頁巖氣“井工廠”鉆井關(guān)鍵技術(shù)

陳長衛(wèi)

摘要：“井工廠”技術(shù)可以縮短建井周期，降低鉆井成本，大幅度提高資源及設(shè)備利用率，在頁巖氣等低滲透、低頻位非常規(guī)油氣資源開發(fā)中具有顯著的技術(shù)優(yōu)勢，并在北美頁巖氣開發(fā)中獲得成功應(yīng)用。本文主要對“井工廠”鉆井關(guān)鍵技術(shù)和發(fā)展建議進(jìn)行了闡述，以供參考。

關(guān)鍵詞：頁巖氣；井工廠；技術(shù)

頁巖氣的開采比常規(guī)天然氣的壽命和生產(chǎn)周期更長， 因此成為了目前世界各國的主要勘探開發(fā)對象。但是， 頁巖氣也存在一些不利于開發(fā)的特點(diǎn)， 例如儲層低孔、低滲等。為了提

高頁巖氣開發(fā)效率， 新型“井工廠”鉆井技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。該技術(shù)采用了“ 群式布井、集中施工、流水作業(yè)”的作業(yè)模式， 可以有效實(shí)現(xiàn)資源整合、遠(yuǎn)程控制及統(tǒng)一管理。

1、“井工廠”鉆機(jī)技術(shù)特點(diǎn)

相對于常規(guī)鉆機(jī)，“井工廠”鉆機(jī)主要特點(diǎn)為：（ 1） 鉆機(jī)具有多向、高效移動性能，能在固定井位間任意移動，縮短了拆卸、搬遷和安裝等時(shí)間；（ 2） 鉆機(jī)配備管柱自動化處理裝備，自動化程度高，作業(yè)效率高，減小了工人作業(yè)量，降低了作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，節(jié)約了作業(yè)成本；（ 3） 鉆機(jī)具有結(jié)構(gòu)模塊性強(qiáng)、占地面積小的特點(diǎn)，滿足山區(qū)或道路條件差的區(qū)域叢式井作業(yè)要求；

（ 4） 鉆機(jī)噪聲小、污染輕，對環(huán)境具有積極保護(hù)作用。

2、“井工廠”鉆井關(guān)鍵技術(shù)

2.1井場部署

井場占地量由井組數(shù)決定，一個井場中設(shè)計(jì)的井組數(shù)越多，井場面積越大， 需要綜合考慮鉆井和壓裂施工車輛和配套設(shè)施布局。地面工程的設(shè)計(jì)需要考慮工程和環(huán)境的影響， 為井工廠開發(fā)提供保障， 同時(shí)使占地面積最小化。主要考慮因素： ⑴ 滿足區(qū)塊開發(fā)方案和頁巖氣集輸建設(shè)要求； （2） 充分利用自然環(huán)境、地理地形條件， 盡量減少鉆前工程的難度； ⑶ 考慮鉆井能力和井眼軌跡控制能力； ⑷最大程度觸及地下頁巖氣藏空間面積；（5） 考慮當(dāng)?shù)氐匦蔚孛玻?生態(tài)環(huán)境， 以及水文地質(zhì)條件，滿足有關(guān)安全環(huán)保的規(guī)定。

2.2水平井鉆井技術(shù)

通常頁巖氣采用直井進(jìn)行開采收效甚微， 改用水平井會得到更好的開采效果： 水平井減少了地面設(shè)施， 避免了一些地面不利條件的影響， 更加有利于與頁巖儲層裂縫接觸，產(chǎn)量可達(dá)直井的3一50倍。 ①井眼軌跡控制技術(shù)。井眼軌跡的設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)注意防止井間碰撞， 設(shè)計(jì)前要先進(jìn)行合理的理論設(shè)計(jì)與數(shù)值模擬， 然后再進(jìn)行實(shí)地操作， 同時(shí)還要隨時(shí)觀察和調(diào)整設(shè)計(jì)方案， 以保證井眼軌跡的合理性。② 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)。采用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)造斜、穩(wěn)斜、著陸、水平段多井段一趟鉆完成， 從而簡化了鉆井步驟、減少了數(shù)據(jù)誤差、增加了鉆井效率。一般在鉆造斜段時(shí)采用滑動鉆井、在鉆水平段時(shí)采用旋轉(zhuǎn)鉆井。③裸眼完井方式。采用傳統(tǒng)的套管井容易造成天然裂縫的破壞， 特別是固井出現(xiàn)漏失可能造成鉆井開發(fā)顆粒無收；后來人們研發(fā)出了一種新型裸眼完井方式， 該技術(shù)能夠更加有效地發(fā)揮出頁巖天然裂縫和節(jié)理的作用， 從而提高單井產(chǎn)量及采收率。

2.3批量化作業(yè)

“井工廠”采用可移動鉆機(jī)實(shí)現(xiàn)快速批量化鉆井，對于800 m 的表層段，鉆完只需要60 h。同平臺的多口井依次一開、固井，然后移動鉆機(jī)對其它井一開、固井，二開、固井，依次往復(fù)循環(huán)，鉆井、固井、測井工序間無停待，充分利用設(shè)備和非鉆井作業(yè)時(shí)間，提高鉆井效率。在鉆進(jìn)時(shí)不需要改變泥漿體系和鉆具組合，節(jié)省了鉆井液配制時(shí)間和組裝鉆具組合時(shí)間，重復(fù)利用鉆井液，大大減少了鉆井液成本。

