編者按 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。
川慶鉆探工程有限公司副總工程師 鉆采技術技術研究院院長 陸燈云
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。川慶鉆探工程有限公司副總工程師、鉆采工程技術研究院院長陸燈云圍繞十年來川南頁巖氣水平井面臨的系列工程與技術難題，通過優化與攻關，形成了頁巖氣水平井優快鉆完井技術，現場應用效果良好，支撐了國家頁巖氣示范區產能建設。
以下為川慶鉆探工程有限公司副總工程師 鉆采技術技術研究院院長 陸燈云現場發言實錄：
尊敬的康院士、各位領導、各位專家：大家上午好！下面由我代表川慶鉆探做頁巖氣水平井優快鉆完井技術與實踐的匯報。
從2009年開始川慶公司率先開展了先導試驗，2010年我們建成第一口頁巖氣水平井，并開展了頁巖氣增產試驗，同時揭開了四川地區頁巖氣開發進程。我們歷經“技術引進、消化吸收、自主創新”取得了三大突破，實現了“打成”向“打好”的跨越。
一、地質難點與工程挑戰
川南地區的頁巖氣地質條件相當復雜，埋藏深度深，有效層比較薄，地層破碎，在鉆井過程中帶來的“慢、垮、漏、噴”問題非常突出，先導試驗井鉆井周期長達147天。
挑戰一是儲層埋藏深、地層老、巖石抗壓強度高，機械鉆速慢。其中茅口～棲霞含隧石結核，井段400-500米，機械鉆速一般不超過3m/h，韓家店～石牛欄地層非均質性強，含硅質、砂巖石英含量高。
挑戰二是縱向多壓力系統，井漏層段多，部分噴漏同層，嚴重制約鉆井時效，75%以上的井發生過井漏，單井漏失690方，自北向南威遠-長寧-昭通問題更加復雜。
挑戰三是頁巖易垮塌，卡鉆事故頻發。川南頁巖氣水平應力差大，普遍超過15Mpa，瀘州高達20Mpa。
挑戰四是儲層薄且橫向分布不穩定，斷層多，地質導向難度大。四川龍馬溪組歷經多期構造運動，小斷層、微幅構造特別發育，難度非常大。
挑戰五是大偏移距超長水平井安全快速鉆井難度大。在四川地區，特別是長寧地區溝壑綜合，導致井場很難布置也很難修建，部分井橫向偏移超過1900m，最長已超過3124米，水垂比超過1.4，摩阻扭矩大，極大增加了我們的鉆井的難度。
挑戰六是頁巖氣規模開發建井數量多，環保壓力大。川南處于人口密集區和生態敏感，單井產生廢水450方、固廢800方，在四川地區還沒有建立一個排放標準，資源化利用率比較低，給環保也帶來了一些挑戰。
二、優快鉆完井技術與實踐。面對這些挑戰，我們圍繞“提質 提速 提效”三大目標，進行了技術攻關與完善。
1.井身結構不斷優化，提速度降復雜作用明顯。威遠借鑒了長寧地區的成功經驗，將技術套管下置龍馬溪頂，為水平段安全快速鉆井創造了條件。
2.采用雙二維井眼軌跡和預分離技術，有效降低大偏移長水平段水平井控制難題。我們采用的是“三維軌跡雙二維化”，進一步優化造斜點、造斜率。頁巖氣采用叢式井組開發，井口間距5m，上部井段應用了“預分離技術”，為上部井段強化參數和提速創造了條件。
3.地質工程一體化導向，儲層鉆遇率不斷提高。我們運用了伽馬隨鉆測量加元素錄井加鉆時輔助判斷進行地質工程一體化導向，一類儲層鉆遇率由34%提升到97%。
4.PDC鉆頭與提速技術不斷優化，機械鉆速得到大幅提高。川南頁巖氣縱向上存在多套難鉆地層，且非均質性強，基于大數據進行了PDC鉆頭優選，全井段平均機械鉆速由6m/h提升到了14m/h，大大降低了鉆井的程度。同時優選高性能的PDC復合片，優化切削后傾角和水力結構，設計加工了多級力平衡耦合布齒的個性化PDC鉆頭，配套低密度欠平衡鉆井，突破了韓家店-石牛欄提速瓶頸，最快達到4.26天。龍馬溪地層配套旋轉導向+控壓鉆井，釋放提速潛力，造斜段+水平段最短周期7.29天。
