蘇里格南合作區(qū)工廠化鉆完井作業(yè)實踐

劉社明 張明祿 陳志勇 梁常寶 范文敏

1．中國石油長慶油田公司蘇里格南作業(yè)分公司 2．中國石油長慶油田公司

1 合作區(qū)概況

蘇里格南合作區(qū)是中國石油天然氣集團公司（以下簡稱中石油）與法國道達爾勘探與生產(chǎn)（中國）有限責任公司（以下簡稱道達爾）的天然氣合作開發(fā)區(qū)塊，位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡西北部、蘇里格氣田南部，總面積約2 392．4km2，由中國石油長慶油田公司蘇里格南作業(yè)分公司擔任作業(yè)者。

該合作區(qū)主力氣藏主要位于二疊系下石盒子組盒8段及山西組山1段。盒8段為辮狀河沉積，山1段為曲流河沉積。氣藏埋深介于3 450～3 730m，地層溫度約110℃、壓力約33．5MPa、壓力系數(shù)介于0．87～0．95，盒8段氣層平均有效厚度約7．5m、孔隙度約8．3%、滲透率約0．632mD，山1段氣層平均有效厚度約6．2m、孔隙度約7．4%、滲透率約0．415mD，天然氣組分中甲烷含量為88%～95%，屬于典型無邊底水定容彈性驅(qū)動、低孔低滲低壓巖性圈閉致密干氣氣藏。

針對該合作區(qū)儲層非均質(zhì)性強、有效砂體規(guī)模小、儲量豐度低、單井產(chǎn)量低等一系列問題［1］，為提高開發(fā)效率、降低開發(fā)成本，采取了“大井叢叢式井組布井；多井低產(chǎn)、井間接替、分區(qū)開發(fā)；低壓生產(chǎn)”的氣田開發(fā)模式，堅持多學科聯(lián)合攻關，深化地質(zhì)研究，優(yōu)化開發(fā)方案，優(yōu)選井位部署。

通過高密度三維地震泊松比屬性進行砂體預測，集成三維地震、測井及生產(chǎn)動態(tài)資料進行井叢優(yōu)選，共設計叢式井組165座，部署開發(fā)井2 093口，規(guī)模應用3×3km的9井叢叢式井組＋水平井混合井網(wǎng)進行開發(fā)。井型選擇以大位移定向井為主，水平井為輔，每座井場分布中心直井1口，1km水平位移定向井4口，1．4km水平位移定向井4口，并根據(jù)完鉆結果評價是否部署加密井及水平井。完井模式選擇88．9mm套管完井。壓裂模式采用88．9mm套管帶TAP閥的投球分級壓裂。

綜合比較鉆前工程、鉆井、完井等作業(yè)的時間及費用，通過充分吸收蘇里格氣田其他區(qū)塊成功開發(fā)經(jīng)驗［2－7］，結合道達爾成熟適用技術和精細化管理理念，工廠化鉆完井作業(yè)成為蘇里格南合作區(qū)鉆完井的首選作業(yè)模式，并取得了良好的效果。截至2012年底，該合作區(qū)天然氣總產(chǎn)能已達13．8×108m3／a。

2 工廠化作業(yè)的概念與特征

2．1 工廠化作業(yè)的基本概念及特征

工廠化作業(yè)興起于20世紀初美國汽車公司通過移植大機器創(chuàng)立的流水線作業(yè)方式，其通俗定義是施工或生產(chǎn)應用系統(tǒng)工程的思想和方法，集中配置人力、物力、投資、組織等要素，采用類似工廠的生產(chǎn)方法或方式，通過先進的技術、設備和科學的管理手段，優(yōu)質(zhì)高效地組織施工和生產(chǎn)作業(yè)［8］。

工廠化作業(yè)的基本特征主要包括施工作業(yè)的流程化、規(guī)模化、標準化。流程化（流水線化）是工廠化作業(yè)的顯著特點。規(guī)模化（批量化）是工廠化作業(yè)的基本前提。標準化是工廠化作業(yè)的更高層次。

