中国石化非常规油气水平井钻完井及分段压裂技术进展

1、SINOPEC RESEARCH INSTITUTE OF PETROLEUM ENGINEERINGSINOPEC RESEARCH INSTITUTE OF PETROLEUM ENGINEERING 中国石化非常规油气水平井中国石化非常规油气水平井钻完井及分段压裂技术进展钻完井及分段压裂技术进展牛新明牛新明2012年年08月月20日日石油工程技术研究院石油工程技术研究院 SINOPEC RESEARCH INSTITUTE OF PETROLEUM ENGINEERINGSINOPEC RESEARCH INSTITUTE OF PETROLEUM ENGINEERING前前 言言 美国

2、非常规油气高效规模开发及集团公司党组对非常规油气开美国非常规油气高效规模开发及集团公司党组对非常规油气开发的高度重视，为石油工程系统带来了新的发展机遇和技术挑战。发的高度重视，为石油工程系统带来了新的发展机遇和技术挑战。 非常规油气地质各向异性突出、油气储藏模式特殊、提高单井产非常规油气地质各向异性突出、油气储藏模式特殊、提高单井产能技术复杂，开发过程中对石油工程技术进步需求迫切，需要针对不同能技术复杂，开发过程中对石油工程技术进步需求迫切，需要针对不同的地质特点应用合适的技术体系。的地质特点应用合适的技术体系。 中国石化在研究借鉴国外技术的基础上，通过技术引进、技术中国石化在研究借鉴国外技术

3、的基础上，通过技术引进、技术配套和自主研发相结合，配套和自主研发相结合，在非常规储层评价、高效钻完井技术、水在非常规储层评价、高效钻完井技术、水平井分段改造技术、重大装备工具研发以及现场应用试验等方面取平井分段改造技术、重大装备工具研发以及现场应用试验等方面取得了较大进展。得了较大进展。 石油工程技术研究院石油工程技术研究院 SINOPEC RESEARCH INSTITUTE OF PETROLEUM ENGINEERINGSINOPEC RESEARCH INSTITUTE OF PETROLEUM ENGINEERING汇报提纲汇报提纲一、水平井钻完井技术进展一、水平井钻完井技术进展二、

4、水平井分段压裂技术进展二、水平井分段压裂技术进展三、中国石化工程院技术进展三、中国石化工程院技术进展四、认识及建议四、认识及建议石油工程技术研究院石油工程技术研究院 SINOPEC RESEARCH INSTITUTE OF PETROLEUM ENGINEERINGSINOPEC RESEARCH INSTITUTE OF PETROLEUM ENGINEERING一、一、水平井钻完井技术进展水平井钻完井技术进展技术技术目标目标 钻成：钻成：按总体开发方案施工、复杂问题少按总体开发方案施工、复杂问题少 钻好：钻好：成井质量高、建井周期短成井质量高、建井周期短 钻长：钻长：长水平段施工顺利长水

5、平段施工顺利关键关键技术技术 水平井钻井优化设计水平井钻井优化设计 井眼轨迹控制及综合提速技术井眼轨迹控制及综合提速技术 钻井液及井壁稳定技术钻井液及井壁稳定技术 提高水平段固井质量技术提高水平段固井质量技术石油工程技术研究院石油工程技术研究院 SINOPEC RESEARCH INSTITUTE OF PETROLEUM ENGINEERINGSINOPEC RESEARCH INSTITUTE OF PETROLEUM ENGINEERING（一）国外主要技术进展（一）国外主要技术进展 2003年以来，美国年以来，美国Barnett、Fayetteville等页岩油气区以水平井开发为主。等

6、页岩油气区以水平井开发为主。 2011年，美国完钻非常规水平井年，美国完钻非常规水平井8500多口多口，页岩油气水平井，页岩油气水平井7600余口，余口，Barnett水平井占水平井占90%以上，形成了比较成熟的非常规油气钻完井配套技术以上，形成了比较成熟的非常规油气钻完井配套技术。 1981-25901981-25903200-41153200-41151219-25901219-2590305-2133305-2133水平段长，水平段长，m762-1270762-12701016-19301016-19301016-13971016-1397600-1200600-1200钻井周期，钻井周

7、期，d15.515.545-5045-50202016-1816-18钻井液体系钻井液体系水基（水基（80%80%）油基（油基（20%20%）油基（油基（95%95%）水基（水基（5%5%）油基（油基（90%90%）水基（水基（10%10%）水基为主水基为主油基（部分复杂地层）油基（部分复杂地层）建井费用建井费用万美元万美元300-400300-400650-650-850850350-450350-450300-400300-400一、一、水平井钻完井技术进展水平井钻完井技术进展- -国外国外美国典型页岩油气开发钻完井技术指标美国典型页岩油气开发钻完井技术指标石油工程技术研究院石油工程技术研

8、究院 SINOPEC RESEARCH INSTITUTE OF PETROLEUM ENGINEERINGSINOPEC RESEARCH INSTITUTE OF PETROLEUM ENGINEERING1. 注重系统的工程地质基础研究和钻完井工程优化设计注重系统的工程地质基础研究和钻完井工程优化设计l工程地质基础研究 地层压力地层压力 井壁稳定性井壁稳定性 地应力分析地应力分析 岩性组分及特性分析岩性组分及特性分析 l钻完井优化设计 水平井井眼位置水平井井眼位置选择在低应力、高孔隙度、脆性矿物富集和富干酪根区选择在低应力、高孔隙度、脆性矿物富集和富干酪根区 水平井眼方向水平井眼方向多沿

