Sinopecs Post-Fracture-Coring-Technologie ist weltweit führend
Jun 20, 2024
Auf Grundlage der umfangreichen Pilotversuche und wissenschaftlichen Forschungsprojekte des Konzernunternehmens hat Sinopec Jianghan Oilfield ein gemeinsames Forschungsteam aus mehreren Berufsgruppen gebildet, um im dreidimensionalen Erschließungsbereich des Fuling-Schiefergasfeldes eine Nachdruckkernbohrung durchzuführen und so das Geheimnis des unterirdischen künstlichen Rissnetzwerks zu lüften.
Das Bohren von Kernbohrungen ist bei der Erkundung und Erschließung von Schiefergas sehr üblich, doch in China gibt es keinen Präzedenzfall für das Bohren von Kernbohrungen in horizontalen Bohrungen nach dem Fracking oder sogar nach der Gewinnung.
Wer zuerst anfängt, muss zuerst auf Schwierigkeiten stoßen. Angesichts der Probleme, die nach dem Fracking im komplexen Rissnetzwerk des Schiefergases auftreten können, und der Schwierigkeiten, die Kernrückgewinnungsrate sicherzustellen, hat das Oil and Gas Capacity Construction Management Center des Jianghan Oilfield in Zusammenarbeit mit dem Oilfield Research Institute und dem Engineering Institute Forschung und Entwicklung betrieben, die Grenzen kontinuierlich überschritten und die Post-Fracking-Kernbohrtechnologie für Steil- und Horizontalbohrungen innovativ entwickelt, wodurch die Post-Fracking-Kernbohrtechnologie im Frackinggebiet des Fuling-Schiefergasfeldes auf das weltweit führende Niveau gebracht wurde.
Schwierigkeit, Risiko und schwierige Methoden „Darüber habe ich vorher nicht nachgedacht“.
Am 1. April untersuchten Techniker in der Kernbibliothek sorgfältig den 122,45- Meter langen Kern des Bohrlochs Jiaoye 12-Jian 1 und stellten sorgfältig die Richtung, Anzahl, Größe und Breite der Risse dar, um die Bruchwirkung zu bewerten.
Als erste Druckbohrung für Schiefergas in China hat der Erfolg der Jiaoye 12-Jian 1-Bohrung eine andere Bedeutung. „Ich habe mich vorher nicht getraut, an eine Druckbohrung zu denken“, sagte Zhang Yuqiang, Leiter der Abteilung für Ingenieurwesen und Technologiemanagement von Jianghan Oilfield, freimütig. Bei konventionellen Kernbohrungen wird der Bruchbereich vermieden, und die Zielschicht der Druckbohrung muss die Druckschieferformation mit den entwickelten künstlichen Brüchen sein. „Der Kern im künstlichen Bruchbereich ist gebrochen, wodurch der Kern leicht abfallen kann, die Ernterate niedrig ist und es sogar möglich ist, dass kein Kern geerntet werden kann.“
Neben dem gebrochenen Kern weisen die alten, in Produktion genommenen Bohrlöcher nach dem Abbau schwerwiegende Defizite im Formationsdruck, niedrige Druckkoeffizienten, unzureichende Formationsenergie und einen leichten Zusammenbruch während des Bohrens auf. Darüber hinaus kann die Bohrflüssigkeit beim Hin- und Herfahren zwischen den Bohrlochnetzen in die benachbarten Bohrlöcher austreten, wodurch die benachbarten Bohrlöcher „ertrinken“ oder das aus den benachbarten Bohrlöchern austretende Gas zu Ausbrüchen führt, was sehr riskant ist.
Jianghan Oilfield hat seinen Schwerpunkt auf das Bohren von Brunnen gelegt und eine „Kombinationslösung“ aus Prozess- und Werkzeugoptimierung entwickelt. Dabei kommt eine hochleistungsfähige, wasserbasierte Bohrflüssigkeit mit geringer Dichte zum Einsatz, die das Risiko von Leckagen und Einstürzen der Formation sowie die Verschmutzung des Kerns effektiv reduziert, die Integrität grundlegender Informationen, wie etwa des Gasgehalts des Kerns, sicherstellt und so spätere Forschungen erleichtert. Gleichzeitig werden Werkzeuge, wie etwa Bohrer und Schrauben, verbessert, Kernparameter, wie etwa Bohrdruck und Bohrgeschwindigkeit, optimiert und die Erfolgsquote beim Bau kontinuierlich verbessert.
Während des Bohrvorgangs ist vor Ort geologisches Führungspersonal stationiert, das das Formationsniveau sorgfältig beurteilt, die Messfrequenz erhöht, die Koordinaten des Bohrers unter der Erde bestimmt, jederzeit den Kollisionsschutzabstand berechnet und die Genauigkeit der Flugbahn sicherstellt.
Da herkömmliche Schraubwerkzeuge nicht im Kernbohrer mitgeführt werden können, können sich Techniker nur auf Erfahrung und mechanische Maßnahmen verlassen, um die Bohrbahn zu steuern. Diese Methode hat viele Zweifel auf sich gezogen, und einige Leute denken, es handele sich um „blinde unterirdische Gewinnung“.
