中國(guó)石化壓后取芯技術(shù)世界領(lǐng)先
來源：中國(guó)石化報(bào) 時(shí)間：2024-06-07 14:05
焦頁12-檢1井壓后取芯施工現(xiàn)場(chǎng)。李占軍攝
施工人員將巖芯從套管內(nèi)取出。寧仁磊攝
專家正在仔細(xì)觀察取出的巖芯情況。李占軍攝
地下壓裂縫網(wǎng)展布情況是什么樣的？?jī)?chǔ)層改造效果如何？……這些困擾技術(shù)人員的難題，以往只能靠想象和壓裂軟件模擬。如今，圍繞評(píng)價(jià)壓后效果、優(yōu)化壓裂措施、提高地質(zhì)建模精度，江漢油田依托集團(tuán)公司重大先導(dǎo)試驗(yàn)和科研項(xiàng)目，組建多專業(yè)聯(lián)合攻關(guān)團(tuán)隊(duì)，在涪陵頁巖氣田立體開發(fā)區(qū)實(shí)施壓后取芯，揭開了地下人工縫網(wǎng)的神秘面紗。
鉆井取芯在頁巖氣勘探開發(fā)中十分常見，但壓裂后，甚至開采后水平井取芯，這在國(guó)內(nèi)還沒有先例。
先出發(fā)，意味著先遇到困難。面對(duì)頁巖氣壓后復(fù)雜縫網(wǎng)區(qū)取芯易漏、易垮、易噴、易碰，巖芯收獲率難以保障等難題，江漢油田油氣產(chǎn)能建設(shè)管理中心聯(lián)合油田研究院、工程院開展攻關(guān)，不斷突破極限，創(chuàng)新形成了大斜度井、水平井壓后取芯技術(shù)，推動(dòng)涪陵頁巖氣田壓后裂縫區(qū)鉆井取芯技術(shù)達(dá)到世界領(lǐng)先水平。截至目前，已完成6口井壓后取芯，取芯長(zhǎng)度1122.96米，巖芯收獲率平均達(dá)到98.9%，為評(píng)價(jià)氣田壓裂效果和立體開發(fā)政策提供了第一手基礎(chǔ)資料。
難度大、風(fēng)險(xiǎn)大、方法難 “在以前想都不敢想”
4月1日，在巖芯庫內(nèi)，技術(shù)人員正在仔細(xì)研究焦頁12-檢1井122.45米的巖芯，精細(xì)刻畫裂縫的走向、條數(shù)、大小、寬度，用以評(píng)價(jià)壓裂效果。
作為國(guó)內(nèi)首口頁巖氣壓后取芯井，焦頁12-檢1井的成功有著不一樣的意義。“壓后取芯在以前想都不敢想?！苯瓭h油田工程技術(shù)管理部經(jīng)理張玉強(qiáng)坦言。常規(guī)取芯會(huì)避開裂縫區(qū)，而壓后取芯目的層必須是人工裂縫發(fā)育的壓后頁巖地層，“人工裂縫區(qū)巖芯破碎，導(dǎo)致巖芯易脫落、收獲率低，甚至有可能收獲不到巖芯”。
除了巖芯破碎，已經(jīng)投產(chǎn)的老井開采后地層壓力虧空嚴(yán)重，壓力系數(shù)低，地層能量不足，鉆進(jìn)過程中容易垮塌。加上要在井網(wǎng)之間來回穿梭，鉆井液有可能漏失到鄰井中，造成鄰井“淹死”，或者鄰井氣竄導(dǎo)致井噴，風(fēng)險(xiǎn)非常大。
“在幾千米的地下，井筒之間的距離只有幾十米，一旦數(shù)據(jù)不準(zhǔn)，就會(huì)碰到老井套管?！庇蜌猱a(chǎn)能建設(shè)管理中心鉆井管理室主任代永波說。
這些可預(yù)料的困難讓技術(shù)人員對(duì)壓后取芯望而生畏。當(dāng)時(shí)，能不能打成井、取不取得出巖芯，成為大家討論的重點(diǎn)。但為了評(píng)價(jià)頁巖氣壓裂效果、了解剩余氣分布，裂縫區(qū)取芯必須拿下。