9、最小主应力方向，为后期压裂创造条件多沿最小主应力方向，为后期压裂创造条件 井身结构设计：井身结构设计：确保套管下入、满足后续作业要求确保套管下入、满足后续作业要求一、一、水平井钻完井技术进展水平井钻完井技术进展- -国外国外石油工程技术研究院石油工程技术研究院 SINOPEC RESEARCH INSTITUTE OF PETROLEUM ENGINEERINGSINOPEC RESEARCH INSTITUTE OF PETROLEUM ENGINEERING导向动力钻具导向动力钻具+MWD/LWD LWD随钻测量技术 以前GR, Res. 逐渐增加密度、声波、随钻成像 旋转导向钻井系统旋转

10、导向钻井系统 用于Haynesville等井较深、水平段较长、井眼轨迹控制难度大的水平井井下工具系列 Fluid Hammer（水力振荡器）降低摩阻扭矩2. 形成了比较成熟的非常规水平井井眼轨迹控制技术形成了比较成熟的非常规水平井井眼轨迹控制技术一、一、水平井钻完井技术进展水平井钻完井技术进展- -国外国外石油工程技术研究院石油工程技术研究院 SINOPEC RESEARCH INSTITUTE OF PETROLEUM ENGINEERINGSINOPEC RESEARCH INSTITUTE OF PETROLEUM ENGINEERINGKymera牙轮牙轮/PDC复合钻头：复合钻头：

11、更低、更平稳的钻进扭矩，定向钻进更易控制更低、更平稳的钻进扭矩，定向钻进更易控制 更小的轴向振动更小的轴向振动(钻头跳动钻头跳动)，多夹层地层钻进时寿命更长，多夹层地层钻进时寿命更长 3. 研制了多种适于泥页岩地层钻井提速和定向钻进钻头研制了多种适于泥页岩地层钻井提速和定向钻进钻头 现场成功进行应用，平均钻井周期缩短现场成功进行应用，平均钻井周期缩短25 d（原周期（原周期82d）,钻速提高钻速提高24 倍。倍。Spearfish 页岩油，钻速页岩油，钻速57m/hHaynesville页岩气，钻速页岩气，钻速26m/hShear公司定向钻头公司定向钻头Varel 全功率切削结构钻头全功率切削

12、结构钻头Oklahoma泥页岩，钻速泥页岩，钻速2.7-3.4m/h一、一、水平井钻完井技术进展水平井钻完井技术进展- -国外国外石油工程技术研究院石油工程技术研究院 SINOPEC RESEARCH INSTITUTE OF PETROLEUM ENGINEERINGSINOPEC RESEARCH INSTITUTE OF PETROLEUM ENGINEERING4. 4. 进行了页岩水平井高性能水基钻井液体系的研究与应用进行了页岩水平井高性能水基钻井液体系的研究与应用美国主要美国主要页岩油气田水平井用钻井液类型页岩油气田水平井用钻井液类型(2010年年)代表代表地区地区：Bakken

13、Shale、Eagle Ford Shale, Haynesville Shale， 代表公司：代表公司：Magcobar和和Baroid 代表体系：代表体系：Megadril, Integrade OBMp 部分地区部分地区 “量身定做量身定做”高性能水基钻高性能水基钻井液体系井液体系。 代表地区：代表地区：Barnett ，Fayetteville， 代表公司：代表公司：Baroid、ewpark，Magcobar 代表体系代表体系：HPWBM，Shaledril-B该地该地区勘区勘探开探开发早，发早，地层地层认知认知程度程度高高技术目标：保证井壁稳定技术目标：保证井壁稳定、不塌不漏，实现

14、环保无害、成本更低不塌不漏，实现环保无害、成本更低p 美国页岩油气主产区主要依靠美国页岩油气主产区主要依靠油基钻井液技术油基钻井液技术解决解决井壁失稳问题井壁失稳问题一、一、水平井钻完井技术进展水平井钻完井技术进展- -国外国外石油工程技术研究院石油工程技术研究院 SINOPEC RESEARCH INSTITUTE OF PETROLEUM ENGINEERINGSINOPEC RESEARCH INSTITUTE OF PETROLEUM ENGINEERING 形成了成熟的形成了成熟的9-14种主要元素数据采集与解释评价技术。建立了矿种主要元素数据采集与解释评价技术。建立了矿物计物计算、

15、算、脆性分析等解释模型，主要矿物成分解释精度脆性分析等解释模型，主要矿物成分解释精度90%以上；主要应用于参数井，为以上；主要应用于参数井，为钻井井壁稳定分析和压裂选层提供依据。钻井井壁稳定分析和压裂选层提供依据。仪器型号输出参数ECSTM（斯伦贝谢）Si、Ca、Fe、Al、S、Ti、Cl、Gd、Cr的百分含量GEMTM（哈利伯顿）Si、Ca、Fe、Al、S、Ti、Cl、Gd、H、C、O、Mg、K、Mn的产额FLeXTM（贝壳休斯）Si、Ca、Fe、Al、S、Ti、Cl、Gd、H、C、O、Mg、K、Mn的产额5.5. 针对页岩油气地层，着重发展了元素测井技术针对页岩油气地层，着重发展了元素测井

16、技术一、一、水平井钻完井技术进展水平井钻完井技术进展- -国外国外石油工程技术研究院石油工程技术研究院 SINOPEC RESEARCH INSTITUTE OF PETROLEUM ENGINEERINGSINOPEC RESEARCH INSTITUTE OF PETROLEUM ENGINEERING一、一、水平井钻完井技术进展水平井钻完井技术进展 包括激光元素录井技术（LaserStratLaserStrat ）和矿物分析及结构扫描录井技术（LithoSCANLithoSCAN），应用于TOC计算，沉积环境分析、地层评价、地应力分析等领域。6.6. 发展了页岩地层化学录井技术发展了页岩