„Durch wissenschaftliche Optimierung der Position des Stabilisators und der Bohrparameter verlassen wir uns auf mechanische Maßnahmen, um sicherzustellen, dass die Flugbahn entworfen wird. Jedes Problem im Prozess wurde vom Team sorgfältig geprüft und diskutiert, und wir sind sehr zuversichtlich in diese Methode.“ Dai Yongbo stellte vor, dass diese Methode erfolgreich im Bohrloch Jiaoye 66-Jian 2 angewendet wurde, mit einer kontinuierlichen Kontrolle der Flugbahn über mehr als 200 Meter, und die oberen und unteren Abweichungen betrugen nur 1 Meter.
Nach dem Auftreffen auf die Zielschicht wurde die Frage, wie der Kern in seiner ursprünglichen Form erhalten und herausgenommen werden konnte, zum größten Problem. Ohne Erfahrung, aus der sie lernen können, können sich die Techniker nur vorwärtstasten.
Einige Experten schlugen vor, die Universalschraube hinter dem Kernbohrrohr anzubringen, damit die Flugbahn während des Bohrens kontrolliert werden kann. Die technischen Experten lehnten diesen Vorschlag ab. Sie waren der Ansicht, dass eine Störung des Kernbohrrohrs während des Bohrens die Integrität des Kerns zerstören und den Kern leicht blockieren würde. Angesichts des Widerspruchs zwischen Kernbohren und Flugbahnkontrolle entwickelte das technische Team schließlich mutige Neuerungen und schlug erstmals in China eine neue Arbeitsidee vor: Kernbohren ohne Orientierung und Orientierung ohne Kernbohren.
Ob die Theorie umsetzbar ist, hängt von der Praxis ab. Jianghan Oilfield hat diese Idee in der Bohrung Jiaoye 66-Jiang 1 umgesetzt und die Bohrkernausbeute erreichte 99,36 %. Danach wurde die Richtigkeit der neuen Idee in jeder Bohrung, bei der erfolgreich ein Kern gebohrt wurde, bestätigt.
Vertikale Bohrungen, stark abweichende Bohrungen und horizontale Bohrungen fordern weiterhin die Grenzen heraus
Im vergangenen Jahr hat das Oil and Gas Capacity Construction Management Center von Jianghan Oilfield die Grenzen von vertikalen über stark abweichende bis hin zu horizontalen Bohrungen kontinuierlich ausgelotet, indem es mit dem Einfachen und dann mit dem Schwierigen begann. Durch unabhängige Innovation und iterative Optimierung von Engineering-Prozessen hat es eine Technologie für das Kernbohren von komplexen Bruchnetzwerken nach dem Druck entwickelt und eine Technologie für die Unterstützung von kontinuierlichen Kernbohrungen nach dem Drucknetzwerk entwickelt, die weltweit weit voraus ist.
Laut Lin Anguo, stellvertretender Direktor des Bohrmanagementbüros des Zentrums, konzentrierten sie sich nach der ersten vertikalen Bohrlochbohrung im Bohrloch Jiaoye 12-Jiang 1 auf die stark abgelenkten Bohrlöcher. Die Bohrlöcher Jiaoye 66-Jiang 1, Jian 2, Jian 3 und Jian 4 sind vier stark abgelenkte Bohrlöcher mit einer Bohrlochneigung von 66 Grad. Je stärker die Bohrlochneigung, desto leichter kann der Kern brechen und verstopfen.
Während des Kernbohrvorgangs von Steilbohrungen entwickelten Techniker einen innovativen Innenrohrzentrierer, der das Innenrohr der Kernbohrung in der Mitte halten und die Störung des Kerns verringern kann, wodurch der ursprüngliche Zustand des Kerns nach dem Brechen erhalten bleibt. Sie verwendeten auch hocheffiziente Kernbohrer usw., die die Kernrückgewinnungsrate von Schiefergesteinsformationen durch Brechen effektiv verbesserten.
Jianghan Oilfield hat auch die Bohrlochnutzungsmethode erneuert und erstmals die neue Methode „vier Bohrlöcher in einem“ angewendet. Es wird nur ein Bohrloch benötigt, um die Bohrarbeiten von vier Bohrlöchern abzuschließen, was Kosten in Höhe von mehreren zehn Millionen Yuan einspart. „Nachdem wir das Bohrloch Jiaoye 66-Jian 2 entkernt hatten, haben wir dreimal seitlich gebohrt und das Bohrloch Jiaoye 66-Jian 1, Jian 3 und Jian 4 effizient abgeschlossen. Dies ist das erste Mal, dass ein Schiefergasbohrloch in China die Bohrarbeiten von vier Bohrlöchern in einem einzigen Loch abgeschlossen hat.“ Lin Anguo stellte vor, dass die Gesamtlänge der Bohrlöcher 764,5 Meter betrug, die Bohrlänge 760,63 Meter betrug und die Kerngewinnungsrate 99,45 % erreichte, wodurch „kein Überlauf beim Bohren, kein Auslaufen von Bohrflüssigkeit, keine Kollision der Flugbahn und kein Informationsverlust“ erreicht wurden.
