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1、四川油气田四川油气田页岩气水平井钻完井技术页岩气水平井钻完井技术20112011年年6 6月月张德军张德军1前 言页岩气是一种特殊的非常规天然气。是赋存于泥岩或页岩中的天然气，具有自生自储、无气水界面、大面积连续成藏、低孔、低渗、无天然裂缝等特征，一般无自然产能或低产。页岩气资源储量丰富，但开发难度大。随着常规天然气的衰竭以及油气价格的上涨，以及开发技术的进步，页岩气已逐渐成为开发的热点。 开发成本逐渐增大更高质量的资源新技术新方法的应用截止线是变化的 （基于油气价格的变化）常规油气资源 （易开发的只占小部分）目前逐渐衰竭非常规油气资源 （大部分储量开发较困难）（日益成为开发热点）2提提 纲纲
2、难点分析二壳牌页岩气钻井情况四川庆页岩气钻完井情况三国内外页岩气钻井现状分析 一下步工作方向五3我国页岩气可采资源量约为261012m3，接近常规天然气资源储量，资源价值、社会价值巨大。一、国内技术现状 国内外页岩气钻井现状分析我国三种天然气资源对比图 我国页岩气开发还处于探索阶段，仅四川、松辽、伊通盆地有几口井开始试气，初产在1000立方米左右；目前国内页岩气藏开发还存在单井产量低，生产周期长，产量递减快，资金回收慢等问题，阻碍了页岩气藏工业化开发步伐！42009年中国石油与Shell合作开发四川富顺永川区块的页岩气项目正式启动；同时，西南油气田分公司在威远、长宁等地区大量部署页岩气勘探开发
3、井位，并进行了5口井的先导性试验。 国内外页岩气钻井现状分析四川盆地寒武系筇竹寺组、志留系龙马溪组页岩地层中蕴藏有丰富的页岩气资源。据初步估算，两个组的页岩气资源就可以和整个四川盆地的常规天然气资源总量相媲美。 我国页岩气分布图 井号井深m出露层目的层井身结构纯钻时间 %复杂时间 %平均钻速 m/h钻井周期d威2012840嘉五筇竹寺三开三完4452.23121.17 威201-H12823嘉五龙马溪二开二完31321134.39 宁2012560嘉四龙马溪三开三完3962.9078.23 宁2061920罗汉坡筇竹寺三开三完4123.4057.83 宁2032425嘉二龙马溪三开三完3355
4、.4656.39试验井数据统计表 5二、国外技术现状二、国外技术现状 国内外页岩气钻井现状分析美国天然气与页岩气产量 108m3美国2009年页岩气产量达到了878108m3，占到了天然气年产量的14%左右，超过2009年我国常规天然气的年产量（874.5108m3）。全球对页岩气的开发并不普遍，仅美国和加拿大在这方面做了大量工作。其中，美国已进入页岩气开发的快速发展阶段，加拿大商业开采还处于起步阶段。美国页岩气开发有80多年的历史，参与的石油企业从2005年的23家发展到2007年的64家，页岩气产量也逐年提高。6美国页岩气藏开发历史经历了四个阶段：19811985年，主体技术为直井、泡沫压
5、裂、氮气辅助；19851997年，主体技术为直井、胶联压裂、氮气辅助、 降滤失剂、表面活性剂，19982003年，主体技术为直井、清水加砂压裂；2003至今，主体技术为水平井、清水压裂 。国内外页岩气钻井现状分析19811985年19851997年19982003年2003-至今 直井、泡沫亚裂、氮气辅助 为直井、胶联压裂、氮气辅助、降 滤失剂、表面活性剂 主体技术为直井、清水加砂压裂 水平井、清水压裂美国岩页气开发的技术历程71、国外钻井方式 随着2002年Devon能源公司沃斯堡盆地的7口Barnett页岩气试验水平井取得巨大成功，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