17、地层化学录井技术矿物结构扫描LaserStratLaserStrat 测量参数测量参数p 微量元素：S、Cl、V、Cr、Co、Ni、Zn、Ga、As、Rb、Sr、Y、Zr、Nb、Mo、Sn、Cs、Ba、Hf、Ta、Th、Up 稀土元素：La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Yb、Lup 主要元素氧化物：SO2、Al2O3、TiO2、Fe2O3、MnO、CaO、MgO、NaO2、K2O、P2O5石油工程技术研究院石油工程技术研究院 SINOPEC RESEARCH INSTITUTE OF PETROLEUM ENGINEERINGSINOPEC RESEARCH INST

18、ITUTE OF PETROLEUM ENGINEERING 固井固井水泥浆水泥浆体系主要采用体系主要采用弹塑性水泥和泡沫水泥弹塑性水泥和泡沫水泥浆浆 BJBJ：DuraSetDuraSet柔性柔性水泥水泥 Halliburton Halliburton ：泡沫水泥泡沫水泥 Schlumberger Schlumberger：FLEXSTONEFLEXSTONE柔性水泥柔性水泥体系体系 去油膜高效冲洗液技术去油膜高效冲洗液技术 Schlumberger Schlumberger：MudcleanMudclean Halliburton Halliburton ： Tuned Spacer II

19、I 套管居中技术套管居中技术 Halliburton Halliburton采用采用CentekCentek超级超级扶正器扶正器居中度居中度70%70%以上以上7.7. 采用弹塑性水泥、泡沫水泥及套管居中技术提高固井质量采用弹塑性水泥、泡沫水泥及套管居中技术提高固井质量一、一、水平井钻完井技术进展水平井钻完井技术进展- -国外国外石油工程技术研究院石油工程技术研究院 SINOPEC RESEARCH INSTITUTE OF PETROLEUM ENGINEERINGSINOPEC RESEARCH INSTITUTE OF PETROLEUM ENGINEERING Multi-well P

20、ADs、Factory Drilling： 井网覆盖区域最大化、井网覆盖区域最大化、 流水线流水线作业批量化、作业批量化、地面地面设备设备标准化、生产管理系统化。标准化、生产管理系统化。 2007年，年，Marcellus页岩气开发开始应用页岩气开发开始应用“井工厂井工厂”模式，平台数量逐年增加。模式，平台数量逐年增加。8.8.“井工厂井工厂”作业逐渐成为非常规油气资源高效开发模式作业逐渐成为非常规油气资源高效开发模式井数井数/PADPADsPADs数量数量2295314447454967672381993104110121一、一、水平井钻完井技术进展水平井钻完井技术进展- -国外国外石油工程

21、技术研究院石油工程技术研究院 SINOPEC RESEARCH INSTITUTE OF PETROLEUM ENGINEERINGSINOPEC RESEARCH INSTITUTE OF PETROLEUM ENGINEERING为最大限度提高水平井段储层钻遇率，设计轨道为最大限度提高水平井段储层钻遇率，设计轨道“缩短靶前距、提高造斜率缩短靶前距、提高造斜率”。p “井工厂井工厂”井眼轨道优化设计井眼轨道优化设计（1 1）“井工厂井工厂”丛式井平台地丛式井平台地面布井方式面布井方式（2 2）“井工厂井工厂”三维井眼轨道三维井眼轨道优化设计优化设计（3 3）丛式井组防碰、钻柱摩阻）丛式井组防

22、碰、钻柱摩阻扭矩和套管下入能力分析扭矩和套管下入能力分析（4 4）特殊井眼轨迹控制工艺）特殊井眼轨迹控制工艺一、一、水平井钻完井技术进展水平井钻完井技术进展- -国外国外石油工程技术研究院石油工程技术研究院 SINOPEC RESEARCH INSTITUTE OF PETROLEUM ENGINEERINGSINOPEC RESEARCH INSTITUTE OF PETROLEUM ENGINEERING 2011-20122011-2012年，年，中国石化股份公司共完成各类中国石化股份公司共完成各类非常规水平井非常规水平井282282口口，平均井深，平均井深3881m3881m，平均水平

23、段长，平均水平段长977m977m，平均钻井周期，平均钻井周期84.4d84.4d。 樊樊154-154-平平2 2井井完钻完钻水平段长水平段长20152015米，米，2020段压裂段压裂，国内陆相砂岩油井分段数最多，国内陆相砂岩油井分段数最多. .2011-2012年7月份部分非常规油气藏水平井完钻井技术指标统计油田区块油田区块完成水平井数完成水平井数（口）（口）平均井深平均井深（m m）水平段长水平段长（m m）钻井周期钻井周期（d d）机械钻速机械钻速(m/h)(m/h)（二）中国石化主要技术进展（二）中国石化主要技术进展一、一、水平井钻完井技术进展水平井钻完井技术进展- -中石化中石化

24、石油工程技术研究院石油工程技术研究院 SINOPEC RESEARCH INSTITUTE OF PETROLEUM ENGINEERINGSINOPEC RESEARCH INSTITUTE OF PETROLEUM ENGINEERING1. 完善常规导向钻井技术、引进应用旋转导向系统，具备了水平位移完善常规导向钻井技术、引进应用旋转导向系统，具备了水平位移2000m水平井钻井施工能力水平井钻井施工能力常规导向技术不断完善：常规导向技术不断完善：建南建南HF-1、涪页、涪页HF-1、渤页、渤页-平平1等井等井井号井号井段井段（m m）进尺进尺(m)(m)钻速钻速（m/hm/h）时间时间(d

