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胜利油田2012年
开发技术座谈会发言材料
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非常规油气优快钻井技术
胜利石油管理局钻井工艺研究院
2012年1月
非常规油气优快钻井技术
编写:周延军牛洪波
初审:唐志军
审核:韩来聚
胜利石油管理局钻井工艺研究院
2012年1月
非常规油气优快钻井技术
非常规资源是当今国际能源领域激烈争论的话题之一。随着不断增长的世界能源需求和现有传统资源消减之间的矛盾日益加剧,全球对非常规油气资源的需求也日益迫切。与常规天然气相比,非常规天然气的类型和赋存形式更为多样,分布范围更为广泛,潜在资源量远远大于常规天然气资源。在全球,×1010m3。世界油页岩资源丰富,据统计,如果将全球33个国家和地区的油页岩折算成页岩油,约4000亿t,超过了石油资源量。
就目前开发技术而言,由于非常规油气赋存条件复杂,储层物性差,孔隙度、渗透率低,资源丰度相对较低,一般无自然产能。实践表明,非常规油气的工业化开发通常需采取特殊的钻完井工艺技术和储层改造措施,包括直井压裂、羽状井技术和致密砂岩气开发的丛式井和压裂技术及页岩气开发普遍采用的水平井、多段压裂技术等。
油页岩资源在世界许多地区都有分布,但分布并不均匀,主要分布于美国、俄罗斯、加拿大、中国、扎伊尔、巴西、爱沙尼亚、澳大利亚等国家。各国油页岩形成的时代也不一致,从寒武纪、奥陶纪、泥盆纪、石炭纪、三叠纪、侏罗纪、二叠纪、白垩纪到第三纪都有分布。
美国自1900年起就开始对油页岩进行研究,1912年开始建立美国海军油页岩储备。1953年就在巴肯盆地测试出页岩油,但因单井产量低而一直未能开发,也没有进行进一步的勘探。到20世纪80年代中期开始实施水平井,到近期广泛应用水平井钻井,并结合水力压裂技术才真正实现了致密页岩油层原油开采的新腾飞。2002年以前,垂直井是美国页岩气开发主要的钻井方式,t 完成的7口页岩气试验水平井取得成功,业界开始大力推广水平钻井,水平井已然成为页岩气开发的主要钻井方式。目前美国已经拥有一些先进技术可以提高页岩气井的产量,主要包括水平井技术和多层压裂技术、清水压裂技术、重复压裂技术、同步压裂技术等,这些技术正在不断提高着页岩气井的产量。近年来,页岩气开采技术的突破使美国的天然气储量增加了40%,一举成为世界天然气生产第一大国。专家认为,在未来20年里,许多国家的天然气储量也将出现类似的增幅。
经过多年的技术摸索和积累,国外非常规油气藏开发技术逐步趋于成熟,其钻完井工程技术发展趋势包括以下几个方面:
(1)丛式井钻井技术
可采用三维地震资料进行水平井优化设计,设计井眼轨道及方位,垂直于最大主应力,同时避开断层破碎带及可疑水层;可采用底部滑动井架钻丛式井组。每井组3~8口单支水平井,水平井段间距300~400m左右。用丛式井组开发页岩气的优点是:(A)利用最小的丛式井井场使钻井开发井网覆盖区域最大化。(B)实现设备利用的最大化。
多口井依次一开,依次固井,依次二开,再依次固完井。钻井、固井、测井设备无停待。(C)钻井液重复利用,减少钻井液的交替。(D)压裂工厂化流程能够在一个丛式井平台上压裂22口井,极大提高效率。
(2)最优化钻井
对工程量最大的钻井来说,要求“钻井速度高、井眼质量好、钻井成本低”,从井身结构设计、钻机选择、钻头优选、钻井液体系优化、轨迹测量与控制、完井方式优化等各个方面体现出这几方面要求,形成各个区块页岩气开发的最优化区域钻井模式。
(3)长水平段水平井或水平分支井钻井技术。
①尝试在页岩储层钻水平段后向水平方向、上下方向钻分支井眼,扩大储层井眼密度、提高压裂效果,研究分支的形式、数量和方向等;②水平段钻井过程的钻井循环流体选择,基本上用油基钻井液,压裂时用过氮气泡沫和水基压裂液;③测量与轨迹控制方式选择,优化MWD/LWD参数组合,选择使用几何导向或地质导向的轨迹控制模式。
(4)优化完井技术。
包括研究满足后期开发和压裂需求的完井方式设计;套管封固的完井方式优化,在成本允许的条件下可以采用泡沫水泥固井技术;研制特殊套管、封隔器、分支工具等材料和新型井下工具。
我国非常规油气开发技术总体上处于起步阶段。从资源分布认识到工程技术发展两个方面来看,我国在致密砂岩油气开发方面有一定的技术积累,而页岩油气开发刚刚起步。
2008年11月由中国石油勘探开发研究院设计实施的我国首口页岩气取心浅井在四川省宜宾市顺利完钻。2010年5月,由中石化华东分公司设计,中原油田作业,成功实施大型压裂改造的页岩气井“方深1井”,标志着中石化页岩气勘探开发工作迈出了实质性的重要一步。2010年10月,中海油宣布中国海洋石油国