2．2 工廠化鉆完井作業(yè)的發(fā)展及應用

工廠化作業(yè)移植到油氣資源開采領域始于21世紀初，主要用于鉆井、壓裂等大型施工方面。工廠化鉆完井作業(yè)模式相對于傳統(tǒng)的分散式鉆井、完井模式，既提高了作業(yè)效率、降低了作業(yè)成本，也更加便于施工和管理，特別適用于致密油氣、頁巖油氣等低滲透、低品位的非常規(guī)油氣資源的開發(fā)作業(yè)。工廠化鉆完井作業(yè)模式是井臺批量鉆井、多井同步壓裂等新型鉆完井作業(yè)模式的統(tǒng)稱，是貫穿于鉆完井過程中不斷進行總體和局部優(yōu)化的理念集成，目前仍處于不斷地發(fā)展和改進當中（圖1、2）［8－9］。在北美非常規(guī)油氣革命的進程中，“工廠化鉆完井作業(yè)模式”作為核心，在提高生產(chǎn)效率、降低開發(fā)成本方面發(fā)揮了巨大的作用［10］。

3 工廠化鉆完井作業(yè)實踐

2012年，中國石油長慶油田公司蘇里格南作業(yè)分公司在蘇里格南合作區(qū)內(nèi)大力推進工廠化鉆完井作業(yè)試驗，形成了新的作業(yè)模式，體現(xiàn)了高水平、高效益開發(fā)的決心。

該合作區(qū)工廠化鉆完井作業(yè)基于了以下理念：井位優(yōu)選是實現(xiàn)工廠化作業(yè)的保障，大井叢叢式井組開發(fā)是實現(xiàn)規(guī)模化（批量化）開發(fā)的基礎，井叢標準化開發(fā)建設是實現(xiàn)流程化（流水線化）作業(yè)的保證，施工設計工序標準化是確保工廠化實現(xiàn)的關鍵（圖3）。主要包括以下施工措施：①鉆前建設改進；②井場布局優(yōu)化；③上部地層小鉆機批量作業(yè)；④下部地層雙鉆機聯(lián)合作業(yè)；⑤井叢批量化壓裂、試氣作業(yè)。

圖3 蘇里格南合作區(qū)工廠化作業(yè)理念與方案圖

3．1 蘇里格南工廠化鉆完井作業(yè)主要措施

3．1．1 改進鉆前建設

根據(jù)工廠化流水線施工方案對鉆前建設進行了改進。電動鉆機對電纜和泥漿循環(huán)罐方面進行了改進，機械鉆機對機房、泵房進行了改進，全部加裝滑軌，實現(xiàn)了整體平移（圖4）。井架底座、機房底座、泵房底座共有36個滑塊與軌道連接，滑塊內(nèi)部有潤滑油道，采用滑塊連接減少接觸面積，大大減少摩擦阻力，前移170t，后移120t就能實現(xiàn)前后移動。軌道采用銷子連接，拆裝方便，前后移動距離也不受限制。移動系統(tǒng)采用地面棘爪式軌道液缸推動方式移動，液缸與底座及棘爪座間連接方式為銷軸耳板連接。當鉆機需要移動時，以棘式液缸為動力推動鉆機使其移動，鉆機每移動一節(jié)軌道后將后面的軌道移到前方，依次循環(huán)向前移動。通過應用鉆機滑軌系統(tǒng)，大大降低了作業(yè)風險和勞動強度，實現(xiàn)快速平移，15m井口距離2h內(nèi)可平移到位，比拆卸搬移縮短了2d時間。

圖4 鉆機滑軌照片

3．1．2 優(yōu)化井場布局

根據(jù)9井叢雙鉆機聯(lián)合作業(yè)的施工計劃對井場布局進行了優(yōu)化設計。目前蘇里格南合作區(qū)采用255m×75m的井場標準，1～4號井口間距為15m，4～5號井口間距為30m，6～9號各井口間距為15m（圖5）。井場布局優(yōu)化后適合任何型號的2臺50型鉆機同時作業(yè)。

3．1．3 上部地層小鉆機批量作業(yè)

上部800m的表層由30型小鉆機單獨完成，給后續(xù)大鉆機節(jié)省了大量的一開準備時間。小鉆機具有移動靈活，鉆井周期快，費用低廉的特點，并且整個井叢表層鉆進只需使用一個鉆井液池，節(jié)省了成本。整個井叢9口井的表層施工作業(yè)在一個月左右就可以完成。

3．1．4 下部地層雙鉆機聯(lián)合作業(yè)