5.長水平段水平井防塌、防卡技術不斷完善、卡鉆事故得到有效緩解。通過我們卡鉆事故一些機理的分析和卡鉆現象分析，明確了頁巖氣以掉塊和沉沙卡鉆為主，通過對鉆井技術的提升和施工排量和施工工藝措施的完善，目前卡鉆事故應該說得到了很大緩解。再一項技術就是我們油基鉆井液成熟應用，防塌作用明顯，井壁垮塌導致的井下復雜從2.82%降低到現在的1.42%，重復利用率從78%提高到95%。
6.分段井漏預防與治理技術，井漏復雜得到有效控制。因為長寧地區主要是喀斯特地貌，井漏問題突出，常規鉆井作業無法進行，生產用水補充難，環保壓力大，采用我們的技術節約了鉆井周期5-15天，節約用水70%以上。在茅口-棲霞采用強封堵、控密度、多次開關循環閥等技術，堵漏成功率有效提升，復雜減少26.3%；第二個就是龍馬溪-五峰創新油基鉆井液堵漏技術，復雜時間縮短50.8%；寧216H5-2井探索試驗了控壓鉆井降密度減少漏失、實現了“零漏失、零復雜、零溢流”。
7.集成配套頁巖氣長水平段固井技術，固井質量顯著提高。SD80高效沖洗隔離夜，攻克了高密度油基鉆井液界面不膠結的難題，沖洗效率由65.2%提升到了95.5%，基本解決了龍馬溪固井的問題。微膨脹韌性水泥漿，有效改善體積壓裂造成的水泥石破壞，彈性模量下降44%，膨脹率達到0.044%。固井綜合配套技術助推固井質量有效提升，現在我們是把過去的技術優化，配套扶正器優化+預應用固井，固井合格率由89%提升到96%，優質率由52.7%提升到83.2%。
8.應用地質工程一體化優化壓裂設計與施工，提速增產效果明顯。針對頁巖氣縫網擴展機理不清楚、壓裂工具依賴進口、壓后產量低等問題，強化地質力學分析、微地震實時監測優化施工參數，形成頁巖氣水平井組拉鏈壓裂技術，現場應用303井次，雙機組壓裂速度最快達到8段/天。國產化壓裂工具與液體，有效降低作業成本，最初我們都是采用進口，針對國產化問題開展了一系列研究，一個是趾端壓力啟動滑套、復合快速鉆磨橋塞等等壓裂工具和高效降阻滑溜水壓裂液，基本實現了關鍵工具液體國產化，滿足了不同的需要，有效降低了我們的壓裂成本。連續油管作業技術系統化，壓裂保障能力進一步提升，形成了套變井沙塞暫堵壓裂、連續油管通刮洗測一體化作業等十大技術，解決了套變井壓裂、復雜長水平段水平井橋塞快速鉆磨等難題，連續油管最大下深6278m，最長水平段2766m，單井填沙分段壓裂達72簇。
9.推廣氣井帶壓作業技術，促進頁巖氣高效、環保開發。頁巖氣帶壓完井，有效避免儲層上海，實現產量大幅提升，形成了35Mpa高壓氣井帶壓作業技術。
10.不斷優化作業模式與程序，工廠化鉆井水平不斷提高。創新了“井”字型井場，實現鉆井壓裂、鉆井采輸、壓裂采輸、鉆井壓裂采輸同步作業，單井減少井場面積100平方米。雙鉆機錯時開鉆、人員設備共享、單平臺節約搬安運輸36車次，減少人員11-14人，基于鉆井液體系批量鉆井，雙鉆機錯時開鉆，鉆機帶鉆具平移1h到位，24h復工，特殊工藝流水線作業，單井周期縮短22-51天。
11.推進清潔生產技術集成，實現環境保護與效益開發并舉，形成了鉆前工程清污分流設計、巖屑處理及資源化利用、電代油減排降噪等6項環保節能技術，單平臺減少池類修建6000方，減少了污水3000萬，使我們現場施工更加現代、環保、文明。
