蘇53區(qū)塊“井工廠”技術(shù)

劉乃震

（中國石油集團(tuán)長(zhǎng)城鉆探工程有限公司，北京100101）

蘇里格氣田屬于典型的低壓、低滲透、低豐度致密砂巖氣藏，具有大面積含氣、小面積富集的含氣特點(diǎn)，如果采用常規(guī)模式開發(fā)，單井產(chǎn)量低，經(jīng)濟(jì)效益差，而采用井工廠技術(shù)既能提高生產(chǎn)時(shí)效，降低作業(yè)成本，又能提高采收率[1-4］。因此，該氣田蘇53區(qū)塊采用了水平井整體開發(fā)模式進(jìn)行開發(fā)，并建立了一套工程、地質(zhì)一體化的配套技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)規(guī)程，為實(shí)施“井工廠”作業(yè)模式積累了經(jīng)驗(yàn)、儲(chǔ)備了技術(shù)。2013年，蘇53區(qū)塊進(jìn)行了大組合平臺(tái)“井工廠”技術(shù)先導(dǎo)試驗(yàn)，結(jié)合該區(qū)塊的實(shí)際地質(zhì)特征，采取“流水線作業(yè)、批量化施工、程序化控制、規(guī)范化管理”的方式，實(shí)現(xiàn)了當(dāng)年部署井位、當(dāng)年征地建井場(chǎng)、當(dāng)年開鉆并完鉆、當(dāng)年壓裂、當(dāng)年試氣和當(dāng)年投產(chǎn)的“6個(gè)當(dāng)年”。在實(shí)踐過程中，集成應(yīng)用先進(jìn)技術(shù)和管理模式，探索出了一套以“方案設(shè)計(jì)最優(yōu)化、工程技術(shù)模板化、施工作業(yè)流程化、作業(yè)規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)化、資源利用綜合化、隊(duì)伍管理一體化”為核心的“井工廠”作業(yè)模式。

1 方案設(shè)計(jì)最優(yōu)化

地質(zhì)研究表明，蘇53區(qū)塊西南部目的層盒8段和山1段平面上連通性好、縱向上有效氣層厚度達(dá)40～45m，且產(chǎn)能均得到落實(shí)，因此優(yōu)選該區(qū)域作為“井工廠”技術(shù)試驗(yàn)區(qū)。根據(jù)該區(qū)域目的層盒8段和山1段的儲(chǔ)層分布特點(diǎn)[5-6］，為了最大限度地提高控制儲(chǔ)量和動(dòng)用程度，應(yīng)用井網(wǎng)和井距優(yōu)化技術(shù)，在一個(gè)平臺(tái)上部署了13口井，包括水平井10口（目的層為盒8段的6口，山1段的4口）、定向井2口和直井1口（見圖1），控制含氣面積5.76km2，控制天然氣地質(zhì)儲(chǔ)量18.5×108m3。該區(qū)域儲(chǔ)層滲透率低，局部構(gòu)造微裂縫比較發(fā)育，富含石英或碳酸鹽巖等脆性礦物[7］，具備進(jìn)行大規(guī)模水力壓裂改造的條件。

圖1 蘇53區(qū)塊大平臺(tái)井位部署Fig.1 Well location deployment on a large platform in Block Su 53

井眼軌道設(shè)計(jì)成中曲率半徑軌道剖面，以方便控制井眼軌跡和鉆進(jìn)水平段。在前期鉆井實(shí)踐的基礎(chǔ)上，將入靶點(diǎn)以上井眼直徑由244.5mm優(yōu)化為215.4mm，靶前距擴(kuò)大至400～500m。為了解決平臺(tái)井的井眼軌跡防碰問題，采用三維繞障技術(shù)和隨鉆地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)控制井眼軌跡。通過精細(xì)地質(zhì)建模和油藏?cái)?shù)值模擬，將目的層為盒8段和山1段井的井距優(yōu)化為600m，水平段長(zhǎng)度優(yōu)化為1 000m左右。考慮到有利于壓裂造縫，處于盒8段和山1段的水平井眼方位角優(yōu)化為347°和13°（見圖2）。水平井在縱向上的軌跡保持在儲(chǔ)層中部，利于形成上下對(duì)稱的人造裂縫，提高波及效率。

