆速低、高效開發(fā)難度大。頁巖氣水基鉆井液老漿比例20%，較油基比例低45%。分析原因上就是可性差，巖性的變化等等，也提出了相應(yīng)的對策。
3.部分區(qū)塊淺表層漏失、井垮嚴(yán)重，成井困難。部分區(qū)快地表出露地層為須家河/雷口坡組，鉆進過程中時常出現(xiàn)放空、失返、井垮等惡性復(fù)雜情況，處理過程中又反復(fù)出現(xiàn)“放不下、提不起、轉(zhuǎn)不動、沖不開”的現(xiàn)象，針對這個還專門開了一個會。技術(shù)對策呢，特別是加強工程探測和解釋，井口開孔避免復(fù)雜地層，優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)。
4.深層頁巖氣壓裂復(fù)雜縫網(wǎng)構(gòu)建、縫網(wǎng)的連通性和整體導(dǎo)流能力有待進一步提高。深層頁巖埋深較大。
5.部分區(qū)塊套變問題突出，分段壓裂工藝施工周期長，作業(yè)效率低。壓裂前后均有套變情況發(fā)生，威榮地區(qū)總套變率66.7%，永遠地區(qū)套變率8.3%，套變位置與地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜關(guān)系明顯，套變并作業(yè)周期長，效率低。
四、下步方向
一個是頁巖氣分支水平井鉆完井技術(shù)，重點攻關(guān)分支井軌道控制、完井工藝等，滿足涪陵頁巖氣立體開發(fā)需求，實現(xiàn)多層系高效動用。川渝頁巖氣長水平段及強化參數(shù)鉆完井關(guān)鍵技術(shù)，優(yōu)化3000m長水平段鉆井工藝、強化參數(shù)鉆井工藝等，優(yōu)化設(shè)備配套，攻關(guān)4000m長水平段鉆井關(guān)鍵技術(shù)；三是涪陵頁巖氣田加密調(diào)整井鉆井關(guān)鍵技術(shù)，重點攻關(guān)三維防碰掃描、軌道精準(zhǔn)控制、預(yù)防壓裂層間干擾等關(guān)鍵技術(shù)，強化參數(shù)鉆井，全面提速提效；四是威榮深層頁巖氣高效鉆井關(guān)鍵技術(shù)，重點攻關(guān)目的層優(yōu)快鉆井、鉆井液重復(fù)利用、套變井預(yù)防與處理等關(guān)鍵技術(shù)，形成配套高效鉆井關(guān)鍵技術(shù)；五是深層頁巖氣固井關(guān)鍵技術(shù)，攻關(guān)高溫高密度固井水泥漿體系，套管附件安全下入等關(guān)鍵技術(shù)，滿足4000m以深，溫度150度以上，密度2.5克/立方厘米以上深層頁巖氣頁巖固井需求；六是近斷層頁巖氣非對稱體積壓裂關(guān)鍵技術(shù)，重點攻關(guān)近斷層復(fù)雜應(yīng)力場裂啟列及擴展規(guī)律、非對稱縫體積改造優(yōu)化設(shè)計、低濾失多尺寸縫的一體化壓裂液體系等，解決近斷層頁巖增產(chǎn)改造技術(shù)難題；最后一項是頁巖氣提速提效集成技術(shù)，定制川渝地區(qū)頁巖氣鉆完井提速提效技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)工藝包，全面推廣應(yīng)用提速提效集成技術(shù)，系統(tǒng)提速提效。
謝謝各位，不到之處請批評指正，謝謝各位！
（本文系第九屆中國頁巖氣發(fā)展論壇系列系列報道，專家未確認，記錄或有偏差。）
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