25、)(d)泌页泌页HF1HF11903-1903-260126015365361.91.99494泌页泌页2HF2HF2272-2272-287528756036032.32.33030泌页泌页HF1HF1井水平段井水平段LWDLWD地质导向图地质导向图 泌页泌页2HF ，采用，采用139.7mm139.7mm钻杆、钻杆、210mm210mm中空螺杆，中空螺杆，定向段缩短定向段缩短64d64d，钻速提高，钻速提高21%21%旋转导向旋转导向+ +高效高效PDCPDC钻头钻头+ +三维地质导向三维地质导向”引进旋转导向钻井技术见到效果：引进旋转导向钻井技术见到效果： 泌页泌页HF-1井，一趟钻完成

26、水平井段，进尺井，一趟钻完成水平井段，进尺 1121m，机械钻速，机械钻速14.84m/h； 彭页彭页HF-1井，旋转导向系统入井井，旋转导向系统入井9次，进次，进尺尺1422m，机械钻速，机械钻速 5.59m/h。一、一、水平井钻完井技术进展水平井钻完井技术进展- -中石化中石化石油工程技术研究院石油工程技术研究院 SINOPEC RESEARCH INSTITUTE OF PETROLEUM ENGINEERINGSINOPEC RESEARCH INSTITUTE OF PETROLEUM ENGINEERING2. 研发了高效研发了高效PDC钻头、近钻头随钻测量仪器，初步形成了水平井优

27、快钻钻头、近钻头随钻测量仪器，初步形成了水平井优快钻井配套技术井配套技术优化水力结构优化水力结构切削稳定性设计切削稳定性设计钻头钻头布布齿优化齿优化设计设计高效高效PDC钻头：钻头： 在樊在樊116-2HF井应用，单只钻头完成定向段、井应用，单只钻头完成定向段、水平段，总进尺水平段，总进尺1581m； 华北大牛地、镇泾油田推进高效华北大牛地、镇泾油田推进高效PDC钻头复钻头复合钻进技术，合钻进技术，DPH-10钻井周期仅钻井周期仅31.71d常规随钻测量仪器在常规随钻测量仪器在动力钻具动力钻具上方，上方，距离距离钻钻头距离头距离15-22m15-22m近钻头测量仪器距钻头近钻头测量仪器距钻头0

28、.6m0.6m，测量零长，测量零长0.7m.0.7m.伽马测量范围伽马测量范围0 0500API500API伽马测量精度伽马测量精度2API 2API 井斜范围井斜范围0 0180180井斜精度井斜精度0.20.2近钻头近钻头随钻随钻测量仪在测量仪在樊樊154-154-平平2 2、平、平3 3、营、营691-1HF691-1HF等等井成功应用。井成功应用。一、一、水平井钻完井技术进展水平井钻完井技术进展- -中石化中石化石油工程技术研究院石油工程技术研究院 SINOPEC RESEARCH INSTITUTE OF PETROLEUM ENGINEERINGSINOPEC RESEARCH I

29、NSTITUTE OF PETROLEUM ENGINEERING 引进了引进了国外公司国外公司的高性能油基钻井液技术，的高性能油基钻井液技术，顺利顺利完成了完成了3 3口页岩口页岩气气水平井水平井施工；施工； 开展了开展了油基钻井液油基钻井液体系体系与与含油废弃物处理技术含油废弃物处理技术研究研究，初步形成了水平井，初步形成了水平井用用油油基钻井液技术；基钻井液技术；完成完成了了4 4口页岩油和口页岩油和4 4口致密油水平井的口致密油水平井的钻井钻井施工，施工，基本能满基本能满足足施工施工要求。要求。3. 技术引进与自主研发结合，页岩油气水平井广泛应用技术引进与自主研发结合，页岩油气水平井广

30、泛应用油基钻井液体系油基钻井液体系中石化部分已完钻非常规水平井用油基钻井液（中石化部分已完钻非常规水平井用油基钻井液（OBM）技术统计）技术统计一、一、水平井钻完井技术进展水平井钻完井技术进展- -中石化中石化石油工程技术研究院石油工程技术研究院 SINOPEC RESEARCH INSTITUTE OF PETROLEUM ENGINEERINGSINOPEC RESEARCH INSTITUTE OF PETROLEUM ENGINEERING测井：测井：建立起页岩地层的物性、含油气量、建立起页岩地层的物性、含油气量、TOC、岩石力学参数等计算方法。、岩石力学参数等计算方法。安深1井XRF

31、砂泥岩划分Si(%) 0 30 Fe(%) 0 6 Al(%) 2 10 Si/(Al+Fe) 0.5 15 K(%) 0 5 剖面深度(m)GR(API) 20 400 Rt(.M) 1 10000 23302340235023602370238023902400241024202440安深安深1 1井井XRFXRF元元素素录录井剖面图井剖面图4. 初步建立了页岩油气储层物性和岩石力学性质测录井评价方法初步建立了页岩油气储层物性和岩石力学性质测录井评价方法录井：录井：配配套元套元素（素（XRFXRF）、矿物（）、矿物（XRDXRD）录井技术，应用于页岩地层的脆性评价。）录井技术，应用于页岩地

