楊金華 郭曉霞

中國石油集團經濟技術研究院

一趟鉆新技術應用與進展

楊金華 郭曉霞

中國石油集團經濟技術研究院

一趟鉆作為低油價下鉆井作業(yè)降本增效的重要途徑，實施中不僅需要集成應用先進高效的鉆井工藝技術和自動化程度特別高的鉆井裝備、高效鉆頭、優(yōu)質鉆井液，還需配備隨鉆地質導向技術和遠程專家決策支持中心。水平井多井段一趟鉆的降本增效效果尤為明顯，美國在頁巖氣開發(fā)方面應用一趟鉆技術完成多口水平井鉆井，降本增效突出，最長的水平井段長達5652.2m，創(chuàng)下世界之最。介紹了美國一趟鉆成功案例，并對我國今后的應用發(fā)展提出建議。

鉆井；一趟鉆；水平井；降本增效；頁巖氣開發(fā)

降本增效是油公司、工程技術服務公司始終追求的目標，更是當前低油價下的首要選擇。隨著勘探開發(fā)不斷深入，非常規(guī)油氣資源的戰(zhàn)略地位日趨重要，低油價下如何經濟有效開發(fā)頁巖油氣等非常規(guī)油氣是業(yè)界必須面臨的課題。水平井鉆井降本增效潛力大、途徑多，其中一個重要途徑就是“一趟鉆”。所謂一趟鉆，是指一個鉆頭一次下井打完一個開次的所有進尺。而水平井一個開次可能涉及一個、兩個或多個井段，如直井段、斜井段、水平段。斜井段可包括造斜段、穩(wěn)斜段、降斜段。一趟鉆現已成為低油價下水平井鉆井降本增效的重要途徑，多井段一趟鉆的降本增效效果尤為明顯。要實現一趟鉆，不僅要集成應用先進高效的鉆井裝置與工藝技術，還要有優(yōu)秀的團隊協(xié)作。

1 一趟鉆關鍵技術[1，2]

1.1 鉆井方案優(yōu)化設計

一趟鉆不僅要求優(yōu)化鉆井方案設計，井身結構也要簡化，使之適應施工作業(yè)。

1.2 配備先進的鉆機裝備

一趟鉆必須配備先進的鉆機，特別是自動化鉆機，如交流變頻電驅動鉆機。在工廠化作業(yè)中使用自動化程度較高的鉆機，可實現鉆機在井間的快速移動，移動方式主要是步進式或軌道式。這些先進鉆機需要配備頂驅、一體化司鉆控制室及相關自動化設備。

1.3 優(yōu)選或定制高效鉆頭

根據所要鉆的地層和井段，優(yōu)選或定制適合一趟鉆的高效鉆頭，主要是PDC鉆頭、孕鑲金剛石鉆頭、混合式鉆頭。要求鉆頭不僅要鉆得快，而且要壽命長、進尺多、可導向性好、成本低。

1.4 個性化的優(yōu)質鉆井液

通常使用適合所鉆地層和井段的個性化鉆井液，摩阻小，攜屑能力強，井壁穩(wěn)定性好，成本低。

1.5 常規(guī)導向或旋轉導向鉆井系統(tǒng)

在美國頁巖油氣水平井鉆井中，常規(guī)導向鉆井作為經濟有效的導向方式被大量應用，其中包括完成眾多單個井段的一趟鉆。

旋轉導向鉆井不斷取代常規(guī)定向鉆井和常規(guī)導向鉆井，廣泛用于高難度水平井、多分支井、大位移井、海上定向井中，完成了大量的一趟鉆；高造斜率旋轉導向鉆井也使越來越多的兩個井段和多個井段一趟鉆得以實現。

1.6 隨鉆地質導向技術

為精準導向，需要實施隨鉆地質導向或隨鉆儲層導向，因此需要使用具備此功能的隨鉆測井（MWD）或隨鉆錄井（LWD），或者使用集成此功能的高端旋轉導向鉆井系統(tǒng)。

1.7 遠程專家決策支持中心

決策支持中心所配備的多學科專家團隊可隨時監(jiān)督鉆井方案的執(zhí)行情況，作為大數據分析中心，根據來自現場的實時信息，及時修正鉆井方案，更好地提供決策，指導地質導向等鉆井作業(yè)。一個多學科專家團隊可同時指導多個鉆井現場的作業(yè)。國際油公司和國際大型技術服務公司已在全球建立多個遠程專家決策支持中心，更有利于一趟鉆的實現。

