頁巖氣開發專題(六) | 李光全：中石化頁巖氣工程技術進展
編者按 l 以“高效推動中國頁巖氣開發”為主題的第九屆中國頁巖氣發展大會，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任公司、中國石油化工集團工程技術顧問有限公司，中國海洋石油研究院，以及中國石油大學、中國石油工程學院非常規科學技術研究院、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展大會圍繞頁巖氣開發產業的產業發展、高效開發、技術創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，中石化用一年的時間圍繞“五大工程”開發了23項涉及從鉆井到全專業產業鏈主要成果，取得的成效等，對推動頁巖氣的技術進步，對資源的有效開發利用，起到關鍵性的支撐作用。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的技術。
以下為石化集團公司高級專家李光泉教授現場發言實錄：
謝謝各位嘉賓、各位專家、各位代表：
我代表中石化給大家做“石油工程技術新進展及攻關方向”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能建設工程，不斷強化科技攻關、深化工程與地質的有機融合，通過涪陵頁巖氣產能建設示范區800余口井的應用和工程實踐，形成了較為恩成熟的頁巖氣勘探開發工程配套技術和高效運營管理模式，有效促進了頁巖氣開發“提速、提效、提質、提產”。
我重點講講2019年以來中石化在液力端方面的工作。以保障頁巖氣商業開發和效益開發為目標，圍繞涪陵氣田上產穩產、威榮氣田產能建設、深層和常壓頁巖氣開發、新區新層系攻關突破、提速提效提質提產等五大工程，依托成套頁巖氣工程技術系列化、配套化、標準化和產業化基礎，強化“工程服務一體化”和“地質工程一體化”，為客戶提供液力端開發全生命周期的工程服務和解決方案。
在威榮、長寧、永遠、丁山、宜昌和涪陵等10余個頁巖氣區塊累計經355口、列壓131井次/2771段，支撐了四川盆地深層頁巖氣新發現、宜昌常壓頁巖氣新突破。
1.頁巖氣勘探開發實現了“兩降一穩”，強化頁巖氣開發工程“兩個一體化”新概念，優化升級工藝、技術、裝備，實現了“施工周期下降、故障復雜時效下降、工程質量穩定”的“兩降一穩”，整體工程成本下降40%。特別是2018年，故障率降低了28%，包括優質層鉆遇率由84%提高到98.9%，鉆井周期由原來的98天降低到現在的48天。
2.工程技術能力實現快速提升。一是鉆井參數強化實現提速突破；二是超長水平井鉆完井技術實現突破；三是提速工具研制及應用取得突破，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；五是體校增產壓裂技術的突破。
3.創造出了10余項工程紀錄。創頁巖氣水平段最長，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、單井分段壓裂段數最多等10余項工程紀錄。
二、主要成果和技術進展
1.產業鏈延伸效果顯著。聚焦產業鏈向上、向下延伸，開展針對性攻關研究，助力業務拓展，形成頁巖氣全產業鏈工程服務能力。向上延伸取得新突破，形成工程設計技術，在宜昌工程設計100余井次，在油氣藏地質、油氣藏工程等方案的編制，參與方案的編制，建立了800余口井頁巖氣大數據庫，構建了一體化數據平臺，工程服務實現大數據分析，專家只能決策一體化服務。產業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機。第二就是研制了8大類76種連續油管工具，3類12種非常規完井分段工具，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%。另外自主知識產權旋轉導向工具SINOMACS ATSI研制取得了新突破，應用了3井次，最長進尺達到857M，連續工作時間141h。
2018年以來，累計開展總包、大包服務150口井，作業效率提升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.地質工程一體化取得新突破。主要是構建“精細地質描述-技術研究-工程設計-組織實施-綜合評價”地質工程一體化技術及管理模式。形成了定側錄導一體化技術，水平段儲層鉆遇率99.36%，優質儲層穿行率97.29%，地質研究分析地層可鉆性和地層壓力，預測故障/復雜，配套鉆井強化參數工藝，鉆井周期同比縮短34.7%；推廣設計液體一體化服務，配套密切割設計及工藝，單段服務價格同比下降20%，產量提升25%以上。通過優化的鉆井設計、完善配套技術、壓裂理念創新、改造工藝升級、低成本配套探索聚焦提質提產的開發。突破每100米壓一段的傳統分段方案，形成每50-70米壓一段的新方案。特別是在宜昌、貴州等地區地質工程一體化服務60余井次，取得了良好的效果。并且在宜昌、貴州地區應用20余口井，作業時效提升30%，實現了志留系、寒武系、震旦系的頁巖氣勘探突破。在川渝地區應用了10多口井，井深最深達到了5400多米。
