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川庆钻探自主研发页岩气水平井水基钻井液纪实

作者:中国页岩气网新闻中心  来源:中国石油报  发布时间:2015-10-25 8:22:12

中国页岩气网讯:10月13日,川渝大地普降雨水,沿着成自泸高速一路向南,刚过新场就看到两台钻机并排挺立于山林间。在6000多平方公里的长宁—威远国家级页岩气示范区,遍布这样的双钻机钻井平台。

处于探索阶段的中国页岩气开发,可持续发展之路充满挑战和不确定性,直到今年6月川庆钻探自主研发的中国首套页岩气水平井高性能水基钻井液(CQH-M1)体系首战成功,关键技术瓶颈之一终于被打破,为中国页岩气可持续发展奠定坚实基础。

一次突破性技术革命

以“页岩气”为关键词在百度中搜索,找到相关新闻约7.28万篇,而以“页岩气+水基钻井液”为关键词搜索仅找到相关新闻124篇。这124篇,90%是各媒体转发《中国石油报》的两篇报道。这两篇均是川庆钻探页岩气水平井高性能水基钻井液的相关报道。

显而易见,纵观国内外,页岩气水平井高性能水基钻井液都属于“稀罕物”。川庆钻探自主研发的这套钻井液体系,到底怎么样?

“从查阅的科研资料看,我们是国内第一家研发成功的。对比国外同类产品,我们的这套体系性能达到了国际先进水平。”川庆钻井液公司总经理覃勇坦言,从准备开始研发高性能水基钻井液之时起,钻井液公司就瞄准国内第一、国际先进。

“首先是性能,我们的水基钻井液性能与油基钻井液基本相当。”川庆钻井液公司页岩气项目部经理李茂森告诉记者,就拿最难控制的高温高压滤失量来说,世界上钻井液技术领先的国际同行对于高性能钻井液的标准定义是每30分钟8毫升,而川庆钻探达到每30分钟小于5毫升,这个数据达到了国际先进水平。

截至目前,页岩气水平井高性能水基钻井液已在长宁、威远区域现场试验完成4口井。除了第一口井是从水平段开始使用页岩气水平井高性能水基钻井液外,其余3口井都是造斜段和水平段全程使用高性能水基钻井液。4口井全部应用成功,各项指标优异。

“通俗地说,成功的水基钻井液,就是要在高温高压的环境下,撑得住井壁,堵得住漏层,少向页岩层渗漏,挟带砂岩能力很强。”李茂森表示,从专业技术上讲,这几项性能因化学特性相互抑制,就像跷跷板,这边下去,那边起来,最大的难点就在于找到一个平衡点。

这个平衡点就是解决问题的关键。中国工程院院士罗平亚曾指出,页岩直井井壁稳定问题,已基本得到解决,但在页岩地层中钻成井眼规则的长水平段,国内外都没有解决。钻井中80%的井壁稳定问题发生在页岩地层井段。

实践证明,世界级难题现被川庆钻探解决了。长宁H13-3井水平段采用高性能水基钻井液钻进,水平段长1500米,平均机械钻速每小时8.1米。同片区长宁H12-4井水平段采用油基钻井液钻进,水平段长1500米,平均机械钻速每小时5.97米。数据显示,采用高性能水基钻井液相对于油基钻井液,机械钻速明显提高,无事故复杂。

朋友圈里“里程王”

9月22日,威204H11-3井,钻井井深已经达到3117米。按照生产计划,这口井要进行页岩气水平井高性能水基钻井液施工。李茂森一来到井场,就被ZY5028钻井液队队长肖彬拉到钻井液室查看钻井液性能。因为他们按配方配出来的钻井液性能不理想,需要进行调整。

“哪怕实验室实验做得再好,也不足以完全应付现场地下的复杂情况,我们还要根据现场情况,对配方做出及时调整。”李茂森作为研发和现场试验的负责人,时刻关注现场的纤毫变化,及时调整钻井液性能。

作为现场试验的主力,钻井液公司西部项目部经理何涛经历了不同寻常的60天。在页岩气水平井高性能水基钻井液现场试验过程中,从施工前准备开始,为及时掌握钻井液性能,他连续60多天驻井,每天平均绕井场巡检12圈,每天的行走距离6公里多。他把运动手环中的数据分享到朋友圈里,连续两个月,他都是500多名好友中的第一名。这位朋友圈里的“运动达人”,用近400公里的巡检不仅带来了现场的实验成功,还带来了6公斤体重的消耗。

“看到我的白发了吧!”只有36岁的何涛直言现场试验期间,川庆钻探公司领导、钻井液公司领导都密切关注他们的情况,让他们备受鼓舞的同时,也深感压力之大。在第一口井试验完井作业时,何涛在钻台上守了30多个小时,直到作业完成才回到宿舍。

不可持续就是死路

国家《页岩气发展规划(2011—2015年)》明确指出,大力发展页岩气是国家战略,能够缓解我国天然气供需矛盾,促进能源结构优化,提高我国天然气供给安全和能源保障能力,必须加大页岩气勘探开发力度,加快攻克页岩气勘探开发核心技术。

长水平段水平井钻井系列配套技术,是页岩气能否有效开发的关键技术。页岩气长水平段钻井最大的挑战,就是页岩地层极易坍塌和高密度下长水平段水平井高摩阻等复杂井下问题。如何保障钻井作业在长水平段页岩地层中高效施工,成为世界性课题。

“目前,对于钻井液技术来说,一种是油基钻井液,另一种就是水基钻井液。”川庆钻探技术专家、钻井液公司副总工程师杨兰平自豪地告诉记者,这两种解决方案川庆钻探都实现了自主研发,而且水平井高性能水基钻井液还是国内首家研发成功。

中国能源网首席信息官韩晓平表示,页岩气开发中的油基钻井液回收处理是很大的问题,目前美国油基钻井液都采用工厂化回收处理,我国下一步随着页岩气钻井的增多,油基钻井液回收处理一定会提到议事日程上来,因为一旦在环境上出问题,对行业将是灭顶之灾。

“水基钻井液是页岩气有效开发必须攻克的关键技术,也是国内外都没有能很好解决的重大技术难题。”中国工程院院士罗平亚这样认为。

随着新《环境保护法》实施,对于油基钻屑环境影响的要求也更加严格。含油岩屑根据《国家危险废物名录》(2008年8月1日),被划入了危险废弃物的名录,其管理和处置需按照危险废弃物相关规定执行。

显然,不管是环保风险还是成本缺陷,注定油基钻井液都将成为页岩气可持续发展“不可承受之重”,要想完成页岩气可持续发展大业,世界油气专家必须攻克水基钻井液的难关。

业界专家认为,水基钻井液代替油基钻井液的做法,是降低环保压力的有效方式。川庆钻探依靠技术引领发展的理念,以行业领先的工程技术服务水平,将带领页岩气勘探开发进入可持续发展的新世界。

关键字:页岩气 水平井

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