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力破技术瓶颈,助力高效开发

——记吉木萨尔页岩油超长水平段钻井技术研发及应用
作者:聂梦婷 席传明 高迎春   时间:2019-12-19   来源:永利日报

项目攻关组在现场研究讨论综合录井曲线。本报通讯员 裘新农 摄

钻井工程研究所的工作人员正把井上的泥浆样品装车送检。

技术攻关小组在现场指挥部进行技术研讨。 本报通讯员 裘新农 摄

技术背景

作为非常规油气资源的典型代表,页岩油是常规油气资源的重要接替领域之一。因此,加快页岩油业务发展是保障国家能源安全的一条现实途径。

虽然储量喜人,但吉木萨尔页岩油的开采条件并不理想——地面条件复杂,地表存在大面积的农田、公益林、水库等,征地环评费用高、难度大,井位部署受限,长期以来,这些因素都制约着该地区页岩油经济、高效的动用。

技术研发

为了保障3000米超长水平段水平井的顺利开发,工程技术研究院攻关小组形成井壁稳定与减摩降阻技术、轨迹优化与精细控制技术、井眼清洁与井壁修正技术、套管安全下入与固井技术4项关键技术,实现有力支撑保障。

技术应用

今年8月2日,JHW00421井顺利固井碰压,成为新疆油田首口水平段超3000米的水平井,并以3100米超长水平段刷新了国内陆上非常规油气藏最长水平段和套管固井完井最长水平段两项国内纪录;11月11日,JHW00422井顺利固井碰压,以水平段长3500米宣告新疆油田超长水平段钻完井技术再上新台阶。

今年1月,中国石油集团经济技术研究院发布《2018年国内外油气行业发展报告》称,2018年中国的石油进口量为4.4亿吨,同比增长11%,石油对外依存度升至69.8%。

这意味着,构建全面开放条件下的油气安全保障体系,提升国际油气市场话语权,成为当务之急。

而作为非常规油气资源的典型代表,页岩油是常规油气资源的重要接替领域之一。因此,加快页岩油业务发展是保障国家能源安全的一条现实途径。

高效开发困难重重

准噶尔盆地吉木萨尔凹陷二叠系芦草沟组页岩油储量巨大,是中国陆相页岩油的典型代表之一。

然而,虽然储量喜人,但吉木萨尔页岩油的开采条件并不理想——地面条件复杂,地表存在大面积的农田、公益林、水库等,征地环评费用高、难度大,井位部署受限,长期以来,这些因素都制约着该地区页岩油经济、高效的动用。

为解决页岩油开采的实际问题、实现增速上产,新疆油田公司积极借鉴北美非常规油气资源长水平段(3000-5000米)开发方式,以期借鉴他山之石,探索页岩油产能建设新模式、打败阻拦产量“变现”的拦路虎。

然而,确保超长水平段(>3000米)安全钻完井、为后期体积改造和采油作业提供优质井筒条件是这项“探索”成功与否的第一道难关。放眼国内,水平段超3000米的水平井凤毛麟角,超长水平段钻井技术并不成熟。截至去年,新疆油田钻成的历史最长水平段也仅仅为2066米。

水平段每增加1米,风险就会增加一分,3000米水平段的施工难度可想而知。此外,超长水平段水平井更摆出了一道道钻完井难题——摩阻扭矩大、井眼清洁困难、长裸眼段井壁易失稳、油层薄(仅2.5-3米),井眼轨迹控制要求高……

今年以来,新疆油田工程技术研究院成立技术攻关小组,围绕“安全、高效、优质”开展超长水平段钻完井技术攻关。秉承地质工程一体化的理念,与地质研究人员精心论证、反复探讨,选取油层横向发育相对稳定的东南部区域开展3000米超长水平段水平井开发试验。

四项技术形成支撑

为了保障3000米超长水平段水平井的顺利开发,工程技术研究院攻关小组形成4项关键技术,实现有力支撑保障。

第一项技术是井壁稳定与减摩降阻技术。研发人员基于薄弱地层风险评价、各工况侧向力和下套管摩阻分析,优化技术套管下深至A靶点,降低套管下入摩阻12%以上,封隔造斜段不稳定褐色泥岩,有效降低侧向力,为水平段专打创造有利条件。同时,为保障超长泥页岩裸眼段井壁稳定、进一步降低摩阻扭矩,兼顾成本与性能,优选白油基钻井液体系并优化其油水比。这项技术在现场应用中表现出良好的流变性和电稳定性,使套井身结构与油基钻井液相辅相成,释放油层段实钻钻井液密度压力,实现了零复杂安全钻井。

