頁巖氣“井工廠”鉆井關鍵技術

孫鵬

摘要：在頁巖氣開發中，為了更好的提升工作效率，研發了出了很多新型鉆井技術，其中井工廠鉆井技術就是其中一。在頁巖氣開發中，通過井工廠鉆井技術應用，可以更好的節約成本。本文主要對“井工廠”開發的關鍵技術和我國“井工廠”鉆井技術發展建議進行了闡述，以供參考。

關鍵詞： 頁巖氣; 井工廠; 鉆井技術

近年來，國內外對頁巖氣勘探開發力度逐步加大。北美頁巖氣“井工廠”開發模式表明，“井工廠”技術能夠有效提高作業效率，縮短投產周期，降低開發成本。“井工廠”鉆井技術作為“井工廠”技術的重要組成部分，在頁巖氣高效開發過程中發揮著重要作用。“井工廠”鉆井是以叢式水平井組的安全、快速、高效鉆井為目標，采用一系列先進的鉆完井技術和裝備，利用可重復的井眼設計和對井下風險情況的有效控制，實現高效低成本鉆井的一種作業方式。借鑒北美頁巖氣成功鉆井經驗，結合國內頁巖氣藏儲層特征和鉆井現狀，開展了國內頁巖氣“井工廠”鉆井關鍵技術研究，以促進我國頁巖氣商業化開發。

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，能在任意井位間移動，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，也降低了作業成本;

（ 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”開發的關鍵技術

2.1 井場部署

區塊“工廠化”模式布井的原則是用盡可能少的井場布合理數量的井，以優化征地費用及鉆井費用。單個井場占地面積由井組數決定，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及配套設施的布局。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。需要考慮的因素有以下幾點：①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;③考慮鉆井能力和井眼軌跡控制能力;④最大程度觸及地下頁巖氣藏目標;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，然后移動鉆機對其他井一開、固井，二開、固井，依次類推，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安裝鉆具組合時間，重復利用鉆井液，大大減少了鉆井液開支。

“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。

2.3可移動鉆機

為了適應頁巖氣“井工廠”開發需要，國外公司開發出了全液壓可移動鉆機。可移動鉆機系統以液缸作為提升系統，并由全套液壓動力系統取代以往的絞車、井架等設備，具有結構簡單、噪音小、污染少、自動化程度高等優點，可大幅提高作業效率、降低作業成本。相對于常規鉆機來說，該鉆機具有以下優勢：①高移動性能。采用底座整體移動技術，通過優化鉆機移動模塊來實現鉆機的自由移動，減少了鉆機的拆卸、搬遷、安裝等時間;②自動化。采用電、液、氣一體化智能控制技術、嵌入自動鉆井的力學計算程序的數字計算機鉆井界面、精確的定位控制和遠程控制等;③減少作業人員。鉆井操作只需要配備4 名人員，鉆臺幾乎所有的操作都由司鉆完成，另外配備地面及其它輔助人員3 名即可進行鉆井生產作業。

2.4鉆井液循環利用和鉆屑處理技術

針對頁巖儲層敏感性強，層理裂縫豐富，安全鉆井液密度窗口窄等問題，國內頁巖儲層鉆井一般采用具有抑制性強、穩定性好、有利于保護儲層等特點的油基鉆井液，但是成本較高，后期環境保護壓力大。而“井工廠”鉆井模式可以多次利用鉆井液，降低成本。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。化學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。

“井工廠”鉆井模式井位集中，利于對含油鉆屑的集中處理。對含油鉆屑的處理是頁巖氣開發的一大難題，目前國內外比較成熟的技術有回注法、焚燒法、鉆屑清洗技術、熱處理法等，但是，回注法必須有合適的地層，而且處理不當會對地層造成污染，焚燒法對環境存在二次污染，鉆屑清洗技術可以降低固相鉆屑的含油量，卻又產生了更難處理的含油廢水;目前使用較多的是熱處理法，但熱解析處理需要較高的系統溫度，故而存在能耗大、現場操作風險高、控制系統龐大等缺點。

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：中石化中原石油工程公司鉆井二公司）