針對(duì)山1段儲(chǔ)層比較致密的特點(diǎn)，在水平井壓裂過程中，利用暫堵劑在段內(nèi)進(jìn)行多裂縫改造，盡可能地增大改造體積；兩口水平井相鄰的裂縫交叉布置，進(jìn)行同步壓裂，以引發(fā)井間應(yīng)力干擾，開啟并溝通天然微裂縫，更大程度地增大改造體積；將同步壓裂[8-10］和段內(nèi)多縫技術(shù)[5］相結(jié)合，使水平井的改造體積最大化。壓裂時(shí)，注入前置液階段采用加入40／70目陶粒的段塞來堵塞天然微裂縫，提高壓裂液效率，同時(shí)盡可能多地產(chǎn)生轉(zhuǎn)向裂縫，提高體積壓裂形成網(wǎng)狀裂縫的概率。平臺(tái)上10口水平井的裂縫分布如圖2所示。

圖2 井眼軌跡布局及壓裂裂縫示意Fig.2 Schematic diagram of well trajectory pattern and fractures

2 工程技術(shù)模板化

根據(jù)蘇53區(qū)塊不同井段鉆頭的使用情況，綜合考慮鉆頭壽命和鉆速，優(yōu)選出了適用不同井段的鉆頭，總結(jié)了一套“1＋2＋2”的技術(shù)模板：1）直井段選用1只φ222.3mmPDC鉆頭；2）造斜、扭方位井段選用2只φ215.9mm PDC鉆頭；3）水平段選用2只φ152.4mmPDC鉆頭。由于所選鉆頭均為該區(qū)域相應(yīng)層段使用效果最好的鉆頭，與螺桿鉆具配合采用隨鉆測(cè)量?jī)x，并對(duì)各段的鉆進(jìn)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，機(jī)械鉆速、儲(chǔ)層鉆遇率和井眼軌跡控制精度大幅提高。實(shí)鉆結(jié)果表明：10口水平井平均砂巖鉆遇率和有效厚度鉆遇率分別達(dá)到了86.1%和73.4%，高于該區(qū)塊平均水平；6口需三維空間旋轉(zhuǎn)的水平井一次中靶率達(dá)到100%，其中蘇53-82-19H井砂巖鉆遇率和有效儲(chǔ)層鉆遇率均為100%，為目前該區(qū)塊水平井整體開發(fā)唯一一口“雙百井”。

3 施工作業(yè)流程化

鉆井過程中，用1部ZJ30型車載鉆機(jī)批量鉆表層，2部ZJ50型機(jī)械鉆機(jī)鉆直井段、造斜段和水平段?！熬S”鉆井作業(yè)程序如下：首先鉆A排第1口井（蘇53-82-17H井）的表層，在其固井候凝期間，所用鉆井液可來鉆B排第1口井（蘇53-82-18H1井）的表層；當(dāng)各排第1口井表層固井完成之后，使用2部ZJ50型機(jī)械鉆機(jī)分別鉆二開直井段、造斜段和水平段；當(dāng)兩排第1口井完鉆后通過鉆機(jī)平移裝置使鉆井設(shè)備移至第2口井重復(fù)進(jìn)行直井段和造斜段施工。通常情況下，2部鉆機(jī)同時(shí)對(duì)10口水平井進(jìn)行施工，共需50道工序，而“井工廠”作業(yè)只需34道，大大減少了工序數(shù)量，尤其是大幅度減少了井架拆裝次數(shù)?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)鉆中，2部ZJ50型機(jī)械鉆機(jī)從最初豎立到最后拆裝，只經(jīng)歷1次拆裝過程，節(jié)省了大量接甩鉆具和固井候凝時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了“井間提速”和“無縫隙施工”。

