中石化頁巖氣開發 環保技術體系形成
時間：2017-10-12 14:40
來源：
作者: 朱益飛
隨著經濟的發展對能源需求的快速增長以及常規油氣資源的日益枯竭，作為非常規油氣資源的新能源——頁巖氣正越來越受到人們關注。近幾年來，中石化加大頁巖氣開發新技術的創新研究與應用實踐，將頁巖氣開發作為打造綠色低碳發展新優勢的重大戰略機遇，把確保生態安全作為頁巖氣開發的先決條件，重點圍繞水、耕地、大氣等資源的保護和節能減排開展了一系列創新實踐，形成創新型環保技術體系，實現頁巖氣綠色低碳、經濟高效、可持續開發。
頁巖氣綠色低碳高效開發技術
頁巖氣綠色低碳高效開發技術主要由地表及地下水系保護技術、水資源節約利用技術和土地節約與復耕監管措施技術所組成。地表及地下水系保護技術，提前進行水文勘探，井位部署盡可能避開水系豐富區、溶洞及暗河。1,500 米以內、河床下 300 米以上井段一律采用清水鉆井。套管和地層之間采用高性能水泥固井，水與泥返至地面。采用導管加三開式井身結構嚴格封隔各層系，保護淺層水。采用壓裂優化及裂縫監測技術嚴格控制裂縫高度，防止壓裂液與地下水串通。水系保護技術形成壓裂返排液回收處理技術，累計處理返排液 12.5 萬立方米，處理率 100%，處理后的壓裂液 100% 重復利用。生產廢水經處理檢測合格后，全部回用于壓裂工序，實現零排放，每年可節約清水 70 多萬立方米。
油基鉆井液重復利用與油基鉆屑處理技術。研發“高速離心 + 熱解吸”油基鉆屑處理裝置，油基鉆屑處理后的水循環使用，油用于配制油基鉆井液， 殘渣用于制磚、 鋪路，無 害 化 處 置 率 100%， 油 回 收 率100%，處理后鉆屑含油率小于 3%，遠遠低于 2% 的行業標準。鉆屑資源化利用后， 不再建設單井廢水池，減少征地費和建造工程費。土地節約與復耕監管措施技術。 “井工廠”平臺較常規叢式井節約用地 15% 以上，節約征地費用約 9,000 萬元。工程建設期間實行臨時征地，作業結束后根據實際占地確定永久性征地面積，其余征地全部復耕，涪陵一期工程土地復耕面積達 1,500 畝，較好地體現了創新、協調、綠色、開放、共享的發展理念，為我國頁巖氣勘探開發提供了可復制、可推廣的經驗。
水平段高效縫網壓裂技術
水平段高效縫網壓裂技術適用于南方海相頁巖開發。它包含可壓性綜合評價技術、差異化分段設計技術、縫網壓裂工藝和施工 - 監測 -評估一體化技術模式?？蓧盒跃C合評價技術主要是指建立“三因素、九參數”可壓性定量評價模型，形成壓裂甜點識別及可壓性綜合評價技術。應用后，單井射孔位置有效產氣貢獻率達 70% 以上。差異化分段設計技術考慮相鄰段、簇間裂縫擴展時誘發的應力場和壓后生產時誘發的滲流場，對不同小層裂縫間距及分段布局進行優化，提出 W 形裂縫布縫模式。應用后，壓裂段簇有效率大幅提升，開發井壓裂后平均單井日無阻流量達40.8萬立方米?？p網壓裂工藝模式，形成針對五峰組和龍馬溪組 9 套層系的壓裂配套工藝參數體系，明確以凈壓力控制為目標的“控近擴遠、混合壓裂、分級支撐”的縫網壓裂工藝思路，形成“滑溜水擴支縫 + 膠液造主縫 + 交替注入 + 不同粒徑組合加砂”的縫網壓裂施工模式。應用后，單井最多壓裂段數達 29 段，壓裂井最大垂深 4,217.6 米，累計壓裂 270 余井次 5,000 余段。施工 -監測 - 評估一體化技術，形成頁巖氣水平井分段壓裂現場實施與質量控制技術；開發具有完全自主產權的微地震監測軟件，實現工藝參數實時調整；創新形成頁巖氣水平井壓后效果綜合評估技術，實現儲層再認識和工藝再優化，指導方案設計與施工 200 余井次，壓裂成功率100%，試氣有效率 96%。
水平井組安全優快鉆完井技術