為提高產(chǎn)建速度，加快井叢移交，下部地層采用雙雙鉆機聯(lián)合作業(yè)。為確保安全施工，兩部鉆機最短距離保持在75m。雙鉆機聯(lián)合作業(yè)不僅在鉆井施工過程中營造了競爭氛圍，更重要的是在作業(yè)過程中實現(xiàn)了資源共享（如鉆井液的重復利用）。

3．1．5 井叢批量壓裂試氣作業(yè)

批量壓裂試氣就是通過優(yōu)化生產(chǎn)組織模式，連續(xù)不斷地向地層泵注壓裂液和支撐劑，以加快施工速度、縮短投產(chǎn)周期、降低開采成本。通過各工序的無縫銜接縮短周期，通過規(guī)模化的連續(xù)作業(yè)實現(xiàn)效益。單個井場的施工井數(shù)越多，壓裂液量、砂量越大，批量化壓裂試氣的優(yōu)勢就越明顯。這些優(yōu)勢包括：基礎設施共享（蓄水池、供水系統(tǒng)等）、減少設備動用、提高設備利用率、縮短壓裂準備時間、降低物資采購和供應鏈成本、壓裂液回收重復利用等。

圖5 井場布局示意圖

蘇里格南合作區(qū)壓裂試氣作業(yè)以井叢為單元，對每個井叢至少9口井的6大作業(yè)流程——鋼絲通井、安裝井口、射孔、壓裂、排液、測試等實行“流水線化”批量作業(yè)，實現(xiàn)“6個一趟過”（圖6）。在作業(yè)過程中，采用“甘特圖”法進行流程控制，并全過程采用道達爾質(zhì)量健康安全環(huán)保準則（QHSE）及標準化作業(yè)程序（SOP）進行監(jiān)控和管理。

圖6 井叢批量壓裂試氣流程圖

通過優(yōu)化生產(chǎn)組織、科學配置壓裂設備、改進低壓管匯連接、配備大容量儲液罐、應用連續(xù)混配工藝、液體回收技術等“工廠化”作業(yè)綜合手段，對蘇里格南合作區(qū)壓裂改造過程實施了重大變革。

施工前，將叢式井場進行設備擺放及功能區(qū)域劃分，以便各作業(yè)互不干擾（圖7）。每井叢至少準備2口水井，1口多管井，1口深水井。每個井叢深水井與多管井結合，確保供水量大于70m3／h（1 600m3／d）。在靠近施工井叢處設立水站，確保多口井同時壓裂的需要。

該合作區(qū)壓裂采用高純度胍膠壓裂液，液體具有延遲交聯(lián)、延遲破膠等特性；支撐劑為中密高強陶粒支撐劑；每井叢選定1口標定井進行測試壓裂，確定井叢最終壓裂參數(shù)；使用TAP閥連續(xù)分層、在線連續(xù)混配技術；配備大容量集裝箱式儲水罐。壓后快速放噴，并安裝多相流量計在線計量液量。壓裂流程采用流水線作業(yè)，以3口井為一個單元，一個單元壓裂完畢后馬上開始下一個單元的壓裂作業(yè)。

壓裂作業(yè)前，使用101．6mm壓裂管匯連接一次性優(yōu)化連接多口井的排液、測試管線，既有利于TAP閥分層投球施工，又提高壓裂施工效率。壓裂作業(yè)期間，確保壓裂車組、連續(xù)混配裝置（PCM）、100m3儲液罐和101．6mm低壓管匯等設備保持不動，直至完成每個井叢9口井壓裂施工。

在一個叢式井場上進行多口井的批量化壓裂試氣作業(yè)，通過運用拉鏈式作業(yè)模式，同一井場一口井壓裂，一口井進行電纜橋塞射孔聯(lián)作，兩項作業(yè)交替進行并無縫銜接，提高了設備利用率，縮短了作業(yè)時間，實現(xiàn)了壓裂的規(guī)模化、裂縫的網(wǎng)絡化，極大地提高了壓裂試氣的效率，實現(xiàn)了效益的最大化。

3．2 蘇里格南合作區(qū)工廠化鉆完井應用效果

2012年，該合作區(qū)通過大力推進工廠化鉆完井作業(yè)，使鉆井、建井周期大大縮短，壓裂、試氣效果顯著提升，非生產(chǎn)時間大幅減少，提前完成了年度鉆完井任務。