6、井方式。根据美国Barnett区块开发经验，水平井最终评价的开采储量是直井的3倍以上，成本只相当于直井的1.5倍，此外页岩气井初始产量与最终总产量也有很大关系。国内外页岩气钻井现状分析稳定产量14000m3/d美国Barnett页岩气单井产量低,生产寿命长达3050年Barnett直井与水平井数量对比 8此外Devon能源公司开始实验一种新的称为“simo-frac”的钻井模式，即钻探2口水平井，间隔152305m，并且同时压裂两口井，取得了较好的测试效果。 北美“simo-frac”钻井模式与常规垂直钻井模式对比 国内外页岩气钻井现状分析9EOG公司页岩气藏开发以丛式井组为主，每井组一般36
7、口水平井，水平段长一般10001500m，两水平井之间井距150m；井眼轨迹设计为“勺型”井眼，以实现尽可能大的水平段长度和储层接触面积，水平段微微上翘，便于排水，采用伽马+MWD进行水平井地质导向。页岩气藏“勺型”井眼水平井眼设计 国内外页岩气钻井现状分析美国EOG公司岩页气水平井数10沃斯堡盆地Barnett页岩气藏的开发先后经历了直井小型交联凝胶或泡沫压裂、直井大型交联凝胶或泡沫压裂、直井减阻水力压裂与水平井水力压裂等多个阶段，增产效果逐步提高，充分显示了压裂技术对增产的重要作用。压裂新技术对改善Barnett页岩气井生产动态图 国内外页岩气钻井现状分析压裂方式生产时间 产量（104m3
8、）备注氮气泡沫压裂12年50大型凝胶压裂2.5年30关井两年后压裂水力压裂测试产量210关井两年后压裂截至2007年底，这口最初被认为无经济价值的页岩气井累计产气量已达3817.5104m3Barnett页岩气区C.W.Slay1号井压裂产量统计2、国外完井方式 11水平井的成本一般是直井的1.5倍，8001000m水平段的常规水平井钻井及完井投资约为700万美元，而产量是垂直井的3倍左右。目前85%的页岩气开发井为水平井+多段压裂，多段压裂可以获得更多的裂缝，从而产生更多的泄流通道；美国新田公司在Woodford页岩中的部分开发井采用57段式压裂，增产效果显著；Shell在潘恩代尔页岩气田的
9、开发中采用了24段压裂。 井名压压裂段最大初始产产量 (104m3/d)最大最终产终产 量 (104m3/d)ollett-1H-2253216.99Tipton-1H-23719.814.16Bullock-1H-15514.1611.61阿科马盆地Woodford页岩气井产量表 水平井20段压裂裂缝示意图 国内外页岩气钻井现状分析(1)、水平井+多段压裂技术的大规模成功应用12该技术是用清水添加适当的减阻剂作为压裂液来替代通常使用的凝胶压裂液，可以在不减产的前提下节约30%的成本，在低渗透油气藏储层改造中取得很好的效果，采用清水压裂获得的产量是采用凝胶压裂产量的1.5倍。 清水压裂技术与凝
10、胶压裂技术产量对比 国内外页岩气钻井现状分析采用水基压裂液技术后， Devon能源公司对较老的Barnett页岩气井（特别是1990年底以前完成的气井）重新实施了增产措施，极大地提高了采收率，增幅有时可达2倍或更高。(2)、清水压裂技术(water-fracs)13这项技术是近几年在沃斯堡盆地Barnett页岩气开发中成功应用的最新压裂技术。通过同时对两口（或两口以上）的井同时进行压裂，采用使压力液及支撑剂在高压下从1口井向另1口井运移距离最短的方法，来增加压裂缝网络的密度及表面积。目前已发展到3口、甚至4口井间同时压裂。 国内外页岩气钻井现状分析压裂后，页岩储层中简单的裂缝系统可能会因为原地
11、应力和应力方向的不同而行成复杂裂缝系统。这种裂缝系统极大的扩大的接触面积，对于页岩气中的吸附气和自由气的释放起到很好的作用。 裂缝系统的复杂性 (3)、同步压裂技术(simo-fracturing)14提提 纲纲难点分析二壳牌页岩气钻井情况四川庆页岩气钻完井情况三国内外页岩气钻井现状分析 一下步工作方向五15难点分析中国页岩气藏的储层与美国相比有所差异 ，如四川盆地的页岩气藏埋深要比美国深，美 国的页岩气层深度在8002600m，而四川盆地 的页岩气层埋深在15003500m。页岩气藏埋 深的增加无疑在我们本不成熟的技术上增添了 难度。此外还存在较多工程难点：u 地层出露老、可钻性差，机械钻速
