美國頁巖氣水平井鉆井提效措施

美國頁巖氣水平井鉆井提效措施

美國水平井的數(shù)量從2000年的144口迅速增加到2012年的17721口，占年度鉆井總數(shù)的3.68%。美國水平井的數(shù)量接近20萬人的年份。美國水平井鉆井進(jìn)尺從2000年的237.74×101案例1：美國范惠頓加油站Fayetteville氣田是美國多個(gè)頁巖氣田中產(chǎn)量上升較快的一個(gè),從2004年開始開發(fā),僅用6年時(shí)間產(chǎn)量就達(dá)到27×101.1水平井處井用時(shí)西南能源公司2004年開始鉆探Fayetteville頁巖,2005開鉆水平井,2010年年鉆水平井?dāng)?shù)增至655口,2011年因天然氣價(jià)格走低,水平井鉆井?dāng)?shù)量停止增長,2012年進(jìn)一步回落至491口(圖1),2013年計(jì)劃鉆水平井390井,其中一季度已投產(chǎn)水平井102口。隨著技術(shù)的進(jìn)步,平均水平段長度不斷增加,從2006年的701m增至2013年一季度的1506m,而“造斜段+水平段”平均鉆井用時(shí)不但沒有增加,反而從2006年的18d縮減至2013年一季度的5.4d,加上直井段的鉆井用時(shí),平均鉆井周期已減至約7.9d(平均井深約2800m)。盡管水平段長度和壓裂段數(shù)不斷增長,平均單井鉆完井成本不升反降,2013年一季度已降至210萬美元/井。截至2013年3月底,該公司在Fayetteville頁巖氣產(chǎn)區(qū)共有296口水平井的“造斜段+水平段”鉆井用時(shí)不超過5d。2013年一季度投產(chǎn)的102口水平井中,有53口井的“造斜段+水平段”鉆井用時(shí)不超過5d,其中25口井的“造斜段+水平段”鉆井用時(shí)只有2.5d,全井鉆井周期大約5d(平均井深約2800m,平均水平段長度約1500m)。1.2鉆井法的改進(jìn)措施水平井鉆井提速提效如此明顯,是多項(xiàng)措施集成應(yīng)用的結(jié)果。1.2.1簡化套管層數(shù)為降低鉆完井成本,簡化了水平井的井身結(jié)構(gòu),除φ406.4mm(16in)導(dǎo)管外,套管層數(shù)從3層簡化為2層(圖2):φ244.475mm(91.2.2同井場各井段作業(yè)作業(yè)西南能源公司在Fayetteville頁巖氣產(chǎn)區(qū)普遍應(yīng)用工廠化作業(yè)模式——叢式水平井批量鉆井(PadDrilling),其流程是先用車載小鉆機(jī)鉆表層井眼并固井,安裝好防噴器以后鉆直井段至造斜點(diǎn),然后將車載小鉆機(jī)移到同井場的下一口井進(jìn)行同樣的操作,直到完成同井場各井直井段鉆井作業(yè)。隨后用大鉆機(jī)依次完成各井的鉆造斜段和水平段作業(yè),接著下生產(chǎn)套管并固井。DeSoto鉆井公司2012年底擁有14臺(tái)鉆機(jī),除幾臺(tái)小型鉆機(jī)外,其余是大型鉆機(jī)。這些大型鉆機(jī)均為電驅(qū)動(dòng)自動(dòng)化鉆機(jī),配備了頂驅(qū)、頂驅(qū)下套管設(shè)備、井口自動(dòng)化設(shè)備、一體化司鉆控制室等自動(dòng)化設(shè)備,屬步進(jìn)式鉆機(jī),通過安裝在鉆機(jī)底座4個(gè)角上的液壓大腳實(shí)現(xiàn)井間快速移動(dòng),從一個(gè)井口移動(dòng)到另一個(gè)井口一般只需1~2h1.2.3空氣/pdc鉆頭和油基鉆井液段用空氣和三牙輪鉆頭鉆表層井眼,然后固井及安裝防噴器,接著用空氣和PDC鉆頭鉆直井段至造斜點(diǎn)。用定制的PDC鉆頭和油基鉆井液鉆造斜段和水平段。通常鉆1口水平只需起下鉆3次,“造斜段+水平段”一般只用1只鉆頭,即實(shí)現(xiàn)“一趟鉆”。1.2.4采用高效、實(shí)用的傳統(tǒng)導(dǎo)向挖井技術(shù)為降低鉆井成本,使用高效實(shí)用的MWD和導(dǎo)向泥漿馬達(dá),主要以滑動(dòng)鉆進(jìn)方式鉆造斜段,以旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)方式鉆水平段。2案例2:美國蘇-貝謝-從底低國外低造斜率旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)在美國的頁巖氣開發(fā)中,常規(guī)導(dǎo)向鉆井因成本相對較低,得到了廣泛應(yīng)用。為了提高導(dǎo)向精度和效率,旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井的應(yīng)用不斷增加。為縮短靶前距,增加水平段長度,提高油氣產(chǎn)量,近兩年斯倫貝謝和貝克休斯公司相繼推出了高造斜率旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng),其最大造斜能力范圍為15°~18°/30m。美國Rice能源公司在Marcellus頁巖氣產(chǎn)區(qū)利用貝克休斯公司的高造斜率旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)(AutoTrakCurve系統(tǒng))連續(xù)實(shí)現(xiàn)了16口水平井“造斜段+水平段”的一趟鉆,平均鉆井周期相應(yīng)地銳減40%以上。