從技術(shù)突破到高效開發(fā)——涪陵頁(yè)巖氣田勘探開發(fā)系列報(bào)道之三

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2013年6月，涪陵焦石壩焦頁(yè)1-3HF井大型壓裂施工現(xiàn)場(chǎng)

與北美頁(yè)巖氣田相比，中國(guó)南方海相頁(yè)巖氣層具有自身的地質(zhì)特點(diǎn)，從國(guó)外直接引進(jìn)的技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中常常“水土不服”。中國(guó)石化的科技人員通過消化吸收、自主研發(fā)，形成了3500米以淺的頁(yè)巖氣勘探開發(fā)配套技術(shù)系列，最長(zhǎng)水平段達(dá)2130米、最多壓裂段數(shù)26段。在技術(shù)進(jìn)步的有力支撐下，截至目前，涪陵工區(qū)投產(chǎn)的21口井，口口高產(chǎn)。

?？松?mdash;美孚的頁(yè)巖氣勘探評(píng)價(jià)專家評(píng)價(jià)：“中國(guó)石化川東南海相頁(yè)巖氣勘探開發(fā)技術(shù)是一流的，無(wú)論是頁(yè)巖氣綜合評(píng)價(jià)技術(shù)，還是水平井鉆井技術(shù)，以及分段壓裂試氣工藝技術(shù)，都已經(jīng)走在了世界前列。”

百步穿楊，“牽出”地下氣龍

怎么安全順利擒獲“潛伏”于地下3000多米深處的頁(yè)巖氣龍？鉆機(jī)從地面打到頁(yè)巖氣層，再在頁(yè)巖氣層水平穿行1000多米，要經(jīng)歷許多難以預(yù)見的挑戰(zhàn)。

焦石壩地區(qū)近地表地質(zhì)條件復(fù)雜，溶洞多、暗河多、裂縫多，淺層氣多、地層出水，易發(fā)生井漏、井噴。針對(duì)地質(zhì)復(fù)雜性和難以預(yù)見性，中國(guó)石化鉆井施工隊(duì)伍采用高密度電法對(duì)平臺(tái)近地表勘查，避開溶洞和暗河，確定井架基礎(chǔ)位置，避免井漏、污染等影響。同時(shí)，成功研制彈塑性固井水泥漿體系，優(yōu)化套管固井技術(shù)措施，強(qiáng)化錄井、測(cè)井資料分析預(yù)測(cè)，有效規(guī)避了鉆井安全風(fēng)險(xiǎn)。截至目前，在鉆井施工中，沒有一口井出現(xiàn)“糖葫蘆”。

鉆頭要在幾千米深的地層中找準(zhǔn)靶點(diǎn)，猶如鼴鼠在地下找糧洞。“水平井鉆井最難也是最關(guān)鍵的，就是要確保斜井段下靶點(diǎn)、水平段最終點(diǎn)均落在優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖氣層上。”勘探南方分公司川東南工作部主任孫坤忠說，“井眼越接近優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖氣層的中心，對(duì)將來頁(yè)巖氣的開采量和開采年限就越有利。”

焦石壩地區(qū)勘探程度低。鉆探焦頁(yè)1HF井時(shí)，沒有可靠的地震剖面和二維測(cè)線，井眼軌跡控制完全靠“摸著石頭過河”。2012年7月15日，焦頁(yè)1HF井進(jìn)入井斜段下靶點(diǎn)，將鉆出的巖屑與取芯導(dǎo)眼井的相關(guān)資料進(jìn)行對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)地層提前。如果按原井眼軌跡控制方案鉆至水平段，很可能鉆穿優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖層。技術(shù)人員經(jīng)過分析、計(jì)算和研究，決定將靶點(diǎn)垂深上提15米，最終實(shí)現(xiàn)了精確控制和準(zhǔn)確中靶，氣層鉆遇率100%，為后期測(cè)試獲得高產(chǎn)奠定了良好基礎(chǔ)。

在開始產(chǎn)能評(píng)價(jià)后，為實(shí)現(xiàn)焦石壩頁(yè)巖氣效益開發(fā)，江漢油田確立長(zhǎng)水平段“一趟鉆”的提速提效目標(biāo)。江漢石油工程公司、中原石油工程公司等施工單位展開勞動(dòng)競(jìng)賽，結(jié)合地質(zhì)實(shí)際，不斷優(yōu)化鉆井工程工藝，優(yōu)選鉆頭鉆具，形成了空氣鉆、泡沫鉆、清水鉆、PDC+螺桿復(fù)合鉆等優(yōu)快鉆井技術(shù)系列，實(shí)現(xiàn)了1500米水平段一趟鉆鉆完井施工目標(biāo)，鉆井速度明顯加快。焦頁(yè)1-2HF井創(chuàng)工區(qū)最短鉆井周期61天紀(jì)錄，比最初的鉆井周期縮短一半。中原石油工程公司西南鉆井分公司70117鉆井隊(duì)在焦頁(yè)1-3HF井施工中，刷新了涪陵工區(qū)機(jī)械鉆速最快、施工周期最短等6項(xiàng)鉆井指標(biāo)。

臨門一腳，“踢開”氣庫(kù)大門

長(zhǎng)水平段多級(jí)壓裂技術(shù)是非常規(guī)頁(yè)巖氣開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)。從地質(zhì)研究到鉆完井、試氣集輸?shù)恼麄€(gè)施工過程，壓裂是“臨門一腳”，裂縫間距、裂縫布局、壓裂規(guī)模等參數(shù)如何優(yōu)化，就好比一把鑰匙，必須與海相頁(yè)巖“龍馬溪組”這把門鎖相匹配。由于龍馬溪組頁(yè)巖的致密性和物質(zhì)分布不均勻，一般壓裂效果往往不理想，單純形成的縫網(wǎng)看似打開了通道，但猶如一條普通公路，一旦遇到大的車流量，終究會(huì)堵塞。因此，只有通過壓裂，建成頁(yè)巖氣流“高速路”才能獲得高產(chǎn)。