Mit der Erfahrung mit der Kernbohrung in einem „Vier-Brunnen-in-einem“-Hochwinkelbohrloch begannen die Techniker mit der Erforschung der Kernbohrung nach Druck in horizontalen Bohrlöchern. „Horizontale Bohrlöcher müssen zum Kernbohren liegen, und der Widerstand beim Kerntransport ist sehr groß. Durch die Schwerkraft gerät das Außenrohr des Kernbohrrohrs mit dem Innenrohr in Konflikt, und der Kern ist zerbrechlich.“ Dai Yongbo sagte: „Kernbohrwerkzeuge können sich außerdem leicht lösen und brechen, wenn sie lang sind, daher muss die Genauigkeit der Werkzeuge höher sein.“
Unter Druck hat Jianghan Oilfield die erste horizontale Abschnittskernbohrung im Schiefergas-Druckbruchgebiet in der China-Jiaoye 66-Jian 5-Bohrung eingesetzt, mit dem Ziel, die dreidimensionalen räumlichen Bruchverteilungseigenschaften des dreidimensionalen Jiaoshiba-Erschließungsgebiets des Fuling-Schiefergasfeldes durch eine Vielzahl von Kernbohrmethoden zu klären.
Der Bohrschacht Jiaoye 66-Jian 5 ist so konzipiert, dass er einen Kernabschnitt von 266 Metern und einen horizontalen Abschnitt von 1957 Metern hat. Als Reaktion auf die Probleme, dass sich die Kernbohrwerkzeugkombination nur schwer absenken ließ und der innere Lauf des Kernbohrwerkzeugs nicht zentriert war, optimierten die Techniker die Kernbohrwerkzeugkombination, verringerten das Lagerspiel des Stabilisators, verbesserten die Zentrierung des inneren Laufs der Kernbohrung und erhöhten die Arbeitsstabilität der Kernbohrung. Sie verwendeten außerdem wasserbasierte Bohrflüssigkeit auf Schieferbasis mit Mikro-Nano-Verschlussmaterialien, um das Problem des leichten Zusammenbruchs der Kernbohrung im Bruchbereich effektiv zu lösen. Gleichzeitig optimierten sie das Material des inneren Laufs des Kernbohrrohrs, um die Glätte zu erhöhen und den Reibungswiderstand zu verringern.
Innovation hört nie auf. Die Techniker loteten weiterhin die Grenzen der Technik aus, übernahmen die Kernbohrmethode „Sechs-Lauf-Verbindung“ und entwickelten eine Langlauf-Kernbohrtechnologie für die Bohrung. Um einen reibungslosen Baufortschritt zu gewährleisten, richtete Jianghan Oilfield ein technisches Außendienstteam für das Nachdruckbohren und Kernbohren von Schiefergasbohrungen ein, das während des gesamten Prozesses vor Ort für die Verfolgung und Anleitung sorgte und die Verwaltung der Vorbereitung der Kernbohrwerkzeuge, der Leistungsregulierung der Bohrflüssigkeit, der komplexen Flugbahnsteuerung und der Optimierung der Kernbohrparameter vereinheitlichte. Das Personal vor Ort führte Feinoperationen durch und erledigte Aufgaben wie Kernbohren, Kernschneiden, Kernbohren, Bodenschneiden, Gastests und digitales Scannen effizient, um sicheres Kernbohren, reibungsloses Kernbohren, vollständiges Schneiden und genaue Daten zu gewährleisten.
Schließlich erreichte die Bohrung Jiaoye 66-Jian 5 eine kontinuierliche Kernbohrungslänge von 240,2 Metern im horizontalen Abschnitt, eine Kernlänge von 239,82 Metern im horizontalen Abschnitt und eine einzelne Langrohrkernbohrung von 53,7 Metern im horizontalen Abschnitt. Damit wurden fünf Bohrrekorde gebrochen, darunter die längste Gesamtkernbohrungslänge nach einmaligem Plattformdruck, die längste kontinuierliche Kernbohrungslänge im horizontalen Abschnitt einer einzelnen Bohrung, die längste Kernlänge im horizontalen Abschnitt, die längste einzelne Langrohrkernbohrung im horizontalen Abschnitt und die höchste durchschnittliche Rückgewinnungsrate bei der Kernbohrung im horizontalen Abschnitt.
„Auf der Grundlage von Tests des horizontalen Bohrkernverfahrens in derselben Bohrung haben wir das Produktionsgehäuse abgesenkt, um den Zweck der Gasförderung zu erreichen, und zum ersten Mal die doppelte Nutzung von Kernbohrungen und Gasförderung in einer Schiefergasbohrung realisiert.“ Lin Anguo stellte vor. Gleichzeitig nutzten sie die Bohrung auch, um die Verteilung des Restgases in kleinen Bohrlochabständen zu bewerten, den Einsatz kleiner Bohrlochabstände und dichter Bohrlöcher im nächsten Schritt zu steuern und eine solide Grundlage für die Verbesserung der Rückgewinnungsrate der mehrschichtigen dreidimensionalen Entwicklung und des „Aufbrauchens“ unterirdischer Ressourcen zu legen.