“井工廠”鉆井模式是標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)模式，每口井所鉆遇地層性質(zhì)特征、井眼軌道、施工參數(shù)、鉆井液性能等相似或相同?；趯W(xué)習(xí)曲線法則，通過批量化作業(yè)對鉆井過程進(jìn)行重復(fù)風(fēng)險(xiǎn)控制，既有利于增加鉆井施工的熟練程度，也便于利用鄰井資料對待鉆井進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，控制鉆井風(fēng)險(xiǎn)。

2.4可移動鉆機(jī)

“井工廠”開發(fā)模式已經(jīng)成為頁巖氣開發(fā)的主流，為了適應(yīng)井口位置的變化，鉆機(jī)的移動應(yīng)使用高效井間移運(yùn)裝置，以實(shí)現(xiàn)單列井或固定井井間的鉆機(jī)主體滿立根快速移運(yùn)。我國以改造普通鉆機(jī)使其具備快速移運(yùn)能力為主要方式。軌道滑移式快速移動裝置的原理是在一般鉆機(jī)底座下墊有左右兩組滑軌，通過液壓系統(tǒng)推動鉆機(jī)在軌道上滑移來實(shí)現(xiàn)鉆機(jī)整體快速移運(yùn)。鉆機(jī)步履式移運(yùn)裝置由移運(yùn)裝置主體和控制橇總成兩大部分組成?？蓪@機(jī)主體滿立根整體抬起、平移、下放等，四足裝置可實(shí)現(xiàn)鉆機(jī)井間高效移動。

2.5鉆井液循環(huán)利用和鉆屑處理技術(shù)

頁巖氣鉆井需要使用大量的鉆井液， 同時(shí)涉及到水資源的利用和廢棄鉆井液的處理。特別是在三開鉆進(jìn)時(shí)， 為了防止頁巖井壁發(fā)生坍塌而一般采用油基鉆井液， 鉆井成本較高。井工廠開發(fā)將鉆井液循環(huán)利用。

通過物理、化學(xué)方法清除鉆井液中的巖屑等固相物。物理方法是用高速離心機(jī)將油基鉆井液中的固相清除，使其密度下降，然后轉(zhuǎn)井使用。化學(xué)方法是通過實(shí)驗(yàn)確定主乳化劑、輔乳化劑、親油膠體（瀝青、有機(jī)土和有機(jī)皂）、氯化鈣、儲備堿等的加量來處理鉆井液。

3、我國“井工廠”鉆井技術(shù)發(fā)展建議

3.1樹立全過程成本控制理念，組建協(xié)同工作專家組，確保各環(huán)節(jié)高效安全運(yùn)作。頁巖氣藏作為“三低”的非常規(guī)資源，新技術(shù)投入大，作業(yè)成本和投資風(fēng)險(xiǎn)普遍較高。因此，必須樹立成本控制理念，從勘探評價(jià)、開發(fā)方案制定、地面工程建設(shè)到后期調(diào)整等方面精打細(xì)算，確保各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)適用。同時(shí)，實(shí)現(xiàn)各環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)資源共享和資源循環(huán)利用，通過協(xié)同工作專家組對施工參數(shù)進(jìn)行評價(jià)，制定科學(xué)的調(diào)整方案，保證“井工廠”模式科學(xué)高效運(yùn)行。

3.2借鑒吸收我國海洋平臺鉆井技術(shù)和蘇里格致密氣藏成功開發(fā)經(jīng)驗(yàn)。國外“井工廠”技術(shù)已取得長足的發(fā)展，我國在學(xué)習(xí)借鑒國外“井工廠”先進(jìn)技術(shù)的同時(shí)，也要不斷總結(jié)分析國內(nèi)的成功經(jīng)驗(yàn)，如海洋平臺叢式井鉆井技術(shù)和蘇里格模式，形成適應(yīng)我國特殊地質(zhì)環(huán)境的頁巖氣“井工廠”開發(fā)模式。

3.3開展個性化工具及配套技術(shù)的研發(fā)?！熬S”技術(shù)成功應(yīng)用的關(guān)鍵是先進(jìn)技術(shù)設(shè)備的推廣，只有配備針對性強(qiáng)的工具及完整的技術(shù)鏈，才能滿足頁巖氣藏“井工廠”技術(shù)的需求。

參考文獻(xiàn)：

[1]蔣恕.頁巖氣開發(fā)地質(zhì)理論創(chuàng)新與鉆完井技術(shù)進(jìn)步[J].石油鉆探技術(shù)，2011，39（3）：17-23.

[2]路保平.中國石化頁巖氣工程技術(shù)進(jìn)步及展望[J].石油鉆探技術(shù)，2013，41（5）：1-8.

[3]張金成，孫連忠，王甲昌，等.“井工廠”技術(shù)在我國非常規(guī)油氣開發(fā)中的應(yīng)用[J].石油鉆探技術(shù)，2014，42（1）：20-25.

[4]李文飛，朱寬亮，管志川，等.大型叢式井組平臺位置優(yōu)化方法[J].石油學(xué)報(bào)，2011，32（1）：162-166.

（作者單位：中石化西南石油工程有限公司重慶鉆井分公司）