32、层的脆性评价。金石金石1 1井测井解释成果与岩心分析结果对比图井测井解释成果与岩心分析结果对比图一、一、水平井钻完井技术进展水平井钻完井技术进展- -中石化中石化石油工程技术研究院石油工程技术研究院 SINOPEC RESEARCH INSTITUTE OF PETROLEUM ENGINEERINGSINOPEC RESEARCH INSTITUTE OF PETROLEUM ENGINEERING 开发了满足大型压裂要求的弹塑性微膨胀水泥浆体系：开发了满足大型压裂要求的弹塑性微膨胀水泥浆体系： 在水平井应用取得良好效果，有效提高了固井质量在水平井应用取得良好效果，有效提高了固井质量 形成了

33、有效驱替油基钻井液的高效冲洗隔离液：形成了有效驱替油基钻井液的高效冲洗隔离液： 驱油效果达到驱油效果达到85%85%以上以上 研制了满足长水平井下套管和确保套管居中的辅组工具研制了满足长水平井下套管和确保套管居中的辅组工具 开展了液压膨胀式套管扶正器、自胀封辅助固井工具、套管漂浮减阻器等开展了液压膨胀式套管扶正器、自胀封辅助固井工具、套管漂浮减阻器等套管附件研究，目前已进入试验阶段。套管附件研究，目前已进入试验阶段。 研发了研发了水平井固井软件水平井固井软件 可对水平井固井设计参数进行动态模拟。可对水平井固井设计参数进行动态模拟。 首批页岩油气水平井采用了先进的套管首批页岩油气水平井采用了先进

34、的套管+ +桥塞完井工艺。桥塞完井工艺。5. 高效水泥浆体系及配套工艺技术、先进完井工艺确保了成井质量高效水泥浆体系及配套工艺技术、先进完井工艺确保了成井质量一、一、水平井钻完井技术进展水平井钻完井技术进展- -中石化中石化石油工程技术研究院石油工程技术研究院 SINOPEC RESEARCH INSTITUTE OF PETROLEUM ENGINEERINGSINOPEC RESEARCH INSTITUTE OF PETROLEUM ENGINEERING1. 页岩油气井井壁稳定问题突出、复杂情况多页岩油气井井壁稳定问题突出、复杂情况多 泌页泌页HF-1井：井：井壁失稳严重，被迫侧钻井壁

35、失稳严重，被迫侧钻 彭页彭页HF-1井：井：龙马溪组漏失龙马溪组漏失400m3，堵漏，堵漏20天天（三）（三） 存在的主要技术难题和对策存在的主要技术难题和对策斜井段斜井段水平段水平段直井段直井段泌页泌页HF1坍塌压力（未考虑钻井液浸泡影响）坍塌压力（未考虑钻井液浸泡影响）坍塌压力升高坍塌压力升高 坍塌压力：坍塌压力：0.81.3g/cm3 裂缝裂缝启裂启裂压力：压力：1.35-1.8g/cm3 实际采用的钻井液密度偏高（实际采用的钻井液密度偏高（1.55-1.59g/cm3），），导致了严重漏失导致了严重漏失彭页彭页HF1压力剖面及页岩地层成像特征压力剖面及页岩地层成像特征 页岩地层层理裂缝

36、性特征显著，地层稳定性差页岩地层层理裂缝性特征显著，地层稳定性差 斜井段坍塌压力高于直井段坍塌压力，实际采用斜井段坍塌压力高于直井段坍塌压力，实际采用1.25g/cm3的密度不足以稳定地层的密度不足以稳定地层 长时间浸泡后造成坍塌压力升高，加剧井壁失稳长时间浸泡后造成坍塌压力升高，加剧井壁失稳一、一、水平井钻完井技术进展水平井钻完井技术进展- -问题问题石油工程技术研究院石油工程技术研究院 SINOPEC RESEARCH INSTITUTE OF PETROLEUM ENGINEERINGSINOPEC RESEARCH INSTITUTE OF PETROLEUM ENGINEERING技

37、术对策：技术对策：合理钻井液密度、提高封堵、抑制性合理钻井液密度、提高封堵、抑制性 合理的合理的井身结构，有效封隔复杂地层井身结构，有效封隔复杂地层 陆相页岩地层陆相页岩地层粘土以伊蒙混层、伊利石为主，地层稳定性差，粘土以伊蒙混层、伊利石为主，地层稳定性差， 宜选用强抑制剂、封堵剂的油基泥浆。宜选用强抑制剂、封堵剂的油基泥浆。 海相页岩地层海相页岩地层粘土矿物以伊利石为主，注重泥浆的封堵性。粘土矿物以伊利石为主，注重泥浆的封堵性。 建页建页2HF井：井：井漏导致垮塌，填井侧钻井漏导致垮塌，填井侧钻 页岩地层层理性显著页岩地层层理性显著 过高的钻井液密度使滤液侵入泥页岩层理裂过高的钻井液密度使滤

38、液侵入泥页岩层理裂隙，导致地层强度弱化，加剧井壁坍塌隙，导致地层强度弱化，加剧井壁坍塌1. 页岩油气井井壁稳定问题突出、复杂情况多页岩油气井井壁稳定问题突出、复杂情况多一、一、水平井钻完井技术进展水平井钻完井技术进展- -问题问题石油工程技术研究院石油工程技术研究院 SINOPEC RESEARCH INSTITUTE OF PETROLEUM ENGINEERINGSINOPEC RESEARCH INSTITUTE OF PETROLEUM ENGINEERING2. 长水平段水平井井眼轨迹控制困难、钻井效率低长水平段水平井井眼轨迹控制困难、钻井效率低大尺寸井眼定向困难：大尺寸井眼定向困难