12、慢，单 只钻头进尺少；u 上部地层出水、下部地层井漏，气体钻井 受到限制，治漏花费大量时间；u 井壁失稳导致井下复杂，纵向上孔隙、裂 缝发育；u 国内页岩气藏大延伸水平井固井和增产改 造技术技术尚无先例。 161、美国钻井设备简化与规模化开采模式难以照搬早期2005-2006年2007-2008年600-750HP钻机750HP钻机750HP电动钻机，移运性好双缸泵1000HP泥浆泵1600HP三缸泥浆泵顶驱单根或立柱自动送钻系统水基泥浆，存 在地层稳定问 题改进泥浆，仍 存在地层稳定 问题油基泥浆，克服了地层稳定 问题井队班组人员4-5人丛式井组丛式井组，最大井组14口井造斜率 10/30m
13、造斜率10- 12/30m造斜率12-15/30m水平段长达到2000m钻井成本100-120万美元EOG公司Barnett页岩钻井装备、技术配套及指标情况EOG公司Barnett页岩钻井装备EOG公司通过钻井装备、技术的 改进，水平井钻井周期由2005年 的30天缩短到了2009年的17天难点分析17Barnett页岩气钻井现场地势平坦u Barnett页岩气典型的丛式井组需25英亩（约800020000m2)u 每个井场48口井；u 在允许的条件下可钻1216口井。井场分布方案1井场分布方案2难点分析18四川盆地页岩气藏剖面u 四川盆地的页岩气钻经层位含硫化氢，需探索简化钻井设备的可行性。
14、u 四川盆地只能因地制宜修建井场，难以照搬美国每开批钻的模式。钻经地 层含有 硫化氢四川盆地页岩气井场地势起伏井号层位H2S含量 （g/m3）井号层位H2S含量 （g/m3）威5茅口组10.121威72罗汉坡0.8101威阳7茅口组1.331威42洗象池组16.529威阳28茅口组2.054威78洗象池组14.13威阳100茅口组1.425威65洗象池组15.354威阳116茅口组6.607威寒1遇仙寺6.938威65茅口组17.692威寒1罗汉坡3.185难点分析192、四川盆地威远、长宁构造上部地层易斜序号测深 （m）井斜 （）方位 （）垂深 （m）北坐标 （m）东坐标 （m）狗腿度 (
15、/30m)闭合距 （m）闭合方位 （）1901.787.0744.10900.7819.5019.440.8727.5444.9121018.679.9149.451016.3831.2931.980.8344.7545.6331102.1613.1552.811098.2041.6744.871.1661.2347.1241137.1814.2550.331132.2146.7151.522.4369.5447.80以威201-H1井为例，该井直井段，特别是进龙潭地层后，井斜增长快，钻进至井深1135m时，井斜已达14.25，为下部井眼轨迹控制带来一定难度。钻具组合：钻井参数： 钻压2030
16、kN，转数90rpm ，排量35l/s。难点分析20茅口栖霞含黄铁矿、燧石结核，罗汉坡筇竹寺含石英、燧石，软硬交错严重，可钻性差，钻速普遍较低。u 威201井茅口组罗汉坡遇仙寺九老洞井段使用牙轮钻头16只，进尺746.58m，平均机械钻速1.39m/h。u 宁201井出露地层老，岩性致密、坚硬，可钻性差，牙轮钻头机械钻速低，表层仅为2.47mh。茅口组含礈石、黄铁矿，探索了PDC钻头，使用不理想。u 宁203井出露地层老，用660牙轮钻头钻进可钻性极差，机械钻速极低，025.5m井段机械钻速仅为0.89m/h。二开444.5牙轮钻头空气钻平均机械钻速仅1.41m/h。3、地层出露老、可钻性差，机械钻速慢，单只钻头进尺少难点分析214、龙潭、大乘寺及龙马溪等层位井壁垮塌严重1）龙潭铝土质泥岩极易水化膨胀，引起垮塌。抑制能力(1003.5MPa高温高压线性膨胀实验)威201井筇竹寺组岩芯宁201井龙马溪组岩芯威201井龙马溪组岩芯难点分析222）页岩地层岩
