測(cè)控技術(shù)在深層、常壓頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用

葛 祥,劉 偉,孫 鑫,王春偉,馬 林

1. 中國(guó)石化 經(jīng)緯有限公司,山東 青島 266000;2. 中國(guó)石化 經(jīng)緯有限公司 地質(zhì)測(cè)控技術(shù)研究院,山東 青島 266000;3. 中國(guó)石化 經(jīng)緯有限公司 華東測(cè)控分公司,江蘇 揚(yáng)州 225000

中國(guó)主要沉積盆地頁(yè)巖氣資源豐富,已經(jīng)在四川盆地上奧陶統(tǒng)五峰組—下志留統(tǒng)龍馬溪組、二疊系大隆組、吳家坪組、茅口組、寒武系筇竹寺組等海相地層取得了頁(yè)巖氣勘探商業(yè)發(fā)現(xiàn)[1-2],并在涪陵焦石壩地區(qū)實(shí)現(xiàn)了中深層海相頁(yè)巖氣的規(guī)模效益開(kāi)發(fā)[3]。

中國(guó)石化礦權(quán)內(nèi)有利頁(yè)巖氣資源以深層(埋深超過(guò)3 500 m)、常壓(地層壓力系數(shù)小于1.3 MPa/hm)為主,攻關(guān)突破深層、常壓和新區(qū)新層系已成為頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)的趨勢(shì)[4-5]。深層頁(yè)巖氣主要分布在四川盆地盆內(nèi)和盆緣地區(qū),包括威榮、永川、丁山、東溪、南川、江東、平橋、鳳來(lái)等區(qū)塊[6-7],埋深約3 500～4 500 m,地層壓力系數(shù)介于1.0～2.0 MPa/hm[8],游離氣占總含氣量的比例一般介于50%～80%,產(chǎn)能差異較大。常壓頁(yè)巖氣主要分布在盆緣和盆外地區(qū),包括東勝、白馬、武隆、赤水等區(qū)塊[9],埋深約2 000～4 000 m,地層壓力系數(shù)介于0.9～1.3 MPa/hm,游離氣占總含氣量的比例一般低于60%,單井產(chǎn)能總體較低。由于復(fù)雜構(gòu)造帶應(yīng)力作用的影響,水平應(yīng)力差異系數(shù)相對(duì)較大[10]。

已有研究表明,影響頁(yè)巖氣單井產(chǎn)能的主控因素包括地質(zhì)、工程和開(kāi)發(fā)技術(shù)政策等方面[11]。其中,地質(zhì)因素包括地層壓力系數(shù)、優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層厚度、孔隙度、含氣量、地層破裂壓力梯度、水平地應(yīng)力差異系數(shù)、天然裂縫等;工程因素包括鉑金儲(chǔ)層鉆遇率、分段分簇長(zhǎng)度、注液強(qiáng)度、加砂強(qiáng)度等;開(kāi)發(fā)技術(shù)政策包括水平井部署方位與最小主應(yīng)力夾角、布井方式、水平井段長(zhǎng)度和生產(chǎn)制度等。為了提高單井產(chǎn)能,進(jìn)一步降本增效,頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)中貫穿了地質(zhì)工程一體化的理念,對(duì)井筒測(cè)控服務(wù)提出了雙甜點(diǎn)精細(xì)評(píng)價(jià)、提高優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層鉆遇率、配套鉆井提速和壓裂提產(chǎn)等測(cè)錄定技術(shù)需求。

1 頁(yè)巖氣領(lǐng)域測(cè)錄定技術(shù)現(xiàn)狀

中國(guó)石化已開(kāi)發(fā)頁(yè)巖氣藏都分布在四川盆地及周緣地區(qū),以上奧陶統(tǒng)五峰組—下志留統(tǒng)龍馬溪組為主,主要包括以涪陵焦石壩為代表的中深層高壓頁(yè)巖氣藏、以威榮為代表的深層高壓頁(yè)巖氣藏和以南川為代表的常壓頁(yè)巖氣藏。以涪陵頁(yè)巖氣田勘探發(fā)現(xiàn)為契機(jī),頁(yè)巖氣測(cè)錄定技術(shù)得到充分發(fā)展,形成了比較成熟的水平井地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)和定測(cè)錄導(dǎo)一體化工作模式、頁(yè)巖氣測(cè)錄井采集技術(shù)、“雙甜點(diǎn)”解釋評(píng)價(jià)技術(shù)和“井工廠(chǎng)”多級(jí)射孔橋塞聯(lián)作技術(shù),水平井優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層鉆遇率超過(guò)96%、水平井測(cè)井一次成功率超過(guò)95%、測(cè)錄井資料優(yōu)質(zhì)率超過(guò)95%、儲(chǔ)層評(píng)價(jià)解釋符合率超過(guò)97%,為油氣田提速降本、提產(chǎn)增效做出了積極貢獻(xiàn),較好地支撐了頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)。

