页岩气钻完井配套技术

1. 页岩气钻完井配套技术 中石化中原石油工程有限公司 二〇一四年二月

2. 汇 报 提 纲 一、前言 二、页岩气钻井技术 三、页岩气固井技术 四、页岩气录井技术 五、页岩气测井技术 六、页岩气压裂技术 七、环保处理技术

3. 一、前 言 中原石油工程公司是国内最早进入页岩气勘探开发领域的公司之一。近年来，在页岩气水平井钻井、固井、测井、录井、多级分段压裂等方面，经过连续几年科技攻关和集成配套，已经形成了成熟的页岩气钻完井技术系列

4. 一、前 言 先后为中石化南方公司、江汉分公司、西南分公司、华东分公司和延长集团公司等单位完成页岩气施工近百余口井，覆盖了国内主要页岩气勘探开发区域  焦石坝工区，完成了南方分公司首口页岩气井焦页1井，揭开 了焦石坝地区页岩气大开发的序幕  丁山工区，完成了南方分公司首口深层页岩气井丁页2井， 并创新高温超高压压裂技术，获得高产气流。揭示了中 石化页岩气更大的场景  彭水工区，完成了华东分公司首口页岩气井彭页1井  川西工区，完成了西南分公司第一口页岩气水平井新页HF-1井  陕北工区，完成了延长集团公司首口页岩气井延页平1井

5. 一、前 言 在页岩气方面创出八项中石化集团公司新纪录 •  焦页12-4HF井：页岩水平井水平段最长纪录（水平段长2130m） •  丁页2HF井：单级固井封固段最长记录（封固段长5696m） • 焦页8-2HF井：分段压裂21段，压后放喷气产量57.0×104m3/d， • 创造压后产量最高指标 • 丁页2HF井：国内第一口7 ″大套管超深页岩气压裂，注入总液量 • 30890m3，泵送桥塞压力最高95MPa • 彭页3HF井：创集团公司单井一次压裂加砂量最多和单井一次压入井 • 液最多2项纪录 •  丁页2井：水平井泵送桥塞/分簇射孔联作井底压力最高纪录 •  白-平1HF：阶梯水平井轨迹垂直落差最大92m

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7. 二、页岩气钻井技术 1、水平井轨迹控制技术  创新了“小角度单弯螺杆+欠尺寸双扶”稳平钻具组合，提高长水平段的稳平控制能力和复合钻进比例，实现水平段“一趟钻”钻进  形成了LWD随钻测井地层对比技术，实现精确中靶，保证井眼轨迹在目标层内穿行 应用效果：最大水平段长2130m，复合滑动钻进比例达到9:1，提高了钻进速度和效率 动力钻具弯点 欠尺寸扶正器 扶正块

8. 二、页岩气钻井技术 2、降摩减阻技术  利用摩阻扭矩计算软件，优化轨道剖面和钻具组合  研发固相清洁剂和润滑剂，控制钻井液低温流变性和高温悬浮性  优化排量等工程参数、采用复合钻具和岩屑清除工具 应用效果：丁页2HF井水平段长1200m，井下摩阻基本 控制在40-60kN，实现了长裸眼水平井顺利钻进 岩屑床清除接头 钻井液排量优选 剖面优化

9. 二、页岩气钻井技术 3、完井管柱安全下入技术  建立修正的等效刚度比计算模型，研发管柱安全下入评价软件，对实钻井眼进行完井管柱下入安全行进行评估  模拟完井管柱刚度，研制专用通井扶正器，形成了“一刮三通”通井工艺和完井管柱安全下入技术。管柱到位一次成功率100% 专用通井扶正器（专利） 完井管柱评价模型 管柱下入摩阻实测与计算值对比

10. 二、页岩气钻井技术 二、页岩气钻井技术 4、页岩气钻井液技术 开发了油基、聚胺、烷基糖苷三个钻井液系列，满足了不同地层岩性特性钻井施工需求  油基钻井液 井壁稳定能力强、抗温达180℃ 密度0.90～2.2g/cm3、油水比9:1 ～ 7:3、动塑比大于0.25  适用于页岩气水平井以及强水敏性复杂地层  性能已达到国外公司专业公司水平，部分指标（ES等）领先 已在中原、陕北、西南、新疆等地区应用30余口井