39、：泌页泌页HF-1井上部地层可钻性差，井上部地层可钻性差，12-1/4 大尺寸井眼定大尺寸井眼定向钻进困难：向钻进困难：摩阻扭矩大，工具面摆放困难：摩阻扭矩大，工具面摆放困难：建页建页HF-1井定向钻至井深井定向钻至井深1481m（井斜（井斜91.1、水平位移水平位移966.93m），摩阻），摩阻12-20t；钻遇地层变化，修改井眼轨道设计：钻遇地层变化，修改井眼轨道设计：彭页彭页HF-1井于井深井于井深2104 m钻遇龙马溪组钻遇龙马溪组灰质泥岩顶界，调整靶点垂深。灰质泥岩顶界，调整靶点垂深。技术对策：技术对策： 合理确定水平段长度、合理确定水平段长度、A/B靶点窗口靶点窗口 优选高效优选高

40、效PDC钻头、钻井参数优化钻头、钻井参数优化 应用旋转导向钻井系统、水力震荡器等应用旋转导向钻井系统、水力震荡器等一、一、水平井钻完井技术进展水平井钻完井技术进展- -问题问题石油工程技术研究院石油工程技术研究院 SINOPEC RESEARCH INSTITUTE OF PETROLEUM ENGINEERINGSINOPEC RESEARCH INSTITUTE OF PETROLEUM ENGINEERING3. 水平井套管固井完井提高固井质量技术难题水平井套管固井完井提高固井质量技术难题 现有室内试验条件无法准确评价水泥环在井下动态应力环境的密封失效问题现有室内试验条件无法准确评价水泥

41、环在井下动态应力环境的密封失效问题 水泥石在射孔弹高能聚流冲击力作用下，破裂形成宏观裂纹，后续增产作水泥石在射孔弹高能聚流冲击力作用下，破裂形成宏观裂纹，后续增产作业会使这些裂纹进一步扩大，致使水泥环的封隔作用彻底失效。业会使这些裂纹进一步扩大，致使水泥环的封隔作用彻底失效。 以抗压强度不能作为是否成为有效层间封隔的指标。以抗压强度不能作为是否成为有效层间封隔的指标。技术对策：技术对策： 继续开展提高水泥石柔韧性的材料、体系研究；继续开展提高水泥石柔韧性的材料、体系研究； 建立有效评价水泥环长期密封性能评价方法。建立有效评价水泥环长期密封性能评价方法。 对套管、水泥、地层进行有限元分析，确定出

42、水泥石的力学性能（如杨氏模对套管、水泥、地层进行有限元分析，确定出水泥石的力学性能（如杨氏模量、泊松比等）在生产期间水泥石力学性能能承受应力的变化。量、泊松比等）在生产期间水泥石力学性能能承受应力的变化。一、一、水平井钻完井技术进展水平井钻完井技术进展- -问题问题石油工程技术研究院石油工程技术研究院 SINOPEC RESEARCH INSTITUTE OF PETROLEUM ENGINEERINGSINOPEC RESEARCH INSTITUTE OF PETROLEUM ENGINEERING汇报提纲汇报提纲一、水平井钻完井技术进展一、水平井钻完井技术进展二、水平井分段压裂技术进展二

43、、水平井分段压裂技术进展三、中国石化工程院技术进展三、中国石化工程院技术进展四、认识及建议四、认识及建议石油工程技术研究院石油工程技术研究院 SINOPEC RESEARCH INSTITUTE OF PETROLEUM ENGINEERINGSINOPEC RESEARCH INSTITUTE OF PETROLEUM ENGINEERING技技术术目目标标压开：按设计压开地层、不砂堵压开：按设计压开地层、不砂堵 压好：形成有效的三维体积裂缝压好：形成有效的三维体积裂缝 压快：缩短施工作业时间，降低储层伤害压快：缩短施工作业时间，降低储层伤害 关关键键技技术术压前可压性评价压前可压性评价 裂

44、缝破裂模式和扩展规律裂缝破裂模式和扩展规律 优化设计及实施控制技术优化设计及实施控制技术 关键压裂材料、工具与装备关键压裂材料、工具与装备 二、二、水平井分段压裂技术进展水平井分段压裂技术进展石油工程技术研究院石油工程技术研究院 SINOPEC RESEARCH INSTITUTE OF PETROLEUM ENGINEERINGSINOPEC RESEARCH INSTITUTE OF PETROLEUM ENGINEERING（一）（一） 国外主要技术进展国外主要技术进展盆盆 地地BarnettHaynesvilleMarcellsWoodfordBakkenEagleford储层深度（储

45、层深度（m)1981-25903200-41151219-25901828-33531892-27961524-3302水平段长度（水平段长度（m)762-12701016-19301016-1397762-1270965-2489889-1143施工段数施工段数4-612-146-196-125-377-17阶段液量（阶段液量（m3)271915901590270312881988平均压力（平均压力（MPa）20.7-34.575.9-103.544.9-6034.5-89.719.3-55.262.1-86.3支撑剂浓度（支撑剂浓度（kg/m3）68.3119.8299.6119.8389

