中国石油川庆钻探破解四川盆地页岩气井套变难题调研
套变,即套管变形,是页岩气开发中一道躲不开、绕不过的坎。它不仅关乎一口井的命运,更关乎非常规油气的开发前景。
四川盆地,国内页岩气勘探开发主战场,曾因套变问题陷入开发低谷。四川长宁-威远国家级页岩气产业示范区自2009年大规模开发以来,30%以上的水平井在压裂过程中出现了套变。进入深层开发阶段,部分井区套变率高达60%以上。
面对这道难题,川庆钻探人从源头攻坚啃硬,坚定地去做难而正确的事。这条路一度走得很苦、很慢,但每一步都成为他们践行正确政绩观最生动的注脚。7月,记者来到生产一线,探寻这场“看不见对手”的“战争”背后的奥秘。
地下“暗战”
看不见的工程博弈
从天空俯瞰川南地区,层峦叠嶂间,一座座页岩气平台如棋子般散落在群山褶皱中。地面上,施工管线密布,压裂车组轰鸣,现场一派热火朝天。但看不见的是,在数千米的地下,一场激烈的“暗战”正悄然上演。
套变,就是这场“暗战”中最棘手的敌人。
2013年,在位于四川地区的长宁H2平台压裂施工现场,出现了井下套管无法连通,部分管道缩径、变形、错断的现象。这一问题马上引起现场技术人员的关注——套管变形究竟是管道强度不够,还是固井质量不行?
这一困扰持续了很久。早期应对套变问题,技术人员往往采用“硬碰硬”的做法——增加套管壁厚,提升钢级,但收效甚微。有研究显示,采用壁厚14毫米外加厚、钢级达140千磅/平方英寸的高强度套管进行试验,16口井中有9口井仍然会发生套变。
川庆钻探井下作业公司储层改造工艺技术研究所二级工程师张俊成描述套变后的困境:桥塞在变形点被卡住,连续油管无法通过,后续压裂段只能放弃。“就像一口30段压裂施工的水平井,施工到第10段就出事了,剩下20段只能眼睁睁地丢掉。”一口井的设计可采储量是有数的,丢一段,就少一段的产量。
“就像拿着一把锤子,看见钉子就砸,可地下的问题根本不在钉子上。”川庆钻探公司油气井工程项目管理部井下作业部部长陈毅坦言,“可套变这道题,不管多难,总得有人去解。”
川庆钻探联合中国石油集团工程技术研究院、工程材料研究院、东方物探、西南油气田以及中国石油大学(北京)等单位,从上千口井的数据中寻找规律,从一次次失败中倒推机理,开展大量卓有成效的研究。
终于,一个关键转折发生在对“黄瓜山现象”的认知上。2019年,位于重庆永川黄瓜山西侧的泸州区块,套变率居高不下;而位于东侧的大安区块,却几乎不发生套变。同样的队伍、同样的工艺,结果却天差地别。答案只能藏在地下深处。
四川盆地的页岩储层形成于数亿年前的海相沉积,后期则经历了多期构造运动。川庆钻探公司油气井工程项目管理部一级工程师简利直言:“如果说北美页岩储层是一块平整的蛋糕,那么这里就是一块被反复揉搓的千层酥。”
由于页岩储层致密,必须通过大规模水力压裂形成人造缝网,天然气才能被“挤”出来。但四川盆地页岩储层受多期构造运动影响,处于强挤压应力环境,其内部遍布微断层、天然裂缝、层理缝,应力分布极不均衡。大规模压裂注入的高压液体,一旦窜进这些不稳定的断裂带,就会触发断层活化;断层一动,就像雨水进入地层裂缝,会引发山体滑坡一样。
“以前我们认为套变是工程故障,现在明白了,它是断层或裂缝在地应力和流体压力下失去平衡的具体表现。”川庆钻探公司企业高级专家张平表示,“若用地质力学来解释‘黄瓜山现象’,可以发现,泸州区块处于走滑应力状态,地层极易发生剪切滑移;大安区块处于正应力状态,构造相对完整,就像一块铁板,怎么压都不会发生滑移。”
这个认知的转变,意义深远。在亿万年形成的地质构造面前,人类的力量是有限的。套变问题的解决,需要的不是在“硬”和“更硬”之间做加法,而是换一种思路,去摸清地层的“脾气”,在尊重规律的前提下寻找解决之道。
从“抢险”到“防控”
套变治理的攻守之变
认识变了,打法就得跟着变。
过去面对套变,施工队伍就像救火队——桥塞卡住了,换小工具硬过;套管变形了,上连续油管去磨……一次压裂施工结束,处理复杂情况的时间比正常施工时间还长,导致成本翻番、产量受损。
如今,川庆钻探人把战场前移到设计阶段。“机理认识不清,治理无从谈起。”张平直言,“弄清套变的机理才是防控的开端。”地质是内因,压裂是外因;内因无法改变,只有克服外因。而这注定是一条更难的路。
