頁巖氣“井工廠”鉆井關鍵技術

陳長衛

摘要：“井工廠”技術可以縮短建井周期，降低鉆井成本，大幅度提高資源及設備利用率，在頁巖氣等低滲透、低頻位非常規油氣資源開發中具有顯著的技術優勢，并在北美頁巖氣開發中獲得成功應用。本文主要對“井工廠”鉆井關鍵技術和發展建議進行了闡述，以供參考。

關鍵詞：頁巖氣；井工廠；技術

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

高頁巖氣開發效率， 新型“井工廠”鉆井技術應運而生。該技術采用了“ 群式布井、集中施工、流水作業”的作業模式， 可以有效實現資源整合、遠程控制及統一管理。

1、“井工廠”鉆機技術特點

相對于常規鉆機，“井工廠”鉆機主要特點為：（ 1） 鉆機具有多向、高效移動性能，能在固定井位間任意移動，縮短了拆卸、搬遷和安裝等時間；（ 2） 鉆機配備管柱自動化處理裝備，自動化程度高，作業效率高，減小了工人作業量，降低了作業風險，節約了作業成本；（ 3） 鉆機具有結構模塊性強、占地面積小的特點，滿足山區或道路條件差的區域叢式井作業要求；

（ 4） 鉆機噪聲小、污染輕，對環境具有積極保護作用。

2、“井工廠”鉆井關鍵技術

2.1井場部署

井場占地量由井組數決定，一個井場中設計的井組數越多，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施布局。地面工程的設計需要考慮工程和環境的影響， 為井工廠開發提供保障， 同時使占地面積最小化。主要考慮因素： ⑴ 滿足區塊開發方案和頁巖氣集輸建設要求； （2） 充分利用自然環境、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） 考慮當地地形地貌， 生態環境， 以及水文地質條件，滿足有關安全環保的規定。

2.2水平井鉆井技術

通常頁巖氣采用直井進行開采收效甚微， 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，產量可達直井的3一50倍。 ①井眼軌跡控制技術。井眼軌跡的設計應當注意防止井間碰撞， 設計前要先進行合理的理論設計與數值模擬， 然后再進行實地操作， 同時還要隨時觀察和調整設計方案， 以保證井眼軌跡的合理性。② 旋轉導向鉆井技術。采用旋轉導向鉆井系統可實現造斜、穩斜、著陸、水平段多井段一趟鉆完成， 從而簡化了鉆井步驟、減少了數據誤差、增加了鉆井效率。一般在鉆造斜段時采用滑動鉆井、在鉆水平段時采用旋轉鉆井。③裸眼完井方式。采用傳統的套管井容易造成天然裂縫的破壞， 特別是固井出現漏失可能造成鉆井開發顆粒無收；后來人們研發出了一種新型裸眼完井方式， 該技術能夠更加有效地發揮出頁巖天然裂縫和節理的作用， 從而提高單井產量及采收率。

2.3批量化作業

“井工廠”采用可移動鉆機實現快速批量化鉆井，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，然后移動鉆機對其它井一開、固井，二開、固井，依次往復循環，鉆井、固井、測井工序間無停待，充分利用設備和非鉆井作業時間，提高鉆井效率。在鉆進時不需要改變泥漿體系和鉆具組合，節省了鉆井液配制時間和組裝鉆具組合時間，重復利用鉆井液，大大減少了鉆井液成本。

“井工廠”鉆井模式是標準化作業模式，每口井所鉆遇地層性質特征、井眼軌道、施工參數、鉆井液性能等相似或相同。基于學習曲線法則，通過批量化作業對鉆井過程進行重復風險控制，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行優化設計，控制鉆井風險。

2.4可移動鉆機

“井工廠”開發模式已經成為頁巖氣開發的主流，為了適應井口位置的變化，鉆機的移動應使用高效井間移運裝置，以實現單列井或固定井井間的鉆機主體滿立根快速移運。我國以改造普通鉆機使其具備快速移運能力為主要方式。軌道滑移式快速移動裝置的原理是在一般鉆機底座下墊有左右兩組滑軌，通過液壓系統推動鉆機在軌道上滑移來實現鉆機整體快速移運。鉆機步履式移運裝置由移運裝置主體和控制橇總成兩大部分組成。可將鉆機主體滿立根整體抬起、平移、下放等，四足裝置可實現鉆機井間高效移動。

2.5鉆井液循環利用和鉆屑處理技術

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

通過物理、化學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將油基鉆井液中的固相清除，使其密度下降，然后轉井使用?；瘜W方法是通過實驗確定主乳化劑、輔乳化劑、親油膠體（瀝青、有機土和有機皂）、氯化鈣、儲備堿等的加量來處理鉆井液。

3、我國“井工廠”鉆井技術發展建議

3.1樹立全過程成本控制理念，組建協同工作專家組，確保各環節高效安全運作。頁巖氣藏作為“三低”的非常規資源，新技術投入大，作業成本和投資風險普遍較高。因此，必須樹立成本控制理念，從勘探評價、開發方案制定、地面工程建設到后期調整等方面精打細算，確保各項技術經濟適用。同時，實現各環節數據資源共享和資源循環利用，通過協同工作專家組對施工參數進行評價，制定科學的調整方案，保證“井工廠”模式科學高效運行。

3.2借鑒吸收我國海洋平臺鉆井技術和蘇里格致密氣藏成功開發經驗。國外“井工廠”技術已取得長足的發展，我國在學習借鑒國外“井工廠”先進技術的同時，也要不斷總結分析國內的成功經驗，如海洋平臺叢式井鉆井技術和蘇里格模式，形成適應我國特殊地質環境的頁巖氣“井工廠”開發模式。

3.3開展個性化工具及配套技術的研發。“井工廠”技術成功應用的關鍵是先進技術設備的推廣，只有配備針對性強的工具及完整的技術鏈，才能滿足頁巖氣藏“井工廠”技術的需求。

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（作者單位：中石化西南石油工程有限公司重慶鉆井分公司）