2 雙甜點(diǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)

針對(duì)地質(zhì)、工程雙甜點(diǎn)識(shí)別和定量評(píng)價(jià)難題,將儲(chǔ)層微觀特征與宏觀評(píng)價(jià)相結(jié)合,建立了基于主控因素的頁(yè)巖氣“雙甜點(diǎn)”解釋評(píng)價(jià)技術(shù),支撐靶窗優(yōu)選、壓裂分段優(yōu)化。

2.1 儲(chǔ)層微觀特征定量表征

頁(yè)巖氣儲(chǔ)層既是烴源層又是儲(chǔ)集層[12],其賦存狀態(tài)以吸附態(tài)或游離態(tài)為主[13],巖性多為富含有機(jī)質(zhì)的暗色、黑色頁(yè)巖、高碳頁(yè)巖及含瀝青質(zhì)頁(yè)巖,也有暗色頁(yè)巖與粉砂巖類(lèi)的互層[14],儲(chǔ)集空間主要包括有機(jī)質(zhì)孔、礦物顆粒間微孔和晶間孔等[15]。因此,準(zhǔn)確描述儲(chǔ)層的微觀結(jié)構(gòu)特征,明確頁(yè)巖氣甜點(diǎn)分布,可以更好地優(yōu)化地質(zhì)工程方案,指導(dǎo)深層、常壓頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)[16]。

針對(duì)不同層系、不同類(lèi)型頁(yè)巖氣甜點(diǎn)評(píng)價(jià)的需求,目前發(fā)展了多項(xiàng)適用于現(xiàn)場(chǎng)快速評(píng)價(jià)的實(shí)驗(yàn)分析方法[17],這些技術(shù)手段可以通過(guò)對(duì)儲(chǔ)層微觀結(jié)構(gòu)和特征的精細(xì)觀察和分析,實(shí)現(xiàn)頁(yè)巖氣儲(chǔ)層多尺度(厘米級(jí)、毫米級(jí)、微米級(jí)、納米級(jí))及多維度(巖性、巖相、物性、孔隙結(jié)構(gòu)、含氣性)的快速定量評(píng)價(jià)。其中巖心精細(xì)描述可以明確厘米—毫米級(jí)的巖石類(lèi)型及裂縫發(fā)育情況;巖石薄片技術(shù)直觀顯示毫米—微米級(jí)頁(yè)巖紋層及裂縫的發(fā)育程度,反映紋層厚度及規(guī)模;QemScan礦物定量分析、掃描電鏡技術(shù)可以清晰展示微米—納米級(jí)頁(yè)巖礦物組成及儲(chǔ)集空間特點(diǎn)(圖1)。激光掃描共聚焦分析可以明確有機(jī)質(zhì)的分布狀態(tài);核磁共振巖心分析可以統(tǒng)計(jì)納米級(jí)孔隙孔徑的分布情況,計(jì)算孔隙度,表征儲(chǔ)層物性;X射線(xiàn)衍射(XRD)技術(shù)可以獲得巖石中脆性礦物的含量及占比,判斷頁(yè)巖可壓性。

圖1 多尺度頁(yè)巖氣儲(chǔ)層微觀表征技術(shù)

2.2 孔隙壓力系數(shù)預(yù)測(cè)

頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)實(shí)踐證實(shí),地層壓力對(duì)于評(píng)價(jià)頁(yè)巖含氣性和產(chǎn)能有重要的參考意義[18]。地層孔隙壓力預(yù)測(cè)方法主要有:等效深度法、Eaton法(聲波時(shí)差、電阻率、鉆井dc指數(shù))[19]等。這些方法都基于普通泥頁(yè)巖壓實(shí)理論,在復(fù)雜巖性和致密地層應(yīng)用,預(yù)測(cè)精度較低。

探索了聲波時(shí)差(聲速)與孔隙壓力的關(guān)系,結(jié)果表明,相同巖性和孔隙度條件下,隨著含氣性變好,孔隙壓力增大,縱橫波速度比降低。采用相鄰普通頁(yè)巖與富有機(jī)質(zhì)含氣頁(yè)巖的縱橫波速度的比值,可以預(yù)測(cè)地層孔隙壓力系數(shù)。該方法在四川盆地東南緣多個(gè)深層、常壓頁(yè)巖氣區(qū)塊進(jìn)行了應(yīng)用,預(yù)測(cè)的地層孔隙壓力系數(shù)與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的吻合度及產(chǎn)能相關(guān)性均較好(圖2,表1)。