11. 二、页岩气钻井技术  聚胺钻井液  抑制能力强，抗温达180℃  在不同钻井液体系中配伍性好  适用于泥岩、火山岩、煤层等地层 已在中原、东北、冀东、陕北、西南等区应用48口井

12. 二、页岩气钻井技术  阳离子烷基糖苷钻井液  抑制能力强，抗温150℃  优良的润滑性  较强的抗污染能力  适用于水敏性泥岩、沙泥岩地层 大位移定向井、水平井施工 阳离子烷基糖苷作用机理 在中原、西南、内蒙和陕北共应用9口水平井。满足了长水平段水平井、小井眼水平井的施工需要，综合成本大幅度降低

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14. 三、页岩气固井技术 1、界面清洗技术  油基钻井液固井冲洗液技术 研发了清油型隔离液QY-1L,清油率大于95%，现场应用16口井，固井质量均在良好以上  四级冲洗工艺 柴油或坂土浆+清油冲洗液+清油型加重隔离液+稀水泥浆

15. 弹韧性水泥石三轴应力实验 普通水泥石三轴应力实验 三、页岩气固井技术 2、弹韧性水泥石技术 研发的韧性材料为高分子聚合物乳液经喷雾干燥的粉体, 加入到水泥浆中，可降低弹性模量达50%以上，提高水泥石的弹韧性  强度高(21MPa/48h×80℃)  有一定的弹性（相对较低的杨氏模量）  不可压缩性 (相对较高的泊松比)

16. 三、页岩气固井技术 3、水平井扶正居中技术  固井软件模拟优化扶正器加法  研制铸铝式刚性螺旋扶正器  研发自适应偏心式刚性滚轮扶正器 扶正器居中度对比图

17. 三、页岩气固井技术 4、现场应用  焦石坝 涪页1HF、焦页1-2HF、焦页1-3HF、焦页1-4HF、焦页9-2HF、焦页12-1HF、焦页12-2HF、焦页12-4HF、丁页2HF等9口井，固井质量合格率100%，优良率88.9%  延长 延页平1、延页平2、延页平3、云页平1等4口井，固井质量合格率100%，固井质量优良率为100% 丁页2HF井固井质量测井图

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19. 石英 正长石 粉砂岩 泥岩 白云岩 斜长石 白云石 方解石 四、页岩气录井技术 1、污染岩屑岩性、泥页岩脆性矿物识别技术 运用X射线、激光分析技术，解决细岩屑、污染岩屑、复杂特殊岩性、地质界面、泥页岩脆性矿物精细识别技术难题

20. 3888m 混入油品 3883m 3901m 四、页岩气录井技术 2、油基钻井液油气评价技术 利用光谱技术、数字成像技术、三维定量荧光技术，解决录井细岩屑、油基钻井液油气可视化、自动化评价技术难题

21. 宏观分析 井下绕障 微观分析 四、页岩气录井技术 3、录井随钻地质预测技术 运用地质、录井、随钻测量、工程信息随钻分析及井眼轨迹三维调控技术，解决随钻岩性、地层、油气产状要素及井身轨迹实时监测、调控等技术难题

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23. 五、页岩气测井技术 1、湿接头式钻具输送测井技术 钻具将测井仪器输送至目的层位，利用湿接头将电缆和井下仪器连接，起钻过程中完成测井任务。常用于大斜度定向井、水平井和复杂结构井测井 2、存储式钻具输送测井技术 测井仪器放在专用钻具内，下放钻具到目的层后进行测井，到地面读取测井数据。常用于大斜度定向井、水平井和复杂结构井测井

24. 五、页岩气测井技术 3、爬行器测井技术 常用于大斜度定向井和水平井套管测井 4、页岩气解释技术 根据页岩储层与常规储层的差异，通过技术研究和经验积累，形成了成熟的测井评价方法

25. 五、页岩气测井技术 施工业绩 完成普光气田超深、高含硫化氢井测井施工48口，其中大斜度井28口，水平井16口  普光204-2H井井深7010米，水平位移1600米，创中石化水平井测井纪录  元坝22井井底压力达137.92MPa 沙75井测井，水平测井井段1856米

