江汉油田 湖北潜江 433124
摘要：页岩气作为一种清洁、非常规的能源，已经受到了全世界的关注，对于我国的发展来说，如果能够有效的开采和利用这种资源，将对社会的发展起到很大的推动作用。涪陵页岩气田是我国首个形成商业开发价值、示范性的气田，2016年产能已经突破50亿方，“十三五”末将建成产能100亿方。“井工厂”钻井和压裂技术在涪陵页岩气田中得到了很好的应用，是提高生产时效、加快施工速度、缩短施工周期、减少井场占地、降低施工成本的主要举措，成为涪陵页岩气田生产提速、降本增效、环保的有力法宝。
关键词：“井工厂”；钻井；压裂；页岩气；应用；分析
一、“井工厂”钻井和压裂技术
“井工厂”技术起源于北美，随着北美页岩气大规模开发，产生了工厂流水线式，规模化、系统化、连续作业的钻井和压裂方式。“井工厂”钻井技术是对同一平台的水平井丛进行各开次有序钻井，减少钻机的拆、搬、安次数，减少钻具接、甩次数，缩短各开次中完作业时间，同一体系钻井液能重复使用；“井工厂”压裂技术是对同一平台的水平井丛进行集中压裂，减少设备搬、拆装，提高施工效率，降低成本，返排液集中处理与回收利用。
二、“井工厂”钻井和压裂配套技术
（一）“井工厂”钻井配套技术
1.井场规划：
（1）钻机类型：LDB系列钻机的动力设备与泥浆泵、绞车硬连接，绞车坐在动力设备底座上；L系列钻机，动力设备与钻台、泥浆泵、均为硬联接；D、DB系列钻机，井架与动力调备无硬联接，井架可单独移动。井架及全部配套设备一起移动，才能实现快速移动。对井场面积、设备移动装置提出更高要求。50D、50DB、70D、70DB钻机是适合涪陵页岩气田的 “井工厂”钻机。
（2）井场布局：移动部分指井架及底座，包括钻台上的钻具、井口工具、钻台偏房、顶驱装置及控制房、防喷器组、Z字型电缆槽等；不移动部分包括节流压井管汇、液气分离器、泥浆泵、循环罐（含固控设备）、泥浆储备罐、配电房、网电房、井场住房、材料房等；拆装部分是指与钻台联接的油、气、水、电、泥浆、通讯、井控、走道、逃生装置等线路或装置。
（3）井间距：2013年，涪陵6个平台19口井，同一平台直井段闭合距≤10m的有12口；2014年，涪陵6个平台19口井，同一平台直井段闭合距≤10m的有17口；2015年，涪陵6个平台19口井，同一平台直井段闭合距≤10m的有14口；2016年，涪陵6个平台19口井，同一平台直井段闭合距≤10m的有11口。
综上所述，井间距≤10米是可行的。
（4）井场面积：轮轨式钻机井场面积=长度×（宽度+井间距×（井数-1）），其中：焦页30平台井场面积=115×（60+10×（4-1））=10350 m2，△S=3450m2 ；滑轨式钻机井场面积=宽度×（长度×+井间距×（井数-1）），其中：焦页39平台井场面积=60×（115+10×3））=8700 m2，△S=1800m2；步进式钻机△S=（钻台宽度+井间距）×（钻台长度+井间距-钻机底座基础宽度）-钻机底座积=（19+10）×（11.3+10-2）-19×11.3=345 m2。
综上所述，井场面积取决于钻机移动方式、井间距和井数增加井场面积，轮轨式＞滑轨式＞步进式。
（5）设备基础强度：井工厂钻机移动时，除了钻机自重外，还有钻具、井口工具、顶驱的重量。钻机在最大负荷下移动，要求钻机基础承压能力满足要求，避免因基础下沉造成钻机倾倒。50D钻机重量1690KN，70D钻机重量1790KN，顶驱装置50DQ、70DQ重量分别为150KN、250KN，根据钻具重量校核。“井工厂”钻机基础强度要求见下表所示：
2.设备配套：主要包括滑轨、移动装置、井架底座滑轨吊车、井口装置、高架槽、电缆、地面高压管线、防喷管线、井控管汇等。
3.钻井设计：
（1）井身结构设计：导眼+一开+二开+三开
（2）水平段布局：米字型、U字型、鱼钩型
（3）井眼剖面设计：二维井剖面类型采用单圆弧剖面（直-增-水平），造斜率0.06-0.1°/m；三维井剖面采用五段制剖面（直-增-稳-增-水平），造斜率0.01-0.02°/m。
（4）井眼轨道控制：
钻具组合：稳斜段：PDC钻头+单弯螺杆+短钻铤+欠尺寸扶正器+浮阀+无磁钻挺×1+LWD组件+加重钻杆。水平段：PDC钻头+小度数单弯螺杆+欠尺寸扶正器+倒装钻具。
控制方法：直井段防斜打直；稳斜段采用PDC+螺杆复合钻进微增斜，没有或只有极少的定向进尺，可以极大的提高机械钻速，关做好防托压工作；着陆段重点在于实钻轨迹与设计轨迹的符合率，原则：略高勿低、先高后低、寸高必争、早扭方位、微增探顶、动态监控、矢量进靶。水平段钻具稳平、上下调整、多开转盘、注意短起、动态监控、留有余地、少扭方位。
4.钻井方案：
（1）第一轮次：完成各井的导管及一开作业，主要工序有：钻导眼及一开，表层套管固井后，候凝12h，开始拆封井器及相关设施、安装井口。井架平移至下一口井，完成导眼及一开作业，依此类推，完成其余井的导眼及一开作业。
（2）第二轮井：完成各井的二开作业。主要工序有：第一轮井的最后一口井固完表层套管后，不移井架，继续进行本井一开中完作业、二开钻进、二开中完作业，技术套管固井后，候凝12h，拆封井器及相关设施、安装井口，平移至下一口井，完成二开作业，依此类推，完成所有井的中完作业。
（3）第三轮次：完成各井的三开钻进。主要工序有：最后一口井的二开中完作业完成后，不移井架，继续完成本井三开钻进，转化成油基泥浆后，三开钻进，生产套管固井后，拆封井器及相关设施、安装井口，钻机平移至下一口井，完成二开作业，如此类推，完成其余各井的三开作业。
（4）第四轮次：继续进行完井作业。主要工序有：最后一口井生产套管固井后，甩大钻具、接小钻杆、通井、洗井，然后移井架至下一口井，继续进行相同作业，如此类推，完成各井完井作业。与此同时，安排各井测声幅和试压作业。
（二）“井工厂”压裂配套技术
1.体积压裂（SRV）：在水力压裂过程中，使天然裂缝不断扩张和脆性岩石产生剪切滑移，形成天然裂缝与人工裂缝相互交错的裂缝网络，从而增加改造体积，提高初始产量和最终采收率。 配套工艺：多级分簇射孔桥塞分段减阻水压裂工