水平井組安全快鉆完井技術主要由鉆井工程優化設計技術、水平井快速鉆井技術、低成本油基鉆井液技術、滿足大型壓裂要求的長水平段水平井固井技術、山地特點的“井工廠”鉆井技術等 5 項優快鉆井關鍵技術所組成。鉆井工程優化設計技術。制定“導眼 + 三開”的水平井井身結構設計方案， 研制高強度接箍專用套管，研發套管密封失效修復技術，形成叢式水平井組三維井眼軌道優化設計技術。應用后，單井套管成本降低 60萬元，套管 90 兆帕試壓一次合格率98%、修復后合格率 100%。
水平井快速鉆井技術。研發定向專用 PDC 鉆頭，研制渦輪式水力振蕩器，研發耐油長壽命螺桿鉆具；建立低成本井眼軌跡控制技術；形成頁巖氣鉆井提速集成技術系列。應用后，機械鉆速較開發初期提高2~3 倍，其中焦頁 32-4HF 井平均機械鉆速 13.13 米 / 小時，創國內頁巖氣水平井機械鉆速最高紀錄。低成本油基鉆井液技術。自主研發頁巖地層長水平段鉆進油基鉆井液體系，具有低濾失、低黏度、低加量、低成本、高切力、高破乳電壓、高穩定性的特點，性能與國外同類產品相當，且外加劑用量比國外產品少 30%，成本低 40%。滿足大型壓裂要求的長水平段水平井固井技術。 研發彈韌性水泥漿體系，韌性增強 40% 以上；研制高效沖洗隔離液，7 分鐘沖洗效率即可達到100%；研發長水平段下套管技術。應用后，固井質量合格率 100%，優質率 89%，固井成本節約 40% 以上。 山地特點的 “井工廠” 鉆井技術。優化形成山地“井工廠”地面布局方案，建立以鉆井開次為單元的流水線作業模式，制定“井工廠”作業流程規范及標準，形成復雜山地特點“井工廠”高效鉆井技術。在20 個平臺近 100 口井應用后，鉆井周期縮短 32.67%，鉆機作業效率提高 40%，節約占地 82.5%。我國運用的水平井組綠色優快鉆井技術整體達到國際先進水平，其中山地‘井工廠’鉆井模式、油基鉆井液技術達到國際領先水平。”
頁巖氣層精細表征與綜合評價技術
與北美相比，我國南方海相頁巖氣層埋藏更深、層位更老、改造更強、地表也更復雜。經過近幾年的持續攻關和實踐應用，形成了針對這種復雜地質地表條件的南方海相頁巖氣層精細表征與綜合評價技術。該技術主要由建立頁巖氣層精細表征技術、形成頁巖氣“甜點”地震預測技術、建立多尺度多機制頁巖氣滲流模型技術、創建頁巖氣開發方案優化技術等技術所組成。
建立頁巖氣層精細表征技術
建立頁巖氣層多項參數的實驗分析技術系列及測井定量解釋與評價技術系列，實現頁巖礦物組分、孔隙結構的全尺度、多維度、多方法的精細表征。建立頁巖氣層精細描述參數體系，創建南方五峰組 - 龍馬溪組含氣頁巖段細分層方法和 9 小層劃分方案，明確水平井最佳穿行小層，指導壓裂方案差異化設計。頁巖氣“甜點”地震預測技術。形成一套地表、地下雙復雜介質條件下的頁巖氣層地震資料高精度成像處理技術及流程，建立巖石物理模型和參數體系，研發地震屬性相控建模反演軟件，實現頁巖氣“地質甜點”關鍵參數精細預測，符合率達 85% 以上。
建立多尺度多機制頁巖氣滲流模型技術。建立頁巖脆性地震直接反演預測技術，脆性指數預測符合率達 93%；創新形成裂縫預測技術，預測結果與實鉆吻合率達 85%；創新形成頁巖儲層孔隙壓力地震預測技術，實現頁巖氣“工程甜點”關鍵參數精細預測。建立多尺度多機制頁巖氣滲流模型技術，為開發方案優化奠定了理論基礎。創建頁巖氣開發方案優化技術。形成頁巖氣井產能評價與預測技術，符合率達90%；創立復雜地表地質條件下的頁巖氣開發方案優化技術，制定以山地叢式交叉布井模式、1,500 米水平段長等為核心的頁巖氣開發技術政策及方案編制規范，實現地面平臺部署最優化、地下儲量動用最大化。
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