表1 實(shí)測(cè)壓力系數(shù)與預(yù)測(cè)壓力系數(shù)對(duì)比

圖2 孔隙壓力系數(shù)預(yù)測(cè)技術(shù)應(yīng)用與效果

2.3 含氣量定量評(píng)價(jià)

頁(yè)巖含氣量影響因素眾多,主要有地層壓力、孔縫發(fā)育程度、溫度、壓力、含氣飽和度、總有機(jī)碳含量、干酪根類(lèi)型、黏土礦物等[20]。在巖心實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,篩選含氣量敏感因素,建立了基于頁(yè)巖吸附能力、溫度、壓力、黏土含量以及總有機(jī)碳含量等多因素約束的頁(yè)巖儲(chǔ)層含氣量評(píng)價(jià)方法,在龍馬溪組—五峰組深層頁(yè)巖氣儲(chǔ)層含氣性評(píng)價(jià)中取得了良好的應(yīng)用效果[21]。

頁(yè)巖氣主要由吸附氣和游離氣組成[22],總含氣量計(jì)算模型為:

Vt=Vf+Va

(1)

式中:Vt表示地層總含氣量,單位m3/t;Vf表示地層游離氣量,單位m3/t;Va表示地層吸附氣量,單位m3/t。Vf一般采用石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《頁(yè)巖氣測(cè)井資料處理與解釋規(guī)范:SY/T 6994—2020》推薦方法計(jì)算獲得[23]。Va可以采用統(tǒng)計(jì)模型或動(dòng)態(tài)蘭氏模型計(jì)算獲取。

該方法已在數(shù)百口頁(yè)巖氣井中進(jìn)行了應(yīng)用,測(cè)井計(jì)算含氣量與巖心實(shí)驗(yàn)結(jié)果具有較好的一致性(圖3)。

圖3 四川盆地WY23-1井含氣量計(jì)算結(jié)果對(duì)比

2.4 低阻頁(yè)巖評(píng)價(jià)

四川盆地周緣及盆內(nèi)深層常見(jiàn)低阻頁(yè)巖,一般產(chǎn)能較低,與高產(chǎn)頁(yè)巖氣層的中高阻特征存在一個(gè)數(shù)量級(jí)以上的差異,其低阻原因和含氣性差異引起了地質(zhì)學(xué)家的廣泛關(guān)注。

頁(yè)巖氣儲(chǔ)層低阻的原因有很多種,如地層含有一定數(shù)量的黃鐵礦或磁鐵礦等導(dǎo)電礦物、裂縫發(fā)育、地層水礦化度過(guò)高、有機(jī)質(zhì)熱演化程度過(guò)高、黏土礦物附加導(dǎo)電、保存條件差等[24]。通過(guò)頁(yè)巖巖心物理實(shí)驗(yàn)及數(shù)值模擬,研究了頁(yè)巖電阻率隨總有機(jī)碳含量、熱成熟度(Ro)及溫度、壓力的變化規(guī)律。隨著溫度、壓力(埋深)的增加,頁(yè)巖電阻率數(shù)值呈降低趨勢(shì),但是由于埋藏條件不同而導(dǎo)致的變化達(dá)不到數(shù)量級(jí)的影響程度。進(jìn)一步研究表明,五峰組—龍馬溪組和寒武系富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖都具有相似的電性規(guī)律,即Ro低于3.0%～3.5%時(shí),頁(yè)巖電阻率隨總有機(jī)碳含量增大而增大;Ro超過(guò)3.0%～3.5%時(shí),頁(yè)巖電阻率隨總有機(jī)碳含量增大而急劇降低(圖4)。

圖4 頁(yè)巖儲(chǔ)層電阻率與總有機(jī)碳含量、熱成熟度的關(guān)系

基于大量測(cè)試層統(tǒng)計(jì)結(jié)果,初步明確了富有機(jī)質(zhì)含氣頁(yè)巖的有利電性窗口,寒武系一般為30～300Ω·m,五峰組—龍馬溪組一般為10～500Ω·m。在有利電性值域范圍內(nèi),有機(jī)頁(yè)巖電阻率與產(chǎn)能具有較好的正相關(guān)關(guān)系。

2.5 可壓性評(píng)價(jià)

目前主要通過(guò)脆性礦物百分比來(lái)評(píng)價(jià)頁(yè)巖儲(chǔ)層脆性,利用巖石力學(xué)參數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)頁(yè)巖儲(chǔ)層可壓性[25-26]。在礦物脆性評(píng)價(jià)方面,一是運(yùn)用X射線(xiàn)衍射(XRD)技術(shù)可以直接測(cè)得巖石中石英、方解石和白云石等不同脆性礦物的含量及占比,反映頁(yè)巖脆性;二是通過(guò)X射線(xiàn)熒光分析(XRF)技術(shù)可以測(cè)得巖石中36種元素,用特定元素計(jì)算脆性礦物含量也可以間接判斷頁(yè)巖脆性;三是巖性?huà)呙杌蛟胤@測(cè)井可以測(cè)量10～18種元素含量,通過(guò)氧閉合模型準(zhǔn)確計(jì)算各種礦物含量,從而評(píng)價(jià)頁(yè)巖脆性。