12.建立工程信息技術共享中心，助力頁巖氣鉆井提速提效。自研工程技術一體化信息系統，結合了物探、鉆井、錄井、測井等數據，實現自動采集、遠程監測、風險預警、遠程技術支持與輔助決策，為優化鉆井數和智能鉆井奠定了數據基礎。我們可以分析大量的工程數據，遠程支持快速解決疑難雜癥，減少事故復雜。
三、應用效果
在創新優快鉆完井技術基礎上，川慶鉆探進一步強化裝備保障，實現“靠前指揮、靠前協調、靠前推廣”實現優快鉆井的效果。
1.鉆井速度一輪比一輪快，創造了系列最優鉆井指標。堅持問題導向，突出瓶頸技術攻關，促使鉆井速度不斷提升。工程技術進步促進鉆井整體提速提效，水平井最高日進尺達到426m/天，一開一趟鉆、二開兩趟鉆目標基本實現，單支作業隊已經實現了年進尺突破3萬米，去年最高是2萬米，前年不到2米，整個提速效果還是十分明顯。
2.單井產量一輪比一論好，頁巖氣開發效益穩步提升。水平段長度持續增加，一類儲層鉆遇率始終保持在95%以上，壓裂改造效果也不斷提升，助推頁巖氣單井產量不斷增加。
3.支撐了國家級頁巖氣示范區產能建設，實現資源快速轉化。中石油川南頁巖氣已投入鉆機156部，預計今年年底產量有望突破65萬億，提前一年實現“十三五”規劃目標。
四、下一步攻關方向
隨著勘探開發的不斷推進，川南頁巖氣將向3500m以深挺進。
重點方向1.進一步深入開展精細地質研究，助推鉆完井提質提效。地質精細認識是鉆完井提質提效的依據和基礎，川南頁巖氣噴、漏、垮等工程風險還依然較大，需要進一步深入研究巖石可鉆性、三壓力剖面、優質頁巖埋深與空間展布、微斷層微裂縫等，指導鉆完井避開復雜層段，提升工程措施科學性與有效性。
重點方向2.部分關鍵工具與裝備還受制于人，“卡脖子”技術還有待持續突破。這里我重點想談一下旋轉導向工具，國內有一些研究，但是目前看效果都不是十分好，我們跟航天三院在十年前就聯合開展研究，研制了CG STEER旋轉導向系統，到今天已經取得了突破，但是還需要進一步開展高溫旋轉導向、小尺寸旋轉導向技術攻關，把這些問題解決好才能實現國產旋轉導向產業化。
重點方向3.繼續深化水基鉆井液研究與應用，降低鉆井液與環保處理費用。我們在長寧地區做了多口井水基鉆井液試驗，也取得了比較好的效果。
重點方向4.進一步延伸水平段長度，助力提升產量目標實現。超長水平井井眼軌跡優化設計與控制、降摩減阻、井眼凈化、防卡等方面仍然需要我們進一步的研究。
重點方向5.推進深層復雜地質條件的安全高效鉆井技術攻關試驗。瀘203井測試產量137萬方，揭示了深部頁巖氣良好的開發前景，由于井下溫度高、井壁垮塌更加嚴重、儲層構造更加復雜，前期鉆井周期長達170天，需要重點開展防塌鉆井液、高溫井下儀器、高效導向技術等攻關與試驗。
重點方向6.升級和推廣控壓鉆井，“邊噴邊鉆”助推噴漏同層地層降復雜、提速度，川南頁巖氣地層壓力系統復雜，噴漏同層，降低井控風險，在龍馬溪井段應用控壓鉆井，減少井漏，提高安全鉆井能力。
重點方向7.深化套變機理與預防技術研究，提高井筒完整性。由于四川頁巖氣強地應力、高壓裂施工壓力等因素的影響，井筒完整性問題現在還十分突出，平均套變率仍然達到40%左右，需要從套變機理、套管選材、固井、壓裂工藝等方面深入研究。
各位領導，各位專家：近十年來，川慶公司著力技術攻關，助推了川南頁巖氣開發整體績效的持續提升。但是也必須清醒的認識到與國際先進水平相比差距明顯，部分裝備依然受制于人。我們將不忘初心，埋頭苦干，加強與兄弟單位的交流學習，不斷推進技術創新與管理創新，為保障國家能源安全做出重大貢獻。
匯報有不對的地方敬請各位專家批評指正，謝謝大家！
（本文系第九屆中國頁巖氣發展論壇系列系列報道）
微信公眾號
微信視頻號
京公網安備11010502053156號