我國頁巖氣水平井進入超長時代
來源：中國石化報 時間：2024-04-15 14:05
鉆井工人正在進行下鉆作業。 李占軍攝
超長水平井是指水平段長度大于3000米的水平井，因其攜帶巖屑困難、鉆具受力復雜、井壁垮塌風險高等諸多技術難題，在山地頁巖氣鉆探中較難實現，一直是國內頁巖氣高效開發的難點。
江漢油田聚焦超長水平井技術難題，開展降摩減阻、軌跡精準控制、防碰繞障等技術攻關，在優快鉆井、精準壓裂等方面不斷積累經驗，有效提升了單井產量和開發效益，實現了頁巖氣田少井高產的目標。截至目前，江漢油田已成功完鉆5口頁巖氣超長水平井，其中焦頁18-S12HF井以4286米刷新國內頁巖氣井最長水平段紀錄。
優，更優
——從“打不成”到“打得快、打得準”
從焦頁1HF井的1007.9米到焦頁18-S12HF井的4286米，江漢油田油氣產能建設管理中心技術管理室副主任葉鑫見證了頁巖氣井水平段長度不斷突破“上限”，同時也感受到地質導向越來越難。
地質導向被稱為鉆頭的“眼睛”，能幫助鉆頭在千米深的地下找準層位。“水平段太長，常規導向技術無法滿足需求，要想控制軌跡并精準中靶，非常難。”葉鑫說。
為打破桎梏，讓鉆頭高速穿行在“薄餅”一樣的優質儲層中，油氣產能建設管理中心聯合科研院所和專業公司，成立地質導向攻關小組，首創“三圖一表”地質導向跟蹤方法，創建可視化地質導向平臺，實現了導向技術的迭代升級。他們利用氣藏管理平臺地質導向模塊，分區建立地質模型，滾動預測地層變化，實時調整軌跡參數，實現了精準控層、高效鉆井。
“水平段一長，工具延伸摩阻增大，攜帶巖屑困難，井筒容易卡鉆，鉆具受力復雜，井壁穩定性差、垮塌風險大，因此，對鉆井設備和鉆具的性能要求更高、優選難度更大。”油氣產能建設管理中心副經理張玉強笑稱，最初打一口超長水平井的難度不亞于“西天取經”。
責任在肩，縱然有重重難關，也要一一闖關。
為減少摩阻，技術人員實時分析巖屑返出量和形態，判斷井眼清潔狀況，通過優化前置液，細化通井、劃眼和井眼清洗方案，持續加強循環排砂，保證超長水平段井筒清潔暢通。
在鉆進過程中，他們通過對地層巖性和可鉆性，以及防碰繞障與防壓裂干擾等技術的深入研究，有針對性地實時控制鉆井參數，順利實現了超長水平段“一趟鉆”。
為了讓套管平滑向前推進4000多米，技術人員經過研究討論，采取加裝扶正器、優化管串結構等措施，確保了下套管成功。
目前，油氣產能建設管理中心已創新形成超長水平井關鍵裝備與工具配套、超長水平井降摩減阻、超長水平井鉆井參數動態優化等技術，實現了從“打不成”到“打得快、打得準”的重大跨越。
沒有最優，只有更優。在此基礎上，技術人員持續創新、大膽嘗試，在焦頁26-Z2HF井展開超長水平井“瘦身”試驗。
所謂“瘦身井”，就是從設計源頭優化，縮小各開次井眼及套管尺寸，有助于提高鉆井速度、節約施工成本。但隨著井筒縮小，配套的鉆頭、螺桿鉆具等井下工具也要相應變化；環空間隙變小，下套管的摩阻也會增大……“瘦身井”技術首次在超長水平井中應用，施工難上加難。
油氣產能建設管理中心組建一體化技術攻關團隊，深化地層儲層物性、巖石力學等研究，持續優化施工方案，優選鉆具組合，采用高鉆壓、大排量、高轉速等激進鉆井參數，全力提高鉆井速度和質量。
“1月底，焦頁26-Z2HF井已順利完井。全井平均機械鉆速達15.14米/小時，水平段機械鉆速達18.7米/小時，優質儲層穿行率達100%，實現了地質和工程雙優目標，為涪陵頁巖氣田‘瘦身井’超長水平段施工積累了寶貴的技術經驗。”油氣產能建設管理中心鉆井管理室副主任林安國說。
準，更準
——精準壓開4000多米長“薄餅”
“最難的是精準。”談起超長水平井的壓裂難點，油氣產能建設管理中心完井管理室副主任吳魏感嘆，“鄰井干擾大，到處是人工縫網，生怕壓竄了、能量跑了。”
在部署超長水平井時，江漢油田更多是選取地質條件相對較好的焦石壩老區。然而，老區井網密集，甚至有的井與井之間距離僅30米，用技術人員的話來說，就是“360度都有老井”。以焦頁18-S12HF井為例，該井所在的焦頁18號東平臺采用“兩層樓”立體開發模式，不大的平臺上部署了14口井，新井壓裂時容易和老井縫網溝通，一旦壓竄了，后果不可逆。
此外，隨著水平段延伸，施工排量提升受限，壓裂液的流速越來越慢，支撐劑沉降速度會更快，一方面極易發生堵塞，另一方面能量不足會影響改造效果。再加上水平段太長，下到井底的工具取出困難，一旦出現故障，無法處理。這一切都要求壓裂施工一旦開始，就不能失誤。
如何分段、精準壓裂，既達到預期儲層改造效果，又降低對鄰井的負面影響？這幾年，吳魏沒少費思量。