在巖石力學(xué)參數(shù)評(píng)價(jià)方面,頁(yè)巖脆性一般用泊松比和楊氏模量表征。泊松比反映巖石塑性,楊氏模量反映巖石脆性,楊氏模量越高,泊松比越低,巖石的可壓性就越好?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐反映,深層、常壓頁(yè)巖氣井體積壓裂難度更大,表現(xiàn)出破裂壓力高、裂縫形態(tài)單一等特點(diǎn)。在泊松比和楊氏模量計(jì)算的基礎(chǔ)上,結(jié)合破裂壓力梯度和水平應(yīng)力差異系數(shù)可以更客觀地評(píng)價(jià)深層、常壓頁(yè)巖可壓性,支撐雙甜點(diǎn)評(píng)價(jià)。

如圖5所示,S2井底部(2 986.0～2 994.0 m)自然伽馬和電阻率呈高值,中子和密度低值,聲波時(shí)差較大,脆性礦物含量和“甜點(diǎn)”指數(shù)較高;楊氏模量相對(duì)較高,泊松比相對(duì)較低,應(yīng)力差異系數(shù)較小(0.105),破裂壓力相對(duì)較低,反映該段可壓性較好。綜合評(píng)價(jià)該段屬于優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖氣層,側(cè)鉆水平井測(cè)試日產(chǎn)氣32×104m3,與測(cè)井評(píng)價(jià)結(jié)果一致。

圖5 四川盆地S2井可壓性評(píng)價(jià)結(jié)果

3 提高鉆遇率技術(shù)

影響深層、常壓頁(yè)巖氣水平井鉆遇率的主要因素包括:① 深層和復(fù)雜構(gòu)造區(qū)地震預(yù)測(cè)精度低,實(shí)鉆與預(yù)測(cè)差異較大;② 水平段靶窗厚度小,微幅構(gòu)造與微斷層發(fā)育,導(dǎo)致鉆遇率低;③ 起伏型地層長(zhǎng)水平段穿行,井筒軌跡的低狗腿度設(shè)計(jì),影響了儲(chǔ)層鉆遇率;④ 簡(jiǎn)單的定向和導(dǎo)向工具組合,影響了微幅構(gòu)造區(qū)儲(chǔ)層鉆遇率。針對(duì)以上影響因素,攻關(guān)形成了定測(cè)錄導(dǎo)一體化工作模式,完善了多屬性地質(zhì)建模技術(shù),通過(guò)井震協(xié)同多專(zhuān)業(yè)融合,精細(xì)對(duì)比、分段控斜,確保精準(zhǔn)入靶,進(jìn)一步提高了深層、常壓頁(yè)巖氣水平井儲(chǔ)層鉆遇率。

3.1 打造定測(cè)錄導(dǎo)一體化工作模式

通過(guò)不斷摸索以及實(shí)踐優(yōu)化,基于定向、測(cè)井、錄井、導(dǎo)向各專(zhuān)業(yè)人員、裝備及技術(shù)一體化整合的思路,建立了水平井定測(cè)錄導(dǎo)一體化技術(shù)的運(yùn)行模式,實(shí)現(xiàn)了人員裝備統(tǒng)一管理及工作流程順暢運(yùn)行。

通過(guò)科學(xué)合理優(yōu)化配置一體化施工隊(duì)伍,優(yōu)化崗位及人員結(jié)構(gòu),傳統(tǒng)的水平井定測(cè)錄導(dǎo)施工隊(duì)伍定員標(biāo)準(zhǔn)為13人,優(yōu)化后施工隊(duì)伍精減為9人。各專(zhuān)業(yè)人員通過(guò)對(duì)定測(cè)錄導(dǎo)數(shù)據(jù)的綜合運(yùn)用,實(shí)時(shí)掌握隨鉆過(guò)程中各項(xiàng)資料信息,消除專(zhuān)業(yè)壁壘,更好地為油氣藏高效開(kāi)發(fā)服務(wù)。此外,在后方組織專(zhuān)家成立遠(yuǎn)程支持中心,實(shí)現(xiàn)技術(shù)和物資裝備的全天候在線(xiàn)支持,根據(jù)實(shí)際情況,快速形成鉆井技術(shù)方案及復(fù)雜情況應(yīng)急處置方案,保障安全、高效施工。

