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        【企業動態】
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        中國石化壓后取芯技術世界領先
        2024年06月06日?企業動態
        地下壓裂縫網展布情況是什么樣的?儲層改造效果如何?……這些困擾技術人員的難題,以往只能靠想象和壓裂軟件模擬。如今,圍繞評價壓后效果、優化壓裂措施、提高地質建模精度,江漢油田依托集團公司重大先導試驗和科研項目,組建多專業聯合攻關團隊,在涪陵頁巖氣田立體開發區實施壓后取芯,揭開了地下人工縫網的神秘面紗。

        鉆井取芯在頁巖氣勘探開發中十分常見,但壓裂后,甚至開采后水平井取芯,這在國內還沒有先例。

        先出發,意味著先遇到困難。面對頁巖氣壓后復雜縫網區取芯易漏、易垮、易噴、易碰,巖芯收獲率難以保障等難題,江漢油田油氣產能建設管理中心聯合油田研究院、工程院開展攻關,不斷突破極限,創新形成了大斜度井、水平井壓后取芯技術,推動涪陵頁巖氣田壓后裂縫區鉆井取芯技術達到世界領先水平。截至目前,已完成6口井壓后取芯,取芯長度1122.96米,巖芯收獲率平均達到98.9%,為評價氣田壓裂效果和立體開發政策提供了第一手基礎資料。

        難度大、風險大、方法難 “在以前想都不敢想”

        4月1日,在巖芯庫內,技術人員正在仔細研究焦頁12-檢1井122.45米的巖芯,精細刻畫裂縫的走向、條數、大小、寬度,用以評價壓裂效果。

        作為國內首口頁巖氣壓后取芯井,焦頁12-檢1井的成功有著不一樣的意義?!皦汉笕⌒驹谝郧跋攵疾桓蚁??!苯瓭h油田工程技術管理部經理張玉強坦言。常規取芯會避開裂縫區,而壓后取芯目的層必須是人工裂縫發育的壓后頁巖地層,“人工裂縫區巖芯破碎,導致巖芯易脫落、收獲率低,甚至有可能收獲不到巖芯”。

        除了巖芯破碎,已經投產的老井開采后地層壓力虧空嚴重,壓力系數低,地層能量不足,鉆進過程中容易垮塌。加上要在井網之間來回穿梭,鉆井液有可能漏失到鄰井中,造成鄰井“淹死”,或者鄰井氣竄導致井噴,風險非常大。

        “在幾千米的地下,井筒之間的距離只有幾十米,一旦數據不準,就會碰到老井套管?!庇蜌猱a能建設管理中心鉆井管理室主任代永波說。

        這些可預料的困難讓技術人員對壓后取芯望而生畏。當時,能不能打成井、取不取得出巖芯,成為大家討論的重點。但為了評價頁巖氣壓裂效果、了解剩余氣分布,裂縫區取芯必須拿下。

        明知山有虎,偏向虎山行。聚焦打成井,江漢油田打出工藝、工具優化“組合拳”,采用高性能低密度水基鉆井液,有效降低了地層漏失和坍塌風險,以及對巖芯的污染,確保巖芯含氣性等基本信息完整,方便后期研究,同時改進鉆頭、螺桿等工具,優化鉆壓、鉆速等取芯參數,不斷提高施工成功率。

        在鉆進過程中,地質導向人員駐守現場,仔細判斷地層層位,增加測量頻率,確定好鉆頭在地下的坐標,隨時計算防碰距離,保證軌跡精準。

        由于取芯鉆具中不能攜帶常規螺桿工具,技術人員只能依靠經驗和機械性措施來控制鉆井軌跡。這一方法引來不少質疑,有人認為“是在地下盲取” 。

        “通過科學優化扶正器位置和鉆井參數,靠機械性措施一點一點摳,確保軌跡按設計穿行。過程中的每個問題都是經過團隊認真考慮討論過的,我們對這個方法很有信心?!贝啦ń榻B,該方法在焦頁66-檢2井成功應用,200多米連續取芯軌跡控制,上下偏差只有1米。