明知山有虎，偏向虎山行。聚焦打成井，江漢油田打出工藝、工具優(yōu)化“組合拳”，采用高性能低密度水基鉆井液，有效降低了地層漏失和坍塌風(fēng)險(xiǎn)，以及對(duì)巖芯的污染，確保巖芯含氣性等基本信息完整，方便后期研究，同時(shí)改進(jìn)鉆頭、螺桿等工具，優(yōu)化鉆壓、鉆速等取芯參數(shù)，不斷提高施工成功率。
在鉆進(jìn)過程中，地質(zhì)導(dǎo)向人員駐守現(xiàn)場(chǎng)，仔細(xì)判斷地層層位，增加測(cè)量頻率，確定好鉆頭在地下的坐標(biāo)，隨時(shí)計(jì)算防碰距離，保證軌跡精準(zhǔn)。
由于取芯鉆具中不能攜帶常規(guī)螺桿工具，技術(shù)人員只能依靠經(jīng)驗(yàn)和機(jī)械性措施來控制鉆井軌跡。這一方法引來不少質(zhì)疑，有人認(rèn)為“是在地下盲取” 。
“通過科學(xué)優(yōu)化扶正器位置和鉆井參數(shù)，靠機(jī)械性措施一點(diǎn)一點(diǎn)摳，確保軌跡按設(shè)計(jì)穿行。過程中的每個(gè)問題都是經(jīng)過團(tuán)隊(duì)認(rèn)真考慮討論過的，我們對(duì)這個(gè)方法很有信心?！贝啦ń榻B，該方法在焦頁66-檢2井成功應(yīng)用，200多米連續(xù)取芯軌跡控制，上下偏差只有1米。
打到目的層后，如何將巖芯保持原形取出來成了最大的難題。沒有經(jīng)驗(yàn)可供借鑒，技術(shù)人員只能摸索著前進(jìn)。
有專家建議把萬能螺桿裝在取芯筒后面，可以邊控制軌跡邊取芯。技術(shù)專家否定了這一提議，他們認(rèn)為鉆進(jìn)中擾動(dòng)取芯筒，會(huì)破壞巖芯的完整性，容易卡芯、堵芯。最終，考慮到取芯和軌跡控制的矛盾點(diǎn)，技術(shù)團(tuán)隊(duì)大膽創(chuàng)新，在國(guó)內(nèi)首次提出新的工作思路——取芯不定向、定向不取芯。
理論是否可行，要靠實(shí)踐來驗(yàn)證。江漢油田在焦頁66-檢1井運(yùn)用這一思路，取芯收獲率達(dá)99.36%。之后，成功取芯的每一口井都驗(yàn)證了新思路的正確性。
直井、大斜度井、水平井不斷挑戰(zhàn)極限
“以后在直井取芯，連續(xù)10筒我們都能搞定?！闭f起壓后取芯，張玉強(qiáng)信心滿滿。
信心源自實(shí)力。一年來，按照先易后難的步驟，江漢油田油氣產(chǎn)能建設(shè)管理中心從直井到大斜度井再到水平井，不斷挑戰(zhàn)極限，通過自主創(chuàng)新和工程工藝迭代優(yōu)化，創(chuàng)建了壓后復(fù)雜縫網(wǎng)區(qū)取芯鉆井技術(shù)，形成了壓后縫網(wǎng)區(qū)連續(xù)取芯配套工藝技術(shù)，在全球遙遙領(lǐng)先。
據(jù)該中心鉆井管理室副主任林安國(guó)介紹，在焦頁12-檢1井完成第一口直井取芯后，他們就把目光聚焦到了大斜度井。焦頁66-檢1井、檢2井、檢3井、檢4井是4口大斜度取芯井，井斜達(dá)到66度。井斜越大，意味著巖芯更易斷、易堵。
在大斜度井取芯過程中，技術(shù)人員創(chuàng)新研發(fā)了內(nèi)筒扶正器，可保持取芯內(nèi)筒居中狀態(tài)，減少對(duì)巖芯的擾動(dòng)，從而保持巖芯壓后的原始狀態(tài)，并采用高效取芯鉆頭等，有效提高了頁巖壓裂改造地層巖芯收獲率。
江漢油田還創(chuàng)新取芯井筒利用模式，首次采用“四井合一”的新方式，只需打一次井眼，就能完成4口井的取芯任務(wù)，可節(jié)約幾千萬元成本?！拔覀?cè)诮鬼?6-檢2井取芯后，分別側(cè)鉆3次，高效完成了焦頁66-檢1井、檢3井、檢4井取芯，這是國(guó)內(nèi)頁巖氣井首次完成單眼四井取芯任務(wù)?！绷职矅?guó)介紹，4口井累計(jì)取芯進(jìn)尺764.5米，取芯長(zhǎng)度760.63米，巖芯收獲率達(dá)到99.45%，實(shí)現(xiàn)了“鉆井零溢流、鉆井液零漏失、軌跡零碰撞、信息零丟失”。