3．2．1 鉆井績效逐步提高

2012年計劃鉆井97口，實際完鉆126口，比原計劃增加了30%。全年完鉆直井10口，最快直井20．74 d完成；完鉆1 000m位移定向井56口、1 400m位移定向井52口，9輪工廠化鉆井作業(yè)后，平均建井周期分別降低10．1d和10．3d，分別降至32．5d和33．7d；完鉆水平井3口，平均建井周期低于65d，相較2011年的108d大幅縮短。同時，還創(chuàng)造了多項鉆井指標：定向井最快鉆井周期12．33d；水平井水平段最快鉆井周期6．9d（水平段871m）；最快鉆井隊全年實現(xiàn)10次開鉆10次完鉆。

圖7 井叢批量壓裂試氣井場布局圖

2012年鉆井、建井周期同比2011年度大幅縮短。2012年蘇里格南合作區(qū)直井平均鉆井周期19．4d；叢式井平均位移1 156m，平均鉆井周期23．32d，其中1 000m定向井平均鉆井周期22．19d；1 400m 定向井平均鉆井周期25．3d。2012年蘇里格南合作區(qū)直井平均建井周期從2011年的平均34．76d下降到2012年的平均28．78d。1 000m定向井平均建井周期從2011年的平均40．75d下降到2012年的32．54 d。1 400m定向井平均建井周期已經(jīng)縮短到33．71d。

2012年單井鉆頭使用量及第二次開鉆井段起下鉆次數(shù)同比2011年大幅縮短（圖8），單鉆頭進尺及機械鉆速同比2011年大幅提升（圖9）。

圖8 2011—2012年鉆頭使用量及起下鉆次數(shù)對比圖

3．2．2 壓裂效果顯著提升

2012年，平均井叢壓裂入地液量5 000～7 000 m3，壓裂施工周期6～8d。井叢壓裂試氣作業(yè)周期從初期的50d降至目前的35d左右。壓后自噴率達到100%（無液氮拌注），投球回收率達到97%。

圖9 2011—2012年單鉆頭進尺及平均機械鉆速對比圖

4 結束語

中國石油長慶油田公司蘇里格南作業(yè)分公司針對蘇里格南合作區(qū)內(nèi)儲層非均質(zhì)性強、有效砂體規(guī)模小、儲量豐度低、單井產(chǎn)量低等一系列問題，通過借鑒中石油蘇里格氣田其他區(qū)塊成功開發(fā)經(jīng)驗，結合道達爾先進適用技術和精細化管理理念，形成了具有蘇南特色的工廠化鉆完井作業(yè)模式，實現(xiàn)了“三低”氣田的規(guī)模效益開發(fā)。總結蘇里格南合作區(qū)工廠化鉆完井作業(yè)實踐，主要經(jīng)驗如下。

1）樹立了工廠化鉆完井作業(yè)的理念和方案。工廠化鉆完井代表的是一種先進的作業(yè)理念，相對于傳統(tǒng)的鉆完井作業(yè)方式，是一條探索性的革新之路。蘇里格南合作區(qū)從2010年編制總體開發(fā)方案期間，就通過大膽創(chuàng)新和反復論證，率先提出采用工廠化作業(yè)的理念。通過采用基于叢式井組的工廠化鉆完井作業(yè)方案，如上部地層鉆井采取小鉆機批量作業(yè)、下部地層鉆井采取雙鉆機聯(lián)合作業(yè)、壓裂試氣采取井叢批量作業(yè)等，以提高施工效率、降低操作成本。

2）集成了先進適用的技術工藝系列。高度集成化的工廠化作業(yè)，必須依靠先進的技術和技術體系作為基礎。通過簡化優(yōu)化，蘇里格南合作區(qū)形成了“高精度三維地震泊松比布井、鉆頭配套優(yōu)選、井眼軌跡優(yōu)化控制、TAP閥連續(xù)分層壓裂、壓裂液在線連續(xù)混配、多相流量計在線計量”等特色技術，有效地支撐了工廠化鉆完井作業(yè)。

3）應用了精細化管理的手段和方法。井場做好部件現(xiàn)場拼裝只是手段、形式，更重要的是現(xiàn)場管理和質(zhì)量精度控制。好的管理出效益、促安全，好的管理才能把先進的技術實施下去。蘇里格南合作區(qū)以信息化為載體，系統(tǒng)化設計，一體化運行，精細分析、精細組織、精細部署、精細施工，“從小、從細、從嚴、從實、從精”狠抓各項施工程序，為工廠化鉆完井作業(yè)奠定了基礎。

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