46、.4119.8-179.7压裂液类型压裂液类型滑溜水滑溜水线性胶线性胶滑溜水滑溜水线性胶线性胶冻胶冻胶滑溜水滑溜水线性胶线性胶冻胶冻胶滑溜水滑溜水线性胶线性胶滑溜水滑溜水线性胶线性胶冻胶冻胶滑溜水滑溜水线性胶线性胶冻胶冻胶pBarnnetBarnnet脆性地层：脆性地层：少段多簇少段多簇(4-6(4-6簇簇/ /段段) )，滑溜水，低砂比（，滑溜水，低砂比（7%2000m(2000m3 3) )pHaynesvilleHaynesville塑性或塑性或页岩地层页岩地层：多段少簇（多段少簇（ (2-3(2-3簇簇/ /段段) ) ），），混合压裂液，中高砂比混合压裂液，中高砂比(7%)(7%)，

47、中低液量中低液量(2000m(2000m3 3) )pEaglefordEagleford异常高压地层：混合压裂液，混合支撑剂（陶粒异常高压地层：混合压裂液，混合支撑剂（陶粒/ /覆膜砂）覆膜砂）二、二、水平井分段压裂技术水平井分段压裂技术进展进展- -国外国外石油工程技术研究院石油工程技术研究院 SINOPEC RESEARCH INSTITUTE OF PETROLEUM ENGINEERINGSINOPEC RESEARCH INSTITUTE OF PETROLEUM ENGINEERING压裂技术关键：压裂技术关键：诱导应力场计算和同步压裂设计优化诱导应力场计算和同步压裂设计优化速溶

48、滑溜水压裂液速溶滑溜水压裂液大型连续混配技术的实现大型连续混配技术的实现技术能力：技术能力：每平台井数（每平台井数（16-22）井组裂缝级数（最大井组裂缝级数（最大440）水平段长度（水平段长度（1000-3000m）每口井压裂级数（最大每口井压裂级数（最大28）平均一天压平均一天压12段段1. 非常规层非常规层“井工厂井工厂”水平井分段压裂普遍应用水平井分段压裂普遍应用二、二、水平井分段压裂技术水平井分段压裂技术进展进展- -国外国外石油工程技术研究院石油工程技术研究院 SINOPEC RESEARCH INSTITUTE OF PETROLEUM ENGINEERINGSINOPEC RE

49、SEARCH INSTITUTE OF PETROLEUM ENGINEERING2. 裸眼封隔器裸眼封隔器+滑套分段压裂技术提高了作业效率滑套分段压裂技术提高了作业效率p 裸眼封隔器裸眼封隔器+ +滑套滑套一球一段一球一段分段压裂技术分段压裂技术（44级级60级）级）p 裸眼封隔器裸眼封隔器+ +滑套滑套一球多段一球多段分段压裂技术分段压裂技术（15段、段、90级）级） 41/2和和51/2两种尺寸；每段滑套数：两种尺寸；每段滑套数：6个；个；p 裸眼封隔器裸眼封隔器+ +等通径开关滑套等通径开关滑套分段压裂技术分段压裂技术（不受压裂层数限制不受压裂层数限制）p 裸眼封隔器裸眼封隔器+ +电

50、控滑套（威德福电控滑套（威德福 RFIDRFID）分段压裂技术分段压裂技术 电传感器和滑套内芯片信号对应，开关滑套；电传感器和滑套内芯片信号对应，开关滑套；二、二、水平井分段压裂技术水平井分段压裂技术进展进展- -国外国外石油工程技术研究院石油工程技术研究院 SINOPEC RESEARCH INSTITUTE OF PETROLEUM ENGINEERINGSINOPEC RESEARCH INSTITUTE OF PETROLEUM ENGINEERINGp 发展历程：发展历程： 1996年哈里伯顿首次把桥塞应用于煤层气压裂年哈里伯顿首次把桥塞应用于煤层气压裂 2002年联作技术应用于水平

51、井分段压裂年联作技术应用于水平井分段压裂p 主要公司：主要公司：哈里伯顿、贝克休斯、斯伦贝谢、威德福哈里伯顿、贝克休斯、斯伦贝谢、威德福p 适用井眼：适用井眼：套管完井套管完井p 最新纪录：最新纪录：42级分段压裂级分段压裂p 最新进展最新进展单井向多井单井向多井“拉链拉链”分段压裂技术发展，分段压裂技术发展，1个井场多口丛式水平个井场多口丛式水平井，井，2-3口井同时压裂，排出液体循环利用；口井同时压裂，排出液体循环利用；3. 泵送可钻式桥塞分段压裂技术泵送可钻式桥塞分段压裂技术二、二、水平井分段压裂技术水平井分段压裂技术进展进展- -国外国外石油工程技术研究院石油工程技术研究院 SINOP

52、EC RESEARCH INSTITUTE OF PETROLEUM ENGINEERINGSINOPEC RESEARCH INSTITUTE OF PETROLEUM ENGINEERING4. 压裂液重复利用技术有效解决了环保和成本问题压裂液重复利用技术有效解决了环保和成本问题p 处理与利用技术：处理与利用技术：固液分离、碱化、化学絮凝、氧化、过滤固液分离、碱化、化学絮凝、氧化、过滤等处理，等处理，用于钻井泥浆、水基压裂液、固井水泥浆等配制用水用于钻井泥浆、水基压裂液、固井水泥浆等配制用水GammaFRac纳米活性水压裂液体系纳米活性水压裂液体系 ：u 纳米降阻剂纳米降阻剂WFE-3B

53、用量少，摩阻降低幅度可达用量少，摩阻降低幅度可达50%70%u 压裂液压裂液：可回收重复使用可回收重复使用，耐盐性好、适用范围宽、水溶性好，耐盐性好、适用范围宽、水溶性好u Superior 油井服务公司专利产品油井服务公司专利产品，2009 年被美国年被美国E&P杂志评为杂志评为全球石油工程技术创新特别全球石油工程技术创新特别奖奖二、二、水平井分段压裂技术水平井分段压裂技术进展进展- -国外国外石油工程技术研究院石油工程技术研究院 SINOPEC RESEARCH INSTITUTE OF PETROLEUM ENGINEERINGSINOPEC RESEARCH INSTITUTE OF