2.1造斜率和日進(jìn)尺的提高2012年Rice能源公司在Marcellus頁巖氣產(chǎn)區(qū)的16口水平井中成功應(yīng)用了貝克休斯公司的AutoTrakCurve系統(tǒng)。這16口水平井均屬三維復(fù)雜井,造斜段的設(shè)計(jì)造斜率為8°~10°/30m,目標(biāo)窗口小,水平段長。此前的13口鄰井需先用彎度較大的導(dǎo)向泥漿馬達(dá)鉆造斜段,再起鉆換用彎度較小的導(dǎo)向泥漿馬達(dá)鉆水平段。改用AutoTrakCurve系統(tǒng)鉆各井的造斜段和水平段,均實(shí)現(xiàn)了一趟鉆。盡管“造斜段+水平段”的平均鉆井進(jìn)尺從先前的1813.8m增加到了2508.5m(圖3),但平均鉆井用時(shí)從15.8d減至7.6d(圖4),銳減51.9%,而平均日進(jìn)尺從114.5m增至328.7m,提高178%。加上直井段鉆井用時(shí),平均鉆井周期銳減40%以上。2.2鉆井法的改進(jìn)措施2.2.1采用高傾斜旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向注水系統(tǒng)，集地質(zhì)引導(dǎo)于一體AutoTrakCurve系統(tǒng)的直徑φ171.45mm(62.2.2應(yīng)用適合大尺寸pdc鉆頭的加工工藝為適應(yīng)頁巖地層和“造斜段+水平段”一趟鉆需要,要求PDC鉆頭要具備很好的可導(dǎo)向性和耐磨性,要有足夠長的使用壽命,為此貝克休斯公司定制了一種6刀翼PDC鉆頭(圖5),應(yīng)用表面拋光的大尺寸PDC復(fù)合片(19mm),并配置一些輔切削齒——表面拋光的16mmPDC復(fù)合片,同時(shí)優(yōu)化了鉆井參數(shù)。2.2.3通過遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)作業(yè)中心實(shí)時(shí)優(yōu)化地質(zhì)導(dǎo)向在鉆這些三維水平井的造斜段和水平段期間,貝克休斯公司通過遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)作業(yè)中心開展實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析,優(yōu)化地質(zhì)導(dǎo)向,確保井眼在頁巖層中的最佳位置延伸3水平井二開“直井段+造斜段+水平段”鉆完鉆利用高造斜率旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)不僅能實(shí)現(xiàn)水平井“造斜段+水平段”一趟鉆,還能實(shí)現(xiàn)水平井二開“直井段+造斜段+水平段”一趟鉆完鉆。例如,2012年初,在美國EagleFord頁巖氣產(chǎn)區(qū)的1口水平井中(這是1口三維水平井,造斜井段的設(shè)計(jì)造斜率為8°/30m),應(yīng)用貝克休斯公司的φ171.45mm(64水平井二開“造斜段+水平段”段鉆井提速提效技術(shù)發(fā)展建議通過以上案例,得出如下啟示:(1)鉆井提速提效是一個(gè)系統(tǒng)工程,不僅需要管理創(chuàng)新和技術(shù)創(chuàng)新,還離不開經(jīng)驗(yàn)的學(xué)習(xí)與積累。(2)“工廠化鉆井+高效實(shí)用的主體技術(shù)+個(gè)性化技術(shù)+經(jīng)驗(yàn)學(xué)習(xí)”可穩(wěn)步提速提效,“工廠化鉆井+高新技術(shù)+個(gè)性化技術(shù)”可實(shí)現(xiàn)提速提效的飛躍。(3)在美國非常規(guī)油氣開發(fā)中,簡化水平井井身結(jié)構(gòu)、實(shí)現(xiàn)“造斜段+水平段”一趟鉆也是提速提效的重要措施。隨著技術(shù)的進(jìn)步,“造斜段+水平段”一趟鉆已經(jīng)不足為奇。因高造斜率旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)和個(gè)性化技術(shù)的應(yīng)用,水平井二開“直井段+造斜段+水平段”一趟鉆已成為現(xiàn)實(shí),盡管還只是個(gè)案,但代表著水平井鉆井的一個(gè)重要發(fā)展方向。(4)我國水平井鉆井提速提效不斷取得進(jìn)展,水平井鉆井周期不斷縮短,但綜合水平與美國相比還有較大的差距,這也說明我國水平井鉆井提速提效潛力還很大。針對國內(nèi)現(xiàn)狀,提出如下建議:(1)在非常規(guī)油氣開發(fā)中,大力推行工廠化鉆井,發(fā)展適合工廠化鉆井的快速移動(dòng)式鉆機(jī),特別是自動(dòng)化鉆機(jī)。(2)加快發(fā)展旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井(包括高造斜率旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井)等尖端技術(shù),提升我國水平井鉆井技術(shù)水平。(3)高度重視鉆頭和鉆井液在提速提效中的重要地位,重點(diǎn)發(fā)