3.2 應(yīng)用多屬性建模技術(shù),支撐精準(zhǔn)地質(zhì)導(dǎo)向

運(yùn)用鄰井的鉆井、測(cè)井以及地質(zhì)研究數(shù)據(jù),按“相控”原則,采取序貫指示模擬的方法,選擇優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層表征參數(shù),鉆前構(gòu)建研究區(qū)多屬性三維地質(zhì)模型,實(shí)現(xiàn)構(gòu)造形態(tài)、儲(chǔ)層縱橫向變化的精細(xì)表征;建立工區(qū)地質(zhì)、工程異常數(shù)據(jù)庫(kù),加強(qiáng)地質(zhì)工程預(yù)警和防碰繞障設(shè)計(jì);實(shí)施鉆進(jìn)過(guò)程中,不斷更新地質(zhì)導(dǎo)向模型,確保水平井準(zhǔn)確入靶;根據(jù)中完測(cè)井、錄井?dāng)?shù)據(jù)更新水平井地質(zhì)模型,結(jié)合隨鉆測(cè)井?dāng)?shù)據(jù),對(duì)水平段可能鉆遇地層的巖性和物性實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)并做出及時(shí)調(diào)整,提高優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的鉆遇率。

3.3 井震協(xié)同、多專(zhuān)業(yè)融合,提高復(fù)雜構(gòu)造區(qū)儲(chǔ)層鉆遇率

據(jù)威榮—永川工區(qū)統(tǒng)計(jì),儲(chǔ)層鉆遇率低于90%的井均為鉆遇斷層或微幅構(gòu)造導(dǎo)致,采用多屬性地震剖面+隨鉆伽馬變化率+元素錄井特征圖版+旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向的綜合地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù),實(shí)時(shí)跟蹤調(diào)整導(dǎo)向模型,提升小微尺度斷層及構(gòu)造的識(shí)別能力,保障復(fù)雜地質(zhì)條件下獲得較高的儲(chǔ)層鉆遇率。正常情況下,水平段所處的地層位置不會(huì)有大幅度的變化,隨鉆測(cè)井曲線(xiàn)的測(cè)值會(huì)保持相對(duì)穩(wěn)定的變化率。通過(guò)模擬與統(tǒng)計(jì),正常地層中,間距1 m的兩個(gè)測(cè)點(diǎn)的伽馬比值介于0.81～1.25,鉆遇斷層后伽馬比值通常會(huì)有明顯變化(圖6)。多屬性結(jié)合綜合識(shí)別微斷層的方法如表2所示。

圖6 不同尺度斷層GR變化模式

2021年以來(lái),水平井地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)已應(yīng)用于620口頁(yè)巖氣水平井,儲(chǔ)層鉆遇率超過(guò)96%,其中威榮、永川、白馬等深層復(fù)雜構(gòu)造區(qū)120口井的鉆遇率達(dá)到98%。

4 鉆井提速配套技術(shù)

深層頁(yè)巖氣水平井鉆井面臨巖石硬度高,常規(guī)定向機(jī)械鉆速慢;超長(zhǎng)水平段攜巖困難,摩阻扭矩大,定向托壓嚴(yán)重;地層產(chǎn)狀變化大,需要高精度隨鉆地質(zhì)參數(shù)指導(dǎo)鉆井等復(fù)雜困難情況。常壓頁(yè)巖氣水平井,總體巖石硬度較低,可鉆性強(qiáng),部分井區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜,面臨井漏、掉塊等復(fù)雜情況。針對(duì)不同工區(qū)工程地質(zhì)特征的差異,明確了旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向和螺桿+MWD兩種提速技術(shù)的適用范圍,實(shí)現(xiàn)分類(lèi)施策提速提效。

4.1 深層頁(yè)巖氣推廣旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)提高鉆速

旋轉(zhuǎn)地質(zhì)導(dǎo)向工具具備全旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)能力,配合大扭矩螺桿,提速效果顯著,可解決定向滑動(dòng)鉆進(jìn)鉆具屈曲、托壓?jiǎn)栴},實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)井段安全快速鉆進(jìn);軌跡控制精度高,可解決深層頁(yè)巖氣小靶窗穿行等技術(shù)難題。威榮深層頁(yè)巖氣巖石硬度高,常規(guī)定向工具的機(jī)械鉆速低,僅4～6 m/h,應(yīng)用旋導(dǎo)工具后機(jī)械鉆速大于8 m/h,提速效果顯著,兩種提速工具的機(jī)械鉆速對(duì)比見(jiàn)表3?？傮w來(lái)說(shuō),水平段設(shè)計(jì)長(zhǎng)度超過(guò)3 000 m的區(qū)塊,如涪陵、南川等;地層產(chǎn)狀變化大、鉑金儲(chǔ)層鉆遇率低的區(qū)塊,如丁山、白馬等,都適合應(yīng)用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù),進(jìn)一步提高機(jī)械鉆速和儲(chǔ)層鉆遇率。