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27. 六、页岩气压裂技术 1、大排量连续配液、供液技术  配液、供液排量：14-20m3/min  供液规模：2000--3000m3/段  供液能力：20000-50000m3/井 供液管汇  施工排量最大：15.5m3/min（元页HF-1井）  单段最大液量：2780m3（丁页2HF井）  单井总液量最多：47340.46m3（彭页3HF井） 供液泵

28. 六、页岩气压裂技术 2、高压管汇及井口承压控制技术 研制高压注入系统（压裂六通、压裂八通）:  180mm通径  105MPa 高压六通 施工压力最高：97.4MPa（元页HF-1井） 高压八通

29. 六、页岩气压裂技术 3、支撑剂组合加入技术  研制大型加砂装置，实现连续加砂  优选100目+40/70目+30/50目组合  单井加砂量最多：2108.25m3（彭页3HF井）  施工阶段砂比最高：32%（元页HF-1井）  最大单段加砂量：126m3（彭页3HF井） 连续加砂装置

30. 六、页岩气压裂技术 4、连续油管施工技术 用于替浆、射孔、钻塞、打捞作业，提高生产时效 • 最大工作压力：105MPa • 深度：6300m（1.75″）；5300m（2″） • 最大起下速度：60m/min • 最大上提能力：36t  完成丁页2HF井5700m替浆作业。  钻塞时间最短：9个桥塞36h（元页HF-1井）

31. 六、页岩气压裂技术 5、多级分段压裂工艺 （1）桥塞射孔联作分段技术 • 研发了高温超高压桥塞工具 （耐温150℃、耐压140 MPa）  压裂段数最多：22段（彭页3HF井）  最高地层温度：146℃（丁页2HF井） 桥塞及坐封工具 （2）多级滑套-封隔器分段技术  耐压（70MPa）；  耐温（175℃）  压裂段数最多：10段（濮1-FP1井）  最高地层温度：134℃（白庙平1井） 濮1FP1井管柱图

32. 六、页岩气压裂技术 施工业绩  2010年5月中原井下独立施工国内第一口页岩气井--方深1井  目前已完成涪页HF-1井、彭页HF-1井、延页平1井、元页HF-1井、焦页1HF井、焦页8-2井、丁页2HF井等15口井 焦页1HF井：压后14mm油嘴放喷，井口压力6.8MPa，日产气20.3万方，目前日稳产6 万方，累计产气2457万方，实现中石化页岩气勘探突破 焦页8-2HF井：压后放喷日产量57.4万方，创造了页岩气产量最高指标

33. 汇 报 提 纲 一、前言 二、页岩气钻井技术 三、页岩气固井技术 四、页岩气录井技术 五、页岩气测井技术 六、页岩气压裂技术 七、环保处理技术

34. 七、环保处理技术 1、油基钻井液废弃物处理技术  形成化学清洗和微生物降解为核心的矿物油回收及消除技术  采用油基钻屑和废液一体化联合处理方案  用于油基钻屑和废弃OBM资源化和无害化处理 效果评价 • 废液：油回收率＞90%， 废渣残油量小于2% • 钻屑：油回收率＞80%， 废渣残油量小于2% 油基钻屑清洗分离中试试验 废渣残油量均小于2%，达到国家技术规范 废弃OBM破乳分离中试试验

35. 净化水 氧化处理 混凝 精密过滤 七、环保处理技术 2、水基压裂返排液回用处理技术 固液分离 吸附处理 返排液 回注、配制滑溜水、线性胶  形成了氧化和螯合吸附为核心的压裂返排液循环再利用技术  可实现回注和配制滑溜水、线性胶、冻胶等 配制冻胶 效果评价 涪页1井、元页1井压裂返排液处理后，主要污染指标均达到国家规范要求，满足配制滑溜水、线性胶和胍胶的性能指标 元页1井压裂废液配制冻胶液的高流变曲线

36. 结 束 语 回首页岩气勘探开发短短几年的历史，中原石油工程公司迅速形成了一整套页岩气钻完井配套技术，已成为我国页岩气勘探开发服务项目最全、施工能力最强的一支专业化队伍。 为了进一步提高页岩气勘探开发效率和效益，中原石油工程公司在提高钻完井速度、降低施工成本等方面进行了大量的探索和实践，积累了丰富的经验，期待在将来的页岩气勘探开发中，做出更大的贡献！

37. 谢谢！ 欢迎交流指正！