2 國外一趟鉆應用狀況和實例分析[3，4]

2.1 完成進尺不斷增加，應用規(guī)模不斷擴大

隨著鉆井技術的進步和降本增效的要求日益迫切，一趟鉆的應用規(guī)模不斷擴大，已從開發(fā)非常規(guī)油氣（尤其是頁巖油氣）擴大到開發(fā)常規(guī)油氣，從陸上擴大到海上，涵蓋了包括直井、定向井、水平井、多分支井、老井側鉆等各類井型。

一趟鉆完成的井段數量從單一井段發(fā)展到兩個井段，甚至多個井段。美國在頁巖油氣水平井鉆井中，單一井段的一趟鉆漸成常態(tài)，兩個井段的一趟鉆不斷增加，多個井段的一趟鉆也已不是個案。

一趟鉆完成的進尺從幾百米到幾千米，陸上和海上最長的一趟鉆進尺均已超過6000m。一趟鉆完成進尺數量的提高，促進了美國頁巖油氣長水平段水平井的發(fā)展。

2.2 井身結構簡化，建井周期縮短，降本增效顯著

一趟鉆可簡化井身結構，減少下套管的層數和作業(yè)量，實現多個井段一趟鉆的頁巖油氣水平井，井段結構已簡化為兩層。一趟鉆減少了單井鉆頭用量、起下鉆次數和時間，縮短了鉆井周期，鉆井成本顯著降低，增效明顯。

2.3 應用實例

（1）案例1：美國一口頁巖氣井水平井段長達5652.2m，一趟鉆完成斜井段和水平段。

2016年一季度，美國Eclipse 資源公司在俄亥俄州Utica頁巖氣產區(qū)鉆成了一口總井深達8244.2m的水平井，頁巖層埋深2000m左右，水平段長度為5652.2m，創(chuàng)造了美國陸上水平井水平段長度新紀錄。

該井鉆進時先用一臺小鉆機鉆垂直導眼，然后用H&P公司為工廠化作業(yè)研制的FlexRig自動化鉆機鉆斜井段和水平井段。斜井段+超長水平段實現了一趟鉆，應用了個性化鉆井液及斯倫貝謝公司研制的旋轉導向鉆井系統(tǒng)和φ215.9mm（81/2in）PDC鉆頭（非定制），斯倫貝謝公司提供遠程決策支持。鉆頭取出后，狀況良好，也許還可繼續(xù)用于其他鉆井。

該井水平段鉆井用時17.6d，少于預期。共執(zhí)行124段壓裂，用時23.5d，平均每天壓裂5.3段。鉆完井成本為1583.7萬美元，遠遠低于該地區(qū)其他井，創(chuàng)了該地區(qū)的成本新低。Eclipse 資源公司計劃鉆更多的超級水平井。

（2）案例2：Marcellus一口頁巖氣水平井組多井實現三開一趟鉆，最快鉆速超1610m/d（1mile/d）。

2015年美國CONSOL能源公司在一個井場用工廠化作業(yè)方式鉆8口水平井。該地區(qū)頁巖儲層薄，厚度不足1.5m，且呈上傾走向，造斜段造斜率高，水平段長，鉆井難度很大（圖1）。盡管如此，鉆井提速非常明顯，多井實現三開一趟鉆（斜井段+水平段）。鉆得最快的兩口水平井，水平段日進尺分別達到1613.3m/d和1774.2m/d。一趟鉆完成的進尺最多達到4597.6m。盡管頁巖儲層薄，這些井仍然獲得了100%或接近100%的儲層鉆遇率。這8口井的平均井深比鄰井場的6口井深，鉆井周期卻明顯減少。之所以取得如此好的效果，是因為應用了自動化鉆機、貝克休斯公司的高造斜率旋轉導向鉆井系統(tǒng)、PDC鉆頭、隨鉆儲層導向和遠程專家決策支持。

圖1 水平井井眼軌跡

（3）案例3：深約4527m的頁巖氣水平井，二開“直井段+斜井段+水平段”一趟鉆完鉆。

2013年初，在Eagle Ford 頁巖氣產區(qū)一口大約深4527m的水平井中，應用斯倫貝謝公司的φ171.45mm(63/4in)高造斜率旋轉導向鉆井系統(tǒng)（長度5.06m，最大造斜率15°/30m）和定制的φ215.9mm（81/2in）Spear SDi513 鋼體PDC鉆頭，一趟鉆完成進尺3277.8m，實現二開“直井段+斜井段+水平段”一趟鉆完鉆，平均機械鉆速為16.76m/h，鉆井用時8d，比鄰井同井段節(jié)省4d時間（圖2）。