為了實(shí)現(xiàn)涪陵頁(yè)巖氣開發(fā)試驗(yàn)區(qū)的任務(wù)目標(biāo)，股份公司組織工程技術(shù)專家，確立了示范建設(shè)目標(biāo)和標(biāo)準(zhǔn)。在涪陵頁(yè)巖氣田開發(fā)實(shí)踐中，江漢油田與江漢石油工程公司、石油工程機(jī)械公司、中原石油工程公司、石油工程技術(shù)研究院及相關(guān)院校緊密合作、協(xié)同攻關(guān)，形成了水平井簇射孔、可鉆式橋塞分段、電纜泵送橋塞、連續(xù)油管鉆塞等配套工藝技術(shù)，研制并成功應(yīng)用了抗180攝氏度高溫低摩阻強(qiáng)攜砂油基鉆井液，實(shí)現(xiàn)了同一平臺(tái)兩井交叉鉆完井作業(yè)，具備了“一臺(tái)六井式”井工廠標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)能力，編制了13項(xiàng)頁(yè)巖氣工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，為頁(yè)巖氣經(jīng)濟(jì)有效開發(fā)提供了有力技術(shù)保障。

江漢油田在涪陵區(qū)塊頁(yè)巖油氣勘探開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)、頁(yè)巖油氣層改造技術(shù)等項(xiàng)目中，根據(jù)龍馬溪組有機(jī)質(zhì)類型好、孔隙發(fā)育、含氣性好、可壓性強(qiáng)的特點(diǎn)，改變了以往壓裂的思路和做法，以樹狀裂縫為出發(fā)點(diǎn)，不斷探索適合焦石壩地質(zhì)特點(diǎn)的壓裂工藝，壓裂排量逐次增大，液量根據(jù)井眼規(guī)模該大就大，砂比根據(jù)地質(zhì)需要合理增減，形成了“主縫加縫網(wǎng)”的壓裂工藝?yán)砟詈腿问綁毫岩后w系、三組合支撐劑體系，有力提升了壓裂質(zhì)量，踢開了“氣庫(kù)”大門，施工紀(jì)錄也不斷刷新。其中，焦頁(yè)12-4HF井成功完成了2130米水平段、26段超大型壓裂，創(chuàng)造了國(guó)內(nèi)頁(yè)巖氣水平井井段最長(zhǎng)、分段數(shù)最多、單井液量最大、單井加砂量最大等新施工紀(jì)錄。

實(shí)踐打磨，提升施工能力和裝備水平

焦石壩會(huì)戰(zhàn)是大戰(zhàn)場(chǎng)，國(guó)內(nèi)外優(yōu)秀施工隊(duì)伍云集。針對(duì)工區(qū)施工技術(shù)復(fù)雜特點(diǎn)，工區(qū)項(xiàng)目部組織各專業(yè)服務(wù)公司和施工單位，圍繞鉆井、壓裂施工各關(guān)鍵環(huán)節(jié)和技術(shù)難點(diǎn)，認(rèn)真開展交流與研討，開展擂臺(tái)賽，有力提升了各隊(duì)伍施工能力。

泵送橋塞射孔和連續(xù)油管鉆塞施工是水平井分段壓裂施工關(guān)鍵工藝。江漢石油工程井下測(cè)試公司針對(duì)施工中碰到的難題和關(guān)鍵技術(shù)，不等不靠，既虛心當(dāng)學(xué)生，邀請(qǐng)專家授課、到兄弟單位造訪，學(xué)習(xí)借鑒國(guó)內(nèi)外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，又抽調(diào)精兵強(qiáng)將常駐現(xiàn)場(chǎng)，在施工實(shí)踐中不斷探索、不斷積累、不斷優(yōu)化，施工技術(shù)能力顯著提升。

涪陵頁(yè)巖氣田開發(fā)建設(shè)有力促進(jìn)了國(guó)產(chǎn)壓裂裝備和完井工具的研發(fā)制造。在壓裂裝備上，石油工程機(jī)械公司針對(duì)大于3500米井深的壓裂工藝和工具裝備等瓶頸，成功研制出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的3000型壓裂車，已在焦石壩地區(qū)批量投入使用。設(shè)備各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)要求，滿足了“連續(xù)施工、大負(fù)載、長(zhǎng)時(shí)間”的頁(yè)巖氣壓裂需求，技術(shù)水平、安全可靠性和自動(dòng)化水平大幅提升，為深層頁(yè)巖氣開發(fā)提供了壓裂裝備保障。其中，高壓系統(tǒng)檢測(cè)設(shè)備、氣密封檢測(cè)設(shè)備的研發(fā)生產(chǎn)，有效保障了施工生產(chǎn)安全。在完井工具上，為減少對(duì)外依賴，江漢油田全力推進(jìn)泵送易鉆電纜橋塞自主研發(fā)，目前已取得成功，并在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)了橋塞簇射孔聯(lián)作工藝，與國(guó)外水平相當(dāng)，具備了工業(yè)化應(yīng)用條件。該項(xiàng)技術(shù)徹底打破了國(guó)外專業(yè)化公司在非常規(guī)油氣開發(fā)領(lǐng)域的技術(shù)壟斷，有效降低頁(yè)巖氣等非常規(guī)油氣開發(fā)的成本，也為開拓非常規(guī)油氣市場(chǎng)打造了尖端武器。