壓裂設(shè)備一次擺放到位，液罐不用多次吊裝搬運(yùn)；壓裂前集中上水至蓄水池，只需配備少量緩沖水罐，提高了蓄水池至緩沖水罐的供水能力，保證了壓裂液連續(xù)混配要求；壓裂液連續(xù)混配[11］（見圖3）可為連續(xù)壓裂提供壓裂液保障；速溶胍膠[12-13］可以保證壓裂液性能在短時(shí)間內(nèi)（10min增黏比80%以上）達(dá)到施工要求；配備4臺(tái)吊車，12臺(tái)砂罐車，保證連續(xù)供砂；單井配備7臺(tái)2000型或2500型壓裂車，保證連續(xù)泵注。為了提高生產(chǎn)時(shí)效，平臺(tái)13口井分2批次壓裂，共歷時(shí)13d，比常規(guī)單井壓裂施工縮短了10d，共壓裂93段，入井總液量36 405.8m3，加砂總量3 996.7m3，壓裂液連續(xù)混配大幅度減少了液罐數(shù)量，提高了設(shè)備利用率。

圖3 壓裂液連續(xù)混配流程Fig.3 Continuous mixing flow chart for fracturing fluids

4 作業(yè)規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)化

“井工廠”作業(yè)為鉆井、完井、壓裂、試氣等作業(yè)隊(duì)同時(shí)作業(yè)。為了確保生產(chǎn)作業(yè)的安全，增強(qiáng)作業(yè)的規(guī)范性，提高作業(yè)的效率，制定了《工廠化鉆完井與壓裂標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)規(guī)程》，該規(guī)程包括地質(zhì)和工程設(shè)計(jì)、鉆完井、壓裂、返排、試氣和投產(chǎn)等作業(yè)的規(guī)程。地質(zhì)設(shè)計(jì)規(guī)程主要明確富集區(qū)的選取、平臺(tái)的設(shè)計(jì)、井位部署和井筒方位的確定原則；鉆井設(shè)計(jì)規(guī)程主要包括井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、井眼軌道設(shè)計(jì)、鉆頭模板制定、鉆機(jī)平移和鉆井設(shè)備擺放等內(nèi)容；鉆井作業(yè)規(guī)程制定了鉆井施工的相關(guān)規(guī)范，如批量施工的程序、鉆機(jī)平移和鉆井液重復(fù)使用的方法等；壓裂規(guī)程以同步壓裂為核心內(nèi)容，提出了設(shè)備擺放的原則，制定了連續(xù)供水、連續(xù)供液、連續(xù)泵注等連續(xù)混配的相關(guān)規(guī)范；作業(yè)返排規(guī)程明確了作業(yè)方法和試氣步驟，以及投產(chǎn)作業(yè)等規(guī)程。該規(guī)程不僅明確了“井工廠”作業(yè)各項(xiàng)設(shè)計(jì)的原則，還制定了各個(gè)工種的作業(yè)規(guī)范，為“井工廠”作業(yè)的安全、高效、規(guī)范運(yùn)行奠定了基礎(chǔ)。

5 資源利用綜合化

生產(chǎn)物資材料的批量準(zhǔn)備和每道工序的批量施工作業(yè)是“井工廠”的主要特點(diǎn)，最大程度地節(jié)省時(shí)間和重復(fù)使用相同的設(shè)備與材料，可以降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。采用平臺(tái)布井模式，平臺(tái)面積大幅減??；采用地質(zhì)導(dǎo)向和井眼軌跡優(yōu)化技術(shù)，最大程度地控制地質(zhì)儲(chǔ)量；通過“1＋2＋2”鉆頭模板進(jìn)行施工，降低鉆頭損耗，減少起下鉆次數(shù)；工廠化批量鉆井，提高了鉆井速度，縮短了建井周期；平臺(tái)井一開、二開和三開所用鉆井液相同，所用鉆井液可以重復(fù)利用；一個(gè)平臺(tái)數(shù)口井連續(xù)進(jìn)行壓裂作業(yè)，應(yīng)用連續(xù)混配技術(shù)大幅度減少了地面罐的使用數(shù)量，降低了壓裂液殘留造成的浪費(fèi)；大大減少了設(shè)備搬遷和車輛往返油耗。