54、PETROLEUM ENGINEERINGp 液化石油气（液化石油气（LPG）：石油与天然气液相混合物；石油与天然气液相混合物；p 优势：优势：节约成本，对环境危害小节约成本，对环境危害小伤害性低，返排率高伤害性低，返排率高能提高有效裂缝长度能提高有效裂缝长度p 应用情况：应用情况：500口井（北美）口井（北美）深度最深达深度最深达3700m压力最高达压力最高达 91.1MPa5. 无水（液化石油气）压裂技术现场成功应用无水（液化石油气）压裂技术现场成功应用传统压裂传统压裂LPG压裂压裂化学添加剂N2供应N2供应2250HHP压裂泵车2250HHP压裂泵车LPG罐车LPG罐车20/40目支撑剂

55、二、二、水平井分段压裂技术水平井分段压裂技术进展进展- -国外国外石油工程技术研究院石油工程技术研究院 SINOPEC RESEARCH INSTITUTE OF PETROLEUM ENGINEERINGSINOPEC RESEARCH INSTITUTE OF PETROLEUM ENGINEERING（二二） 中国石化主要进展中国石化主要进展 页岩页岩油气：油气：中石化页岩油气水平井分段压裂技术仍处于起步借鉴阶段，前期已压裂中石化页岩油气水平井分段压裂技术仍处于起步借鉴阶段，前期已压裂6口井口井全部采用国外工具、液体与技术，技术起点高，最高压裂段数达到全部采用国外工具、液体与技术，技术起

56、点高，最高压裂段数达到15段段，最高日产气达到，最高日产气达到2.6万万方，见到了初步效果，并积累了经验。方，见到了初步效果，并积累了经验。中石化页岩油气水平井中石化页岩油气水平井建页建页HF-1涪页涪页HF-1彭页彭页HF-1泌页泌页HF-1渤页渤页HF-1渤页渤页HF-2垂深，垂深，m617.002270.002460.002550.002900.00水平段长度，水平段长度，m10031100100010441200881.88压裂段数压裂段数710121525总射孔簇数总射孔簇数211735294/平均每段液量，平均每段液量，m17191450135114761113547.52平均支撑

57、剂浓度，平均支撑剂浓度，kg/m65661667211835分段压裂工艺技术分段压裂工艺技术泵送桥塞泵送桥塞泵送桥塞泵送桥塞泵送桥塞泵送桥塞泵送桥塞泵送桥塞泵送桥塞泵送桥塞裸眼投球滑套裸眼投球滑套服务公司服务公司贝克休斯贝克休斯贝克休斯贝克休斯哈里伯顿哈里伯顿贝克休斯贝克休斯贝克休斯贝克休斯贝克休斯贝克休斯产量产量2273m3/d16000m3/d26000m3/d2t/d2.5t/d1.57t/d已压裂页岩油气水平井统计表1. 页岩油气水平井压裂取得初步效果，积累了经验页岩油气水平井压裂取得初步效果，积累了经验二、二、水平井分段压裂技术水平井分段压裂技术进展进展- -中石化中石化石油工程技术

58、研究院石油工程技术研究院 SINOPEC RESEARCH INSTITUTE OF PETROLEUM ENGINEERINGSINOPEC RESEARCH INSTITUTE OF PETROLEUM ENGINEERING类型类型井号井号水平段长水平段长（m）段数段数总液量总液量总砂量总砂量 单段平均液单段平均液量量 单段平均单段平均砂量砂量 砂比砂比（%）所用所用工具工具分段工艺分段工艺胜利浊积岩胜利浊积岩 樊樊154-平平11221122770240231206.5-38.7贝克休斯贝克休斯裸眼封隔器裸眼封隔器+投球投球滑套滑套胜利浊积岩胜利浊积岩 樊樊154-平平22015205

59、519583276296.5-47贝克休斯贝克休斯胜利浊积岩胜利浊积岩 樊樊154-平平41153114050311368285-60胜利胜利华北致密砂岩华北致密砂岩 HH37P151792153113455.520830-国外国外管外封隔器分段压管外封隔器分段压裂裂华北致密砂岩华北致密砂岩 HH74P481117141562218.311216-国外国外华北致密砂岩华北致密砂岩 HH37P32550546545.6939-国外国外裸眼封隔器裸眼封隔器+滑套滑套中原致密砂岩中原致密砂岩 濮濮1-1HF 11951028803402883422.5国外国外裸眼封隔器裸眼封隔器+滑套滑套中原致密砂

60、岩中原致密砂岩 卫卫68-1HF 1300115857640.35325823.5国外国外中原白云质泥岩中原白云质泥岩达平达平3 60251369131.82742627.9中原中原筛管井水力喷射筛管井水力喷射p胜利胜利油田，华北，中原油田等共实施油田，华北，中原油田等共实施3434口井。口井。p主要试验了主要试验了裸眼封隔器裸眼封隔器和和水力喷射水力喷射两类分段压裂工艺，最高分段数达两类分段压裂工艺，最高分段数达2020段段p大部分井采用国外工具。大部分井采用国外工具。2. 致密油水平井应用了裸眼封隔和水力喷射分段压裂工艺致密油水平井应用了裸眼封隔和水力喷射分段压裂工艺二、二、水平井分段压裂