找!像做CT一样给地层“拍片”,提前绕开“地雷”。2016年以前,压裂凭的多是经验,容易“踩雷”。现在,技术人员联合科研单位人员,参照三维地震资料给几千米深的地层做“体检”,精度能看清几米大小的裂缝。他们给每口井建立“地质力学档案”,把里面哪段是容易滑动的“破碎带”、哪段是相对结实的“铁板”标得清清楚楚。2018年以前,在同一平台打井,3口井能在同一天、同一深度发生套变,就是因为没发现隐藏在地下的断裂带;现在在设计时就直接规定:离断层15到20米内,不射孔、不压裂,从根子上避开高风险区。
躲!给压裂液“立规矩”,让力量用在刀刃上。2015年以前,技术人员总是沿着井筒一圈均匀射孔,好比在水管上钻了一圈大小一样的眼,高压液体冲出去后,自然是哪儿缝大、哪儿容易进就往哪儿钻。一旦灌进不稳定的断层里,就像一股水冲进了墙根的裂缝,硬是把地层“撑”滑动了,进而形成套变。现在的做法是,给这些孔眼“立规矩”:对着稳定地层的那一面,多打几个眼、打大一些;对着断裂带的那一面,少打眼甚至不打。如此一来,液体流动就有了方向——大部分都顺着阻力小的稳定地层走,想往断裂带去的,都被“憋”了回来。看似只动了几个孔眼,实际上是让几万立方米的压裂液,规规矩矩地绕开了那些不能碰的“马蜂窝”。
控!把施工节奏慢下来,攒着一股子“巧劲”。2016年以前,技术人员觉得,要想产量高,就得上规模,拼速度。但在这里,一味求快反而坏事。现在,面对高风险段,技术人员会主动“踩刹车”:少注两三百立方米液体,把压裂的排量也降下来。“就好比吹气球,你一股劲儿猛吹,气球瞬间就爆了;但如果耐着性子,一点点匀着劲儿吹,气球就能慢慢撑到很大。”川庆钻探井下作业公司油气井增产企业高级专家朱炬辉解释,“施工也是一样,降速不是偷懒,而是让地层的压力一点点平稳地释放,不至于瞬间把断层‘憋’滑动了。”这种慢功夫,恰恰保住了后面十几段、二十几段压裂的顺利完工,上产反而更快。
随着各项技术的不断成熟,一套涵盖“钻前预测、压前预防、压裂预警、压裂控制”的全流程一体化套变防控技术体系逐渐形成。2021年开始,这套技术体系在威远区块套变高风险区进行了大规模现场试验。结果令人振奋:试验井套变点数降低60%,遇阻点数降低67%,套管变形量降低26%,2022年威远区块页岩气年产量再创历史新高。四川长宁-威远国家级页岩气产业示范区的整体套变率开始稳步下降。
从“抢险”到“防控”,从“硬碰硬”到“以柔克刚”,川庆钻探人的每一步都是对规律的尊重、对难题的回应。
主动“踩刹车”
算清套变治理背后的“两笔账”
套变治理,是一个不易出“显绩”的工作,若因为治理套变而降速施工,工期、产量甚至建设方的年度指标都会受到影响。而套变率下降几个百分点,外界不会轻易看到,甚至会遭人质疑:“慢下来,究竟值不值?”
“值!”川庆钻探人的回答是坚定的。
先算一笔经济账。一口深层页岩气井的钻井加压裂投资近亿元,如果因为套变丢段,后面20段无法改造,相当于数千万元投资打了水漂。主动降速,控制施工,虽然延长了工期,但避免了套变,可以保住井筒完整性,确保长期产量不受影响。“如果有A、B两条路,最终能通过的车流量基本一样,但修A路的成本要高出几倍,那么显然选B路更划算。”陈毅用这个比喻让建设方吃下“定心丸”,“我们现在的做法,就是放弃那条成本高、容易出断点的A路,转而踏踏实实地走B路。虽然单看施工节奏慢了,但能保证全井段顺利改造,总投入产出比最优。”
再算一笔技术账。套变治理的每一点进步,都在为整个行业积累经验。从1.0时代的“小规模压裂、套变偶发”,到2.0时代的“提排量增规模、套变高发”,再到3.0时代的“地质工程一体化、精准防控”,都是中国页岩气开发不可或缺的探索。川庆钻探研发的智能压裂系统、磁定位监测等技术,已经在威远、泸州等区块推广应用,套变率实现大幅下降。
“零套变”可能吗?专家的回答是:“在地质条件稳定的优质区块,完全可以实现;在深层复杂区块,需要持续趋近。”不迷信全域零套变,不放弃对零套变的极致追求——这种实事求是又永不停歇的态度,正是川庆钻探人树立和践行正确政绩观的生动注脚。
在川庆钻探的施工现场,记者听到最多的一句话是:“我们做的,就是把该做的事做好,把前人没做成的事做成。”而该做的事,是尊重规律、科学施策;没做成的事,是在极端复杂的地质条件下,把套变率降到最低、把井筒完整性守到最好。
而这,或许就是对“功成不必在我,功成必定有我”最朴素的表达。