6 隊(duì)伍管理一體化

按“項(xiàng)目部—工程駐井—井隊(duì)”的技術(shù)指揮管理網(wǎng)絡(luò)，以及反向的信息反饋，有針對(duì)性地加強(qiáng)對(duì)員工的技術(shù)和技能培訓(xùn)，建立技術(shù)難點(diǎn)的快速準(zhǔn)確解決機(jī)制，措施落實(shí)做到有的放矢，推行精準(zhǔn)工廠化管理模式，有效降低無效工作時(shí)間。

對(duì)于重點(diǎn)鉆井工序，項(xiàng)目部組織專業(yè)人員指揮、協(xié)調(diào)，從措施、環(huán)節(jié)、設(shè)備3方面給予針對(duì)性支持，兩個(gè)井隊(duì)相互配合，安全快速地完成鉆井施工；壓裂施工中，根據(jù)班組和崗位劃分屬地，實(shí)行分工明確的屬地管理，以儀表車為中心形成溝通網(wǎng)絡(luò)，做到崗位間交流無障礙、溝通無誤差，確保連續(xù)施工。

7 應(yīng)用效果分析

平臺(tái)面積0.06km2，比常規(guī)征地節(jié)約70%，管線長(zhǎng)度減少6.5km，供水井減少9口；10口水平井平均機(jī)械鉆速11.5m／h，平均鉆井周期29.2d，平均建井周期34.6d，與2012年同區(qū)塊未采用“井工廠”技術(shù)的水平井相比，機(jī)械鉆速提高了31.3%，鉆井周期和建井周期分別縮短了45.2%和44.6%；重復(fù)利用鉆井液2 100m3；壓裂液殘余浪費(fèi)減少377m3。按同期的價(jià)格計(jì)算，共可節(jié)約各項(xiàng)費(fèi)用800余萬元。

圖4為截至2014年3月15日平臺(tái)13口井相應(yīng)的日產(chǎn)氣量和累計(jì)產(chǎn)氣量。由圖4可知，平臺(tái)13口井累計(jì)產(chǎn)氣量10 500.17×104m3，平均產(chǎn)氣量97.231×104m3／d，其中水平井累計(jì)產(chǎn)氣量9 801.28×104m3，平均單井產(chǎn)氣量9.076×104m3／d，同步壓裂6口水平井的平均單井產(chǎn)氣量9.873×104m3／d，其余4口水平井的平均單井產(chǎn)氣量7.88×104m3／d；2口定向井和1口直井累計(jì)產(chǎn)氣量698.89×104m3，平均單井產(chǎn)氣量2.157×104m3／d。

對(duì)于蘇53區(qū)塊致密砂巖氣藏，水平井相對(duì)于直井具有巨大的產(chǎn)能優(yōu)勢(shì)，其日產(chǎn)氣量是直井的4.21倍，進(jìn)行同步壓裂水平井的平均日產(chǎn)氣量更高?？梢?，多口水平井之間進(jìn)行同步壓裂是開發(fā)致密砂巖氣藏的發(fā)展趨勢(shì)。

8 結(jié)論及建議

1）“井工廠”作業(yè)減少了井場(chǎng)建設(shè)、鉆完井和壓裂費(fèi)用，縮短了鉆完井和壓裂周期，有利于集中管理及維護(hù)，是蘇里格氣田產(chǎn)能建設(shè)的發(fā)展方向。

2）“井工廠”作業(yè)是一個(gè)系統(tǒng)工程，在確保安全環(huán)保的基礎(chǔ)上，提高了工作效率和經(jīng)濟(jì)效益。

3）建議進(jìn)一步開展油藏精細(xì)描述研究和相關(guān)技術(shù)應(yīng)用，進(jìn)行“拉鏈?zhǔn)健眽毫鸭夹g(shù)和裂縫監(jiān)測(cè)技術(shù)研究。

4）“井工廠”作業(yè)在蘇里格氣田蘇53區(qū)塊的成功實(shí)施，為進(jìn)一步推廣和完善“井工廠”作業(yè)在非常規(guī)油氣藏的應(yīng)用積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

圖4 大平臺(tái)13口井的日產(chǎn)氣量和累產(chǎn)氣量統(tǒng)計(jì)Fig.4 Statistics of daily production and cumulative production for 13wells on the platform

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