        打到目的層后,如何將巖芯保持原形取出來成了最大的難題。沒有經驗可供借鑒,技術人員只能摸索著前進。

        有專家建議把萬能螺桿裝在取芯筒后面,可以邊控制軌跡邊取芯。技術專家否定了這一提議,他們認為鉆進中擾動取芯筒,會破壞巖芯的完整性,容易卡芯、堵芯。最終,考慮到取芯和軌跡控制的矛盾點,技術團隊大膽創新,在國內首次提出新的工作思路——取芯不定向、定向不取芯。

        理論是否可行,要靠實踐來驗證。江漢油田在焦頁66-檢1井運用這一思路,取芯收獲率達99.36%。之后,成功取芯的每一口井都驗證了新思路的正確性。

        直井、大斜度井、水平井不斷挑戰極限

        “以后在直井取芯,連續10筒我們都能搞定?!闭f起壓后取芯,張玉強信心滿滿。

        信心源自實力。一年來,按照先易后難的步驟,江漢油田油氣產能建設管理中心從直井到大斜度井再到水平井,不斷挑戰極限,通過自主創新和工程工藝迭代優化,創建了壓后復雜縫網區取芯鉆井技術,形成了壓后縫網區連續取芯配套工藝技術,在全球遙遙領先。

        據該中心鉆井管理室副主任林安國介紹,在焦頁12-檢1井完成第一口直井取芯后,他們就把目光聚焦到了大斜度井。焦頁66-檢1井、檢2井、檢3井、檢4井是4口大斜度取芯井,井斜達到66度。井斜越大,意味著巖芯更易斷、易堵。

        在大斜度井取芯過程中,技術人員創新研發了內筒扶正器,可保持取芯內筒居中狀態,減少對巖芯的擾動,從而保持巖芯壓后的原始狀態,并采用高效取芯鉆頭等,有效提高了頁巖壓裂改造地層巖芯收獲率。

        江漢油田還創新取芯井筒利用模式,首次采用“四井合一”的新方式,只需打一次井眼,就能完成4口井的取芯任務,可節約幾千萬元成本?!拔覀冊诮鬼?6-檢2井取芯后,分別側鉆3次,高效完成了焦頁66-檢1井、檢3井、檢4井取芯,這是國內頁巖氣井首次完成單眼四井取芯任務?!绷职矅榻B,4口井累計取芯進尺764.5米,取芯長度760.63米,巖芯收獲率達到99.45%,實現了“鉆井零溢流、鉆井液零漏失、軌跡零碰撞、信息零丟失”。

        有了“四井合一”大斜度井的取芯經驗, 技術人員又開啟水平井壓后取芯的攻關之路?!八骄芍⌒?,進芯阻力非常大,重力下垂導致取芯筒外筒干擾內筒,巖芯易碎?!贝啦ㄕf,“取芯工具長了也容易脫扣、斷裂,因此對工具的精度要求更高?!?/span>

        頂著壓力,江漢油田部署了國內首口頁巖氣壓后裂縫區水平段取芯井——焦頁66-檢5井,目的是通過多種取芯方式,明確涪陵頁巖氣田焦石壩立體開發區三維空間裂縫展布特征。

        焦頁66-檢5井設計取芯段266米、設計水平段1957米。針對取芯工具組合難下入、取芯工具內筒不居中等問題,技術人員優化取芯鉆具組合,縮小扶正器軸承間隙,在提高取芯內筒居中度的同時,增強取芯鉆進的工作穩定性,并采用含有微納米封堵材料的頁巖水基鉆井液,有效解決了壓裂區取芯易垮塌的難題,同時優選取芯筒內筒材質,增加光滑度,減少進芯摩阻。