3.參數強化鉆井技術應用效果明顯。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；二是提高鉆井石工參數，高鉆壓、高轉速、高泵壓、大批量，提高參數20%；三是推廣應用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基本形成，優化五點六段制、雙二維剖面，參數強化鉆井工藝。在涪陵工業區規模推廣，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，創國內陸上頁巖氣紀錄。
5.“一趟鉆”優快鉆井技術規模化應用。混合鉆頭，長壽命、高扭矩、高強度矩螺桿，還有誰力振蕩器、旋轉沖擊器等提速工具。一開一趟段，二開由原來的8次現在下降到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產業化。開發防漏防垮鉆井液處理劑，構建了防漏防垮鉆井液體系，在涪陵全面應用，推廣了230口井，單井節約泥漿成本5-8萬元。
7.頁巖水基鉆井液實現系列化。主要是開發了多種頁巖水基鉆井液關鍵處理劑，構建多套頁巖水平井水基鉆井液體系，多個區塊成功應用。
8.高性能水泥漿體系有效預防環空帶壓，首先是抗高交變載荷體系，首先是研發有效改善水泥石力學性能的關鍵處理劑，二是“三高一低”抗高交變載荷水泥漿體系，在茯苓地區應用在18口井。開發了遇油氣智能響應的固井外加劑。還有就是研發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，應用10余口井。
9.定測錄導一體化規模化推廣，建立地質精細控制模型，開發地質導向分析系統，應用了100余井次，儲層穿行率98.9%，形成鉆速提高了91%，單井平均節約11.5天，節約37.3%。
10.近鉆頭隨鉆伽馬成像系統日趨成熟，開發國內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出新紀錄。研制了第四代大功率牽引器，拓展了牽引作業技術，應用了344口井，10余次刷新國內紀錄。
12.碳同位素隨鉆錄井技術初見成效。隨鉆檢測甲烷、乙烷和丙烷的13C同位素，頁巖油氣地質甜點點評，基于碳同位素計算的相對含氣量和基質滲透性系數，實現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。所以說咱們頁巖氣生產井同位素產能曲線有效加快，一個是雙曲遞減和指數遞減結合，預測頁巖氣生產產能曲線；另外開采晚期生產井EUR預測與傳統方法預測結果相差小；再一個取得了很好的效果。另外就是它優選頁巖氣勘探開發主力層系，輔助水平井地質導向，常規導向參數無法判識情況下，應用短距離碳同位素變化敏感性作為標尺，輔助水平井地質導向。在多個油田應用。
13.密切割+暫堵轉向壓裂工藝增產效果明顯。升級壓裂改造理念，由初期SRV最大化轉變為SRV最大化、復雜度最大化、加砂強度最大化，縮短段、簇艱巨，增加單段簇數。第二個就是工藝技術升級換代，由“變排量、變粘度、變粒徑”向“投球暫堵”轉變，另外簇產氣均方產的顯著下降，下降了50%和80%，而且鋪砂模式采用高強度連續加砂，加砂強度由1.0到1.5到2.0t/m，應用30多口井，平均測試壓力17Mpa，測試產量21萬方/天，效果不錯。
14.微地震-壓裂工程一體化評估技術初見成效。定量表征異常地質構造、壓裂參數與微地震響應關系，當裂縫指數在0.25-0.5時水力壓裂會出現復雜裂縫網絡形態；第二是開發列壓-微地震工程數據綜合處理軟件，也應用了3井，實現現場列壓效果的快速評價及壓裂設計的動態調整、規避工程地質風險。
15.多級射孔技術日臻完美，升級完善配套工具，拓展延伸技術系列，應用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重大突破。減阻劑FLICK，復合增效劑FLYF，構建了可變粘乳液型頁巖氣壓裂液體系，現在應用了4口井，成本節約了15%以上。