他介紹，焦頁18-S12HF井4286米水平段光是壓裂分段就花了兩個月時間，“以前最多壓30段，這口井大家經過討論，最后定下來57段”。在57段中，哪些段多用砂用液以擴大改造規模、哪些段要控制改造規模或者放棄改造，精準壓裂的“度”并不好把握。
為此，油氣產能建設管理中心深入開展建模數模一體化研究，通過建立數值模型，精細描述層理縫發育、應力變化情況，定量預測剩余儲量，更清楚地了解鄰井人工縫網走向、儲層改造效果、每個小層的開采及剩余氣分布情況。
氣藏變“透明”后，技術人員在立體縫網中有的放矢，明確每一段的壓裂規模、設計參數，以最大程度釋放產能，同時開展簇數、排量、規模等工藝參數縫網模擬分析，建立精準壓裂模型，優選縫網形態與剩余氣匹配并滿足效益開發的工程方案，在壓裂過程中通過現場分析與動態調控，實現精準壓裂。目前，施工反演縫網與剩余氣匹配度超過85%。
“為保證壓裂改造效果，我們把暫堵工藝用到了極致。”吳魏說。考慮到超長水平井與鄰井空間位置復雜，他們運用雙暫堵精準壓裂工藝，提前研判、及時下放暫堵劑或暫堵球，避免新井縫網與鄰井人工縫網溝通形成優勢縫網。焦頁18-S12HF井第42~54段周邊與老井距離較近、壓竄風險較大，在壓裂過程中，技術人員采取提前暫堵等方式，保證了施工正常進行。
借助氣藏智能管理平臺，技術人員針對不同區塊，根據埋深設置壓力梯度變化預警參數，實時監控周邊鄰井壓力變化。“比如設置的壓力梯度參數是2，超過2說明鄰井壓力變化幅度大，有可能是新、老井裂縫發生竄通，產生了負面干擾，導致老井復產受到影響、產量降低。這時候就要調整規模和參數。”吳魏介紹。
當焦頁18-S12HF井壓裂至第49段、52段、53段時，相鄰的焦頁19-2HF井和18-9HF井均出現井口壓力增加超過3兆帕的情況。接收到系統發送的報警短信，技術人員當即決定采取“中途停泵+二次暫堵+降排量施工”的方式，既保證了施工正常進行，又減少了對鄰井的負面影響。目前，焦頁18-S12HF井壓裂改造后井口壓力高達20兆帕，地層能量充足，對老井壓裂沖擊也以正面影響為主。
以特色技術助力超長鉆探
經緯公司定向井工程總監 文 濤
隨著頁巖氣高效開發不斷推進，長水平段水平井已逐漸成為頁巖氣開發領域的主要發展方向，其中水平段長大于3000米的超長水平段水平井在提高單井產量和提升經濟效益方面具有巨大優勢。面對涪陵頁巖氣田特有的地質條件，經緯公司開展專項攻關，形成了多項特色技術，有效提高了超長水平井的鉆遇率和井眼質量，降低了鉆井成本。
技術人員通過對頁巖儲層巖性特征分析、地層精細劃分及四性關系研究，總結出涪陵地區頁巖儲層“甜點”特征，形成了頁巖氣長水平段常規定向鉆具“甜點”穿行技術。在現場鉆井過程中，經緯公司采用頁巖儲層“甜點”判別方法，通過伽馬、氣測、鉆時等曲線特征，及時調整井眼軌跡，控制鉆頭在設計層中穿行，大幅提高了頁巖儲層“甜點”段的鉆遇率。
隨著水平段長度增加，長裸眼水平段延伸極限預測難度大、井筒凈化困難、摩阻扭矩大、鉆壓無法有效傳遞等難題也隨之而來。經緯公司通過研究低摩阻變曲率剖面設計方法、優化長水平段鉆具組合、高效利用降摩減阻工具等措施，形成了頁巖氣長水平段“一趟鉆”鉆井技術。目前，涪陵頁巖氣田2500米水平段均已實現常規定向工具穿行，水平段“一趟鉆”完成占比達到30%以上。
由經緯公司自主研發的經緯剛毅牽引器經過3次迭代升級，已成為集研、產、服、用于一體的全產業鏈自主品牌。這項技術成功解決了深層頁巖氣超長水平段套管井測井施工困難等難題，形成了一套長水平段、上翹水平井等疑難水平井施工的標準和規范，填補了國內多項空白，目前已在涪陵氣田完成水平段長超過2500米水平井輸送近200井次。
為了進一步提升作業效率和安全性，經緯公司對施工工藝進行了系統優化，通過引進先進測量設備和實施嚴格作業流程控制，確保施工過程高效規范。此外，針對超長水平井的特殊要求，技術人員還制定了一套完善的井下復雜情況處理方案，包括智能化施工管理、精細化作業技術等，既保障了施工的連續性和穩定性，又提高了作業時效和安全性。
焦頁18-S12HF井是在涪陵工區部署的一口重點水平井，所處區塊地層構造復雜，周邊鄰井眾多，面臨較大的井控風險和防碰風險，必須保證精準鉆進。按照集團公司“3000米提效、4000米配套、5000米攻關”的超長水平井“三步走”戰略，經緯公司與江漢油田、江漢石油工程、工程院等企業緊密協作，順利完成了該井4286米超長水平段施工，形成了超長水平段“一趟鉆”鉆井關鍵技術4項、一體化管理經驗4項，為今后超長水平段水平井安全高效鉆井提供了更多的有益借鑒。（夏 梅 駱洪鋒）
責任編輯：江蓬新