第二项技术是轨迹优化与精细控制技术,该技术依托地质工程一体化研究,建立综合甜点评价描述方法,明确了体积改造的甜点目标,兼顾大尺寸造斜和完井作业难度,设计合理的靶前位移。试验井组为3井平台,依据不同偏移距进行个性化轨迹设计——小偏移距采用底部集中增扭五段制轨迹,大偏移距井则进行三维轨迹二维优化。造斜段钻进过程中与地质方紧密结合,追踪油层以上发育的两套标志层,确保了轨迹精准入靶;水平段优选高精度地质导向工具,配合碳酸盐和岩屑矿物分析,准确判断甜点钻遇情况,确保了实钻轨迹平滑和油层高钻遇率。

项目攻关组在现场讨论钻井岩屑样本。本报通讯员 裘新农 摄

项目组成员正在探讨超长水平井的数据图表,以便制定科学的钻井方案。

项目组成员正在分析实钻过程中油基钻井液的性能参数。

项目组成员正在分析目标井周围分布的邻井情况。

第三项技术是井眼清洁与井壁修正技术。攻关小组建立了水平环空岩屑运移三层几何模型,对钻杆旋转对岩屑分布及运移速度的影响规律进行数值模拟,将理论模型和数值模拟结果进行数学回归得到多参数耦合的稳态岩屑床高度工程模型。此外,以井眼“干净”为约束条件,明确了超长水平段井眼清洁的关键参数(排量、转速和钻井液性能关键指标);基于等效变形弯矩分析,以刚度比1为约束边界,选取对应井眼曲率的等效刚度系数,从而优化通井钻具组合、修正井壁,为套管安全下入提供支撑。

第四项技术是套管安全下入与固井技术。攻关小组以提高水泥浆顶替效率为约束,定量计算套管居中度,合理优选套管扶正器类型(考虑页岩储层属中等强度地层,选用轮径较大、本体外径较小的螺旋滚轮扶正器)并优化其安放位置,达到提高套管居中度、控制混浆带的目标;优化水泥浆柱结构、采用变排量注替水泥浆,实现固井中井底ECD大于地层压力的目标,确保固井质量优质。

连破两项国内记录

通过4项关键技术的运用,工程技术研究院全力保障了页岩油超3000米水平段水平井的安全优质钻完井。

在施工阶段,工程技术研究院联合工程技术处、开发公司、西部钻探等相关部门成立了“超长水平段钻井技术支持小组”,紧密跟踪钻井动态,发现问题立即组织相关专家和技术骨干剖析症结并及时反馈解决,工程技术研究院更是派驻科研骨干进驻项目部全程跟踪,为现场提供高效技术支持。

在三开水平段钻进、通井下套管等关键作业环节,公司相关负责人及专家带队深入现场进行技术指导,尤其是下套管固井作业环节,工程技术处、工程院与开发公司相关负责人及专家团队一同进驻现场,昼夜不休、现场决策,鏖战48小时指导钻井队顺利完成3100米超长水平段完井作业,力保该井完美收官。

今年8月2日,JHW00421井顺利固井碰压,成为新疆油田首口水平段超3000米的水平井,并以3100米超长水平段刷新了国内陆上非常规油气藏最长水平段和套管固井完井最长水平段两项国内纪录。11月11日,JHW00422井顺利固井碰压,以水平段长3500米宣告新疆油田超长水平段钻完井技术再上新台阶,证实了项目组攻关形成的“页岩油超长水平段钻井技术”的可复制性和可推广性,标志着新疆油田跻身超长水平段钻井技术的第一梯队,标志着新疆油田在探索页岩油效益开发新模式的实践之路上迈出了坚实的第一步。

目前,吉木萨尔页岩油区已获批建立国家级陆相页岩油示范区,该技术将为新疆油田持续增储上产提供有力支撑,更为国内页岩油的效益开发提供先进示范和技术借鉴。

无署名图片由本报记者 蒋剑 摄

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