有了“四井合一”大斜度井的取芯經(jīng)驗(yàn)， 技術(shù)人員又開啟水平井壓后取芯的攻關(guān)之路。“水平井要躺著取芯，進(jìn)芯阻力非常大，重力下垂導(dǎo)致取芯筒外筒干擾內(nèi)筒，巖芯易碎?！贝啦ㄕf，“取芯工具長(zhǎng)了也容易脫扣、斷裂，因此對(duì)工具的精度要求更高?！?/p>
頂著壓力，江漢油田部署了國(guó)內(nèi)首口頁巖氣壓后裂縫區(qū)水平段取芯井——焦頁66-檢5井，目的是通過多種取芯方式，明確涪陵頁巖氣田焦石壩立體開發(fā)區(qū)三維空間裂縫展布特征。
焦頁66-檢5井設(shè)計(jì)取芯段266米、設(shè)計(jì)水平段1957米。針對(duì)取芯工具組合難下入、取芯工具內(nèi)筒不居中等問題，技術(shù)人員優(yōu)化取芯鉆具組合，縮小扶正器軸承間隙，在提高取芯內(nèi)筒居中度的同時(shí)，增強(qiáng)取芯鉆進(jìn)的工作穩(wěn)定性，并采用含有微納米封堵材料的頁巖水基鉆井液，有效解決了壓裂區(qū)取芯易垮塌的難題，同時(shí)優(yōu)選取芯筒內(nèi)筒材質(zhì)，增加光滑度，減少進(jìn)芯摩阻。
創(chuàng)新永無止境。技術(shù)人員持續(xù)探索工程極限，采用“六筒連接”取芯方式，形成了鉆井長(zhǎng)筒取芯技術(shù)。為保障施工順利進(jìn)行，江漢油田成立頁巖氣井壓后鉆井取芯現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)團(tuán)隊(duì)，全程駐井跟蹤指導(dǎo)，統(tǒng)一管理取芯工具準(zhǔn)備、鉆井液性能調(diào)控、復(fù)雜軌跡控制、取芯參數(shù)優(yōu)化等工作。現(xiàn)場(chǎng)人員精細(xì)操作，高效完成取芯、割芯、出芯及地面切割、含氣測(cè)試、數(shù)字掃描等任務(wù)，確保取芯安全、出芯順暢、切割完整、資料準(zhǔn)確。
最終，焦頁66-檢5井在水平段連續(xù)取芯進(jìn)尺達(dá)240.2米，水平段芯長(zhǎng)239.82米，水平段單次長(zhǎng)筒取芯最長(zhǎng)達(dá)53.7米，刷新單平臺(tái)壓后取芯總進(jìn)尺最長(zhǎng)、單井水平段連續(xù)取芯進(jìn)尺最長(zhǎng)、水平段芯長(zhǎng)最長(zhǎng)、單次水平段長(zhǎng)筒取芯進(jìn)尺最長(zhǎng)、水平段取芯平均收獲率最高等5項(xiàng)鉆井紀(jì)錄。
“在同一井眼開展水平鉆井取芯工藝試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，我們又下入生產(chǎn)套管，以達(dá)到采氣目的，首次在頁巖氣井中實(shí)現(xiàn)了一井取芯、采氣雙用?！绷职矅?guó)介紹。同時(shí)，他們還利用該井評(píng)價(jià)小井距剩余氣分布情況，指導(dǎo)下一步小井距加密布井的部署，為提高多層立體開發(fā)采收率、“吃干榨凈”地下資源打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。（ 夏 梅 駱洪鋒）
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