圖2 二開“直井段+斜井段+水平段”一趟鉆完鉆

隨著技術不斷進步，一趟鉆的應用規(guī)模將進一步擴大；水平井的井身結構甚至可簡化為只有兩開，這樣降本增效效果將更加顯著。

3 對我國一趟鉆技術發(fā)展的幾點建議

目前國內多個油氣田已在若干口井中實現了一趟鉆，取得了明顯的降本增效效果。今后應該：

（1）提高認識，將一趟鉆作為低油價下鉆井降本增效的重要途徑加以推廣應用，以期在水平井鉆井降本增效方面取得重大突破。

（2）將參與各方組成一個利益共同體，制訂相應的持續(xù)激勵措施，形成一趟鉆長效激勵機制。

（3）優(yōu)化鉆井方案設計，簡化井身結構，使之適應一趟鉆的要求。

（4）淘汰落后陳舊鉆機，升級改造現有鉆機，提高自動化水平。為實施工廠化作業(yè)，需配備井間快速移動裝置，如步進式裝置、軌道式裝置。

（5）定制適合一趟鉆的高效鉆頭和優(yōu)質鉆井液。

（6）加快推廣應用擁有自主知識產權的旋轉導向鉆井系統(tǒng)，打破地區(qū)界限，形成統(tǒng)一市場。持續(xù)開展旋轉導向鉆井系統(tǒng)的技術攻關，不斷提升技術性能、可靠性和經濟性，形成系列化。

（7）推廣和完善遠程專家決策支持中心，以此作為提升鉆井信息化的一個重要抓手，為一趟鉆提供有力的遠程決策支持。

（8）針對不同地區(qū)，不斷完善一趟鉆技術組合和施工方案，推廣和完善最佳作業(yè)模式。

[1]楊金華,何艷青,郭曉霞.美國油氣鉆井業(yè)發(fā)展的新特點與啟示建議[J].國際石油經濟,2014,37(9):21-28.Yang Jinhua,He Yanqing,Guo Xiaoxia.Newly developed features of the U.S.oil and gas drilling industry,and their implications[J].International Petroleum Economics,2014,37(9): 21-28.

[2]楊金華,邱茂鑫,郝宏娜,等.智能化——油氣工業(yè)發(fā)展大趨勢[J].石油科技論壇,2016,35(6):36-42.Yang Jinhua,Qiu Maoxin,Hao Hongna,et al.Intelligence—Oil and gas industrial development trend[J].Oil Forum,2016,35(6):36-42.

[3]Tim Beims.Purple Hayes No.1H Ushers in step changes in lateral length,well cost[J].The American Oil & Gas Reporter,July,2016.

[4]Denise Livingston,et al.Baker Hughes,Horizontal drilling optimization,high build rates lead to ‘mile-a-day’ record wells in Marcellus Shale[J].Drilling Contractor,May/June,2016.

Application of New Technology – Single Bit-run Drilling

Yang Jinhua,Guo Xiaoxia
(CNPC Economics & Technology Research Institute,Beijing 100724,China)

As an important methods for cost-effective drilling service under the condition of low oil prices,single bit-run drilling calls for not only integrated application of the latest high-ef f ciency drilling process technology and highly-automated drilling equipment,high-efficiency bit and high-quality drilling fluid but also MWD geological pilot technology and remote expert decision-making support center.The cost-effective results of single bit-run drilling are obvious for multi-segment horizontal well.Single bit-run drilling technology is used to drill a number of horizontal wells in US shale gas development.The longest segment of horizontal well is 5652.2 meters,setting a record high in the world.This article introduces the successful single bit-run drilling cases in the United States and comes up with suggestions on China’s application and development in this area.

drilling,single bit-run drilling,horizontal well,cost-effective,shale gas development

10.3969/j.issn.1002-302x.2017.02.007

TE243

：A

2016-12-06）

中國石油天然氣集團公司科技戰(zhàn)略與規(guī)劃計劃滾動研究項目“世界石油工業(yè)關鍵技術持續(xù)跟蹤預測研究”（編號：2016D-5002-02）。

楊金華，1963年生，1984年畢業(yè)于西南石油大學，高級工程師，長期從事鉆井技術調研與發(fā)展戰(zhàn)略研究。E-mail：yangjh@cnpc.com.cn