        創新永無止境。技術人員持續探索工程極限,采用“六筒連接”取芯方式,形成了鉆井長筒取芯技術。為保障施工順利進行,江漢油田成立頁巖氣井壓后鉆井取芯現場技術團隊,全程駐井跟蹤指導,統一管理取芯工具準備、鉆井液性能調控、復雜軌跡控制、取芯參數優化等工作?,F場人員精細操作,高效完成取芯、割芯、出芯及地面切割、含氣測試、數字掃描等任務,確保取芯安全、出芯順暢、切割完整、資料準確。

        最終,焦頁66-檢5井在水平段連續取芯進尺達240.2米,水平段芯長239.82米,水平段單次長筒取芯最長達53.7米,刷新單平臺壓后取芯總進尺最長、單井水平段連續取芯進尺最長、水平段芯長最長、單次水平段長筒取芯進尺最長、水平段取芯平均收獲率最高等5項鉆井紀錄。

        “在同一井眼開展水平鉆井取芯工藝試驗的基礎上,我們又下入生產套管,以達到采氣目的,首次在頁巖氣井中實現了一井取芯、采氣雙用?!绷职矅榻B。同時,他們還利用該井評價小井距剩余氣分布情況,指導下一步小井距加密布井的部署,為提高多層立體開發采收率、“吃干榨凈”地下資源打下堅實基礎。

        知識鏈接


        ●什么是壓后取芯技術?

        壓后取芯技術是指利用特殊的取芯工具,將經過大型水力壓裂改造后的地層巖芯及當時壓裂過程中壓入地層的支撐劑取出,再運用多種測井、監測手段,表征評價壓裂改造過程中裂縫展布的一種綜合技術。

        常規取芯在鉆井過程中會破壞原始裂縫的形狀,而壓后取芯技術采用特殊的保形取芯工具,能獲取真實的裂縫展布情況,在取芯后通過數字掃描刻畫壓裂裂縫,資料可永久保存。

        特色取芯技術助力頁巖油氣高效開發

        勝利石油工程鉆井院鉆井工具首席專家 劉志和


        今年初,勝利石油工程鉆井院采用頁巖氣壓后地層取芯技術,圓滿完成了涪陵頁巖氣田焦頁66-檢5井的取芯作業,取芯進尺240.2米、巖芯收獲率99.86%,其中第17筒采用長筒取芯技術,單趟次取芯進尺53.7米、收獲率100%,創水平井連續取芯進尺最長和單趟次取芯進尺最長兩項全國紀錄。

        涪陵頁巖氣田是我國首個實現商業開發的大型頁巖氣田,首創我國頁巖氣立體開發技術。由于頁巖油氣儲層需要通過“水平井+壓裂改造”方式提高單井產能,因此,了解壓裂后縫網的特征及分布情況對產能評價、開發技術對策的制定具有重要意義?;诖?,勝利石油工程鉆井院研發了一套完整的壓后地層取芯技術,并在涪陵頁巖氣田開展了6口井的取芯實踐。

        和常規取芯作業不同,頁巖氣田壓裂后不同地層裂縫展布情況不明確,所取巖芯成柱性難以預測,給取芯工具和取芯鉆頭的選型帶來了很大困難,而且地層壓后破碎嚴重,取芯過程中非常容易發生堵芯,取芯收獲率難以保障,單筒進尺和取芯時效受到制約。

        常規鉆井作業通常采用“彎螺桿+扶正器”配合MWD(隨鉆測量)數據調整井斜和方位,但在取芯作業時,由于取芯工具結構特殊,常規測量儀器需要安放在取芯工具最上部,測量出的數據存在滯后問題,特別是長筒取芯作業時,測量裝置距井底幾十米,獲取的井斜、方位數據滯后嚴重,給頁巖氣壓后長筒取芯作業井身軌跡控制造成困難。