表3 四川盆地威榮工區(qū)不同鉆井方式機(jī)械鉆速對(duì)比

目前,旋導(dǎo)工具在四川盆地頁(yè)巖氣區(qū)塊應(yīng)用于110口井,以深層頁(yè)巖氣為主,平均機(jī)械鉆速?gòu)?021年的8.29 m/h提高到2023年的9.37 m/h?！敖?jīng)緯領(lǐng)航”旋轉(zhuǎn)地質(zhì)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)在JY18-S11HF井“一趟鉆”鉆進(jìn)3 210 m,入井工作時(shí)間333 h,系統(tǒng)性能得到充分驗(yàn)證。

4.2 常壓頁(yè)巖氣應(yīng)用螺桿+MWD工具提高鉆速

常壓頁(yè)巖氣工區(qū)巖石硬度相對(duì)較低,中長(zhǎng)水平段(<3 000 m)的機(jī)械鉆速較快;地層產(chǎn)狀穩(wěn)定區(qū),僅需自然伽馬就能實(shí)現(xiàn)地質(zhì)導(dǎo)向目的;紅星、復(fù)興等常壓深層頁(yè)巖氣,旋導(dǎo)作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)高,適合采用螺桿+MWD工具提速,有利于控制鉆井成本和風(fēng)險(xiǎn)。定向井段硅質(zhì)地層優(yōu)選高造斜率定向工具,提高復(fù)合鉆進(jìn)比例,提高定向段機(jī)械鉆速。水平段推廣優(yōu)快定向鉆井技術(shù),應(yīng)用PDC鉆頭,配套振蕩螺桿、水力加壓器等提速工具。高摩阻水平段推廣低摩阻剖面和降摩減阻工具,提高水平段延伸能力。

2021年以來(lái),該技術(shù)應(yīng)用于700余口井,平均趟鉆進(jìn)尺618 m;趟鉆成功率95.1%,同比提高3.1個(gè)百分點(diǎn),主要工區(qū)的應(yīng)用情況見(jiàn)圖7所示。

圖7 2021年以來(lái)四川盆地頁(yè)巖氣領(lǐng)域螺桿施工情況

4.3 “瘦身井”配套技術(shù)

為了節(jié)約成本,頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)井進(jìn)一步采用“瘦身”井身結(jié)構(gòu)?！笆萆恝裥汀便@頭尺寸為171.5 mm,“瘦身Ⅱ型”為190.5 mm。“瘦身井”采用非常規(guī)尺寸,可選提速工具少;小尺寸鉆具組合對(duì)鉆壓、地層變化更敏感,復(fù)合鉆進(jìn)的趨勢(shì)不穩(wěn)定,容易與設(shè)計(jì)出現(xiàn)較大偏差。

緊跟頁(yè)巖氣“瘦身井”開(kāi)發(fā)策略調(diào)整,采用變曲率、漸增式剖面設(shè)計(jì),控制了摩阻扭矩增加,完善“瘦身井”小井眼定向控制技術(shù)、水平段軌跡精細(xì)控制及延伸技術(shù)、錄井工程風(fēng)險(xiǎn)控制技術(shù)等相關(guān)測(cè)錄井配套技術(shù),為“瘦身井”提供技術(shù)保障。根據(jù)需求定制定向工具,完善“瘦身Ⅰ型”井、“瘦身Ⅱ型”井MWD和近鉆頭工具的配套與升級(jí)改造;推廣應(yīng)用Φ50型、Φ70型牽引器和Φ60型、Φ73型多級(jí)射孔工具,為“瘦身井”提供裝備保障。

截至2023年4月,完成瘦身井定向服務(wù)46口井,水平段一趟鉆完成率58%,平均機(jī)械鉆速14.72 m/h,比常規(guī)水平井提升20%。JY10-Z3HF井水平段機(jī)械鉆速27.18 m/h,刷新涪陵工區(qū)水平段機(jī)械鉆速最快紀(jì)錄。

4.4 水平井測(cè)井提速技術(shù)

針對(duì)深層頁(yè)巖氣水平段較長(zhǎng)、完井后實(shí)施無(wú)鉆機(jī)測(cè)井等問(wèn)題,研制了直推式、過(guò)鉆頭存儲(chǔ)式測(cè)井儀器和大功率牽引器,實(shí)現(xiàn)水平井一趟測(cè)。

深層高溫頁(yè)巖氣水平井,一般選擇直推存儲(chǔ)式測(cè)井技術(shù),提高測(cè)井時(shí)效和質(zhì)量。近3年在川渝頁(yè)巖氣累計(jì)應(yīng)用124口井,資料優(yōu)質(zhì)率98.9%,一次成功率97.1%,相比濕接頭工藝,單井節(jié)約時(shí)效13 h。