17.常規頁巖氣大規模排采技術開發成功，針對常壓頁巖氣井壓后依靠地層自身能量返排困難，開發了兩種井筒誘導助排技術。一個是壓力系數大于1.0，如果低于1.0，就是地層能量不足將井筒內液體舉升至地面，電潛泵排水采氣工藝。
18.頁巖油壓裂工藝技術初見成效。鹽間頁巖油密切割+暫堵專項+二氧化碳復合壓裂工藝技術，累計出油232.64平方米，初步表明“水平井密切割+暫堵專項+二氧化碳復合壓裂”對鹽間頁巖油具有較好的適應性。
19.自主開發的ATS I型旋轉導向鉆井系統試驗成功。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.配套和研發相關裝備工具，滿足強化參數鉆井需求。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，這個是工程院聯合搞的；另外就是鉆井井底鉆柱優化，系列化鉆頭、水力振蕩器，研制了近鉆頭監測儀，旋轉導向系統配套鉆頭鉆具等等工具。
21.全電動壓裂裝備實現整體配套應用。5000型電動壓裂裝置，六相變頻電機驅動，一級雙泵多種組合整機設計；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.分段完井工具大規模應用。復合材料橋塞，打破國外壟斷，擁有專利9項，應用3000余只，價格下降70%。可溶橋塞應用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，省去連續油管/牽引器首段射孔。
23.連續油管井下工具實現產業化發展。連續油管打撈中心，首創井口防噴裝置連續及打撈方案，填補了行業空白；另外就是研制了8大類76種連續油管工具，研制了連續油管穿光纖/電纜裝置，首次實現國內1.8mm光纖穿入，研發出國內首套連續油管光纖井下數據傳輸平臺。
三、問題與挑戰
1.茯苓老區加密調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；另外是老區地質條件復雜、鉆井受壓裂干擾現象逐漸增多，部分地區巖石可鉆性差等三大問題制約。相應的對策我也想了幾條，比如說淺層預繞障，及時糾偏；還有就是推廣探壓鉆井；另外就是推廣強化參數鉆井提速技術。
2.榮威區塊深層頁巖氣鉆完井周期長、鉆速低、高效開發難度大。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，也提出了相應的對策。
3.部分區塊淺表層漏失、井垮嚴重，成井困難。部分區快地表出露地層為須家河/雷口坡組，鉆進過程中時常出現放空、失返、井垮等惡性復雜情況，處理過程中又反復出現“放不下、提不起、轉不動、沖不開”的現象，針對這個還專門開了一個會。技術對策呢，特別是加強工程探測和解釋，井口開孔避免復雜地層，優化井身結構。
4.深層頁巖氣壓裂復雜縫網構建、縫網的連通性和整體導流能力有待進一步提高。深層頁巖埋深較大。
5.部分區塊套變問題突出，分段壓裂工藝施工周期長，作業效率低。壓裂前后均有套變情況發生，威榮地區總套變率66.7%，永遠地區套變率8.3%，套變位置與地質構造復雜關系明顯，套變并作業周期長，效率低。
四、下步方向
一個是頁巖氣分支水平井鉆完井技術，重點攻關分支井軌道控制、完井工藝等，滿足涪陵頁巖氣立體開發需求，實現多層系高效動用。川渝頁巖氣長水平段及強化參數鉆完井關鍵技術，優化3000m長水平段鉆井工藝、強化參數鉆井工藝等，優化設備配套，攻關4000m長水平段鉆井關鍵技術；三是涪陵頁巖氣田加密調整井鉆井關鍵技術，重點攻關三維防碰掃描、軌道精準控制、預防壓裂層間干擾等關鍵技術，強化參數鉆井，全面提速提效；四是威榮深層頁巖氣高效鉆井關鍵技術，重點攻關目的層優快鉆井、鉆井液重復利用、套變井預防與處理等關鍵技術，形成配套高效鉆井關鍵技術；五是深層頁巖氣固井關鍵技術，攻關高溫高密度固井水泥漿體系，套管附件安全下入等關鍵技術，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鍵技術，重點攻關近斷層復雜應力場裂啟列及擴展規律、非對稱縫體積改造優化設計、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改造技術難題；最后一項是頁巖氣提速提效集成技術，定制川渝地區頁巖氣鉆完井提速提效技術標準工藝包，全面推廣應用提速提效集成技術，系統提速提效。
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展論壇系列系列報道，專家未確認，記錄或有偏差。）
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