        在江漢油田工程技術管理部的指導下,勝利石油工程鉆井院鉆井工具研發團隊開展創新攻關:在工具研發上,優化巖芯爪結構、優選低摩阻內筒、研制內筒扶正裝置和專用取芯鉆頭,形成了滿足雙筒或長筒取芯作業需求的壓后取芯工具,提高了取芯成功率和取芯質量;在工藝技術上,通過理論分析研究,優選出適合涪陵頁巖氣壓后地層取芯的參數,并在試驗中不斷優化,研制了長筒出芯裝置,優化了出芯工藝,形成了完整的配套工藝技術;在軌跡控制上,與經緯公司通力合作,通過理論計算和現場試驗,形成了井身軌跡控制方法,實踐中采取每筒次分析井斜方位變化并及時調整扶正器位置和尺寸,實現了增斜、穩斜和降斜的功能,達到了在取芯的同時對井眼軌跡進行控制的目的。

        2023年至今,勝利石油工程鉆井院頁巖氣田壓后地層取芯技術在涪陵區域完成了6口井現場試驗。其中,焦頁12-檢1井是中國石化首次在頁巖壓后地層進行取芯作業,取芯131.01米,總芯長122.45米,巖芯收獲率達93.47%,遠超85%的設計指標,開國內頁巖氣壓后縫網區“密閉取芯+數字巖芯”技術綜合應用先河。

        在焦頁66平臺,有5口井采用了定向井保形取芯工藝,在取芯過程中還探索使用了軌跡控制技術,累計取芯段長1000.51米,標志著中國石化頁巖氣田壓后裂縫區鉆井取芯技術達到國內領先水平。

        今后,隨著我國頁巖油示范區建設規模不斷擴大,頁巖氣壓后地層取芯技術將為頁巖油規?;_發提供堅實的技術支撐,同時也為東部老油區及海上長水平段取芯、煤層氣井水平井取芯提供技術可行性依據,應用前景廣闊。


        中原石油工程:在破碎地層取芯找氣


        近日,中原石油工程西南工區50717鉆井隊在焦頁66平臺的5口井取芯施工中取得重大突破,刷新了西南工區單平臺取芯總進尺最長、單井水平段連續取芯進尺最長、水平段取芯芯長最長、水平段單次取芯進尺最長、水平段取芯平均收獲率最高等5項紀錄,標志著該公司頁巖氣井壓后取芯技術達到行業領先水平。

        “與常規取芯井相比,焦頁66平臺壓后取芯面臨大斜度井、水平井取芯易漏、易垮、易噴、易碰,巖芯收獲率難以保障,以及低密度取芯井控安全、防碰繞障控制等問題,作業難度系數極高?!敝性凸こ涛髂瞎^川東南項目經理毛世發介紹。

        面對施工難題,中原石油工程統籌資源,成立技術支撐小組,針對取芯工具優選、取芯參數優化、鉆井液性能管控、復雜故障預防等深入研討,密切跟蹤現場情況、實時優化施工方案、嚴格落實技術指令,成功解決了取芯工具組合難以下入、取芯過程軌跡控制困難等問題,形成了“三筒”和“六筒”取芯技術,提高了取芯作業的穩定性和效率,探索了長筒取芯工具的極限能力。

        針對工程難點,中原石油工程開展集成壓后復雜縫網區“低密度防漏防垮+軌跡精準控制+井筒高效利用”取芯鉆井技術攻關,制定優化專業鉆井方案,形成了一系列配套鉆井技術,為頁巖氣壓后取芯提供了有力支撐。在大斜度井、水平井取芯防漏、防塌、防噴方面,技術人員集成“低密度+微納米”防塌頁巖水基鉆井液、全電驅精細控壓系統,并根據每口井的具體情況精準調控鉆井液密度和配方,保證了鉆井安全施工。在取芯軌跡、防碰繞障控制方面,他們充分利用地層傾角特性,采取扶正器尺寸和鉆桿間距的動態優化手段,建立增加、穩定、降低三種軌跡微控方法,實現了井眼軌跡的精確控制,保證了4口井在小防碰距離情況下安全穿行,順利取獲目標巖芯。

        “下一步,我們將繼續探索低密度鉆井液壓后鉆進等先進技術,進一步提高鉆井效率、頁巖氣采收率?!泵腊l說。
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