水平段超2 000 m的中深層水平井,一般選擇過(guò)鉆頭存儲(chǔ)式測(cè)井技術(shù),保障提速和安全作業(yè)。近三年在川渝頁(yè)巖氣應(yīng)用43口井,平均單井測(cè)井時(shí)間47.1 h,一次成功率95.3%。

套管水平井,一般選擇“牽引器+”技術(shù),保障套管井作業(yè)提速。累計(jì)應(yīng)用1 500口井,測(cè)井一次成功率大于98%,對(duì)比連續(xù)油管輸送方式,時(shí)效提高50%以上,成本降低60%以上。

5 壓裂提產(chǎn)配套技術(shù)

深層頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā),面臨高溫高壓射孔和高溫井壓裂監(jiān)測(cè)技術(shù)難題,壓裂施工還面臨破裂壓力高等復(fù)雜情況。為了配合“井工廠(chǎng)”壓裂,實(shí)施了多級(jí)射孔橋塞聯(lián)作技術(shù);為改善深層壓裂效果,應(yīng)用了等孔徑射孔技術(shù);為解決高溫深井壓裂監(jiān)測(cè)難題,研制了175 ℃高溫井下微地震監(jiān)測(cè)儀,開(kāi)展了“牽引器+DAS光纖”壓裂監(jiān)測(cè)技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn),并取得成功。

5.1 多級(jí)射孔橋塞聯(lián)作,助力井工廠(chǎng)壓裂提速建產(chǎn)

涪陵頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)以來(lái),配套的多級(jí)射孔技術(shù)從學(xué)習(xí)提升到自主研發(fā),逐步達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平,2017年完全替代國(guó)外技術(shù)。研制了全可溶橋塞、模塊化射孔槍、全系列(Φ60/73/80/89 mm)耐高溫高壓(175 ℃/160 MPa)多級(jí)射孔配套工具和實(shí)時(shí)泵送模擬調(diào)整軟件。配套140 MPa井口設(shè)備及井下工具,滿(mǎn)足深層頁(yè)巖氣壓裂技術(shù)要求,實(shí)現(xiàn)與“拉鏈?zhǔn)健眽毫炎鳂I(yè)無(wú)縫連接,射孔效率從早期的每天2段提高到每天7段,較好地支撐了平臺(tái)井壓裂提速。近兩年該技術(shù)應(yīng)用300余井次,在涪陵工區(qū)43天完成8口井226段泵送射孔,成功率99%以上。

5.2 等孔徑射孔技術(shù),改善壓裂效果

深層、常壓頁(yè)巖氣的致密層段,常規(guī)射孔存在破裂壓力較高、排量降低、加砂困難等復(fù)雜情況。等孔徑射孔技術(shù)可以有效降低孔眼摩阻和破裂壓力,改善壓裂效果。該技術(shù)在川渝頁(yè)巖氣應(yīng)用176口井,其中威榮氣田150口井,同等條件下破裂壓力可降低5～10 MPa。

5.3 井中微地震和光纖壓裂監(jiān)測(cè),實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)指導(dǎo)優(yōu)化壓裂

國(guó)內(nèi)常用的井中微地震監(jiān)測(cè)儀耐溫指標(biāo)為150 ℃,在120 ℃以上的高溫井中持續(xù)工作時(shí)間較短,不能滿(mǎn)足長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)要求。針對(duì)高溫井壓裂監(jiān)測(cè)難題,通過(guò)線(xiàn)路優(yōu)化和關(guān)鍵元器件改造,研制了175 ℃高溫井下微地震監(jiān)測(cè)儀。該儀器在135 ℃高溫下連續(xù)穩(wěn)定監(jiān)測(cè)50天,最遠(yuǎn)監(jiān)測(cè)距離2146m,實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)壓裂縫分布方位和規(guī)模,指導(dǎo)壓裂參數(shù)優(yōu)化、暫堵時(shí)機(jī)選擇和套變預(yù)警,已經(jīng)應(yīng)用的13口井中監(jiān)測(cè)成功率97%。

“牽引器+DAS光纖”壓裂監(jiān)測(cè)技術(shù)國(guó)內(nèi)首次在JY11-Z1HF井應(yīng)用,261 h內(nèi)完成32段壓裂實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),全程同步,直觀觀測(cè)每一段壓裂微震事件,刻畫(huà)裂縫形態(tài)走向,支撐壓裂暫堵等決策。

6 技術(shù)發(fā)展方向

測(cè)控技術(shù)進(jìn)步較好地支撐了中國(guó)石化在四川盆地及周緣地區(qū)的頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)。隨著勘探向深層、超深層(4 500～6 000 m)發(fā)展,向盆外常壓、低壓區(qū)發(fā)展,向二疊系、寒武系等新層系發(fā)展,新問(wèn)題不斷涌現(xiàn),現(xiàn)有測(cè)控技術(shù)還有進(jìn)一步提高的空間。

(1)聯(lián)合攻關(guān)新層系、新類(lèi)型頁(yè)巖氣解釋評(píng)價(jià)技術(shù)。針對(duì)二疊系大隆組、吳家坪組、茅口組及寒武系筇竹寺組等“三新”領(lǐng)域的頁(yè)巖氣儲(chǔ)層解釋精度低等問(wèn)題,與油氣田分公司聯(lián)合攻關(guān),加強(qiáng)巖石物理實(shí)驗(yàn),聚焦產(chǎn)能主控因素,加強(qiáng)含氣量計(jì)算和可壓性評(píng)價(jià),完善“雙甜點(diǎn)”識(shí)別技術(shù)與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

(2)加強(qiáng)高溫儀器和工具的研制。超深頁(yè)巖氣井面臨高溫高壓技術(shù)挑戰(zhàn),需要進(jìn)一步提升旋導(dǎo)工具的耐高溫性能,推廣應(yīng)用自研高溫旋導(dǎo),提高儀器保障能力。研制存儲(chǔ)式高溫電成像測(cè)井儀,滿(mǎn)足超深水平井裂縫評(píng)價(jià)要求。研制175～200 ℃高溫牽引器,滿(mǎn)足超深水平井套管作業(yè)要求。加強(qiáng)光纖測(cè)井技術(shù)研究,積極開(kāi)展壓裂監(jiān)測(cè)與產(chǎn)剖測(cè)井的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn),支撐科學(xué)開(kāi)發(fā)頁(yè)巖氣藏。

(3)加強(qiáng)基礎(chǔ)資料錄取,支撐高效勘探開(kāi)發(fā)。頁(yè)巖氣儲(chǔ)層復(fù)雜,非均質(zhì)性強(qiáng),需要高精度的測(cè)錄井資料支撐,保障地質(zhì)建模、解釋評(píng)價(jià)、靶窗選取和壓裂分段的科學(xué)性。目前,頁(yè)巖氣平臺(tái)測(cè)井比例較低,給解釋評(píng)價(jià)和壓裂分段等帶來(lái)困難,復(fù)雜情況分析依據(jù)不充分,建議對(duì)測(cè)井系列進(jìn)行規(guī)范和持續(xù)優(yōu)化。

7 結(jié)束語(yǔ)

頁(yè)巖氣是中國(guó)石化貫徹國(guó)家“穩(wěn)油增氣”戰(zhàn)略,實(shí)施天然氣增儲(chǔ)上產(chǎn)的重點(diǎn)領(lǐng)域。前期攻關(guān)以五峰組—龍馬溪組為主要研究對(duì)象,已經(jīng)形成了比較成熟的頁(yè)巖氣測(cè)控系列技術(shù),有力支撐了勘探發(fā)現(xiàn)與百億方產(chǎn)能建設(shè)。針對(duì)深層、常壓頁(yè)巖氣增儲(chǔ)上產(chǎn)陣地面臨的問(wèn)題,堅(jiān)持需求牽引、問(wèn)題導(dǎo)向,強(qiáng)化靠前服務(wù)、聯(lián)合作戰(zhàn),發(fā)揮定測(cè)錄導(dǎo)一體化優(yōu)勢(shì),不斷推進(jìn)測(cè)控技術(shù)創(chuàng)新,持續(xù)提高解釋評(píng)價(jià)精度、提高優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層鉆遇率、支撐鉆井提速降本、支撐壓裂提速增產(chǎn),全力保障頁(yè)巖氣高質(zhì)量勘探與效益開(kāi)發(fā)。

利益沖突聲明/Conflict of Interests

所有作者聲明不存在利益沖突。

All authors disclose no relevant conflict of interests.

作者貢獻(xiàn)/Authors’Contributions

葛祥、孫鑫參與全文數(shù)據(jù)梳理、論文寫(xiě)作和修改;劉偉參與雙甜點(diǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)資料收集、整理;王春偉參與提高鉆遇率與鉆井提速配套技術(shù)資料收集、整理;馬林參與壓裂提產(chǎn)配套技術(shù)資料收集、整理。所有作者均閱讀并同意最終稿件的提交。

The total manuscript was drafted and revised by GE Xiang and SUN Xin. The double sweet spots evaluation part was completed by LIU Wei. The improving drilling rate and drilling speed parts were completed by WANG Chunwei. The hydraulic fracturing part was completed by MA Lin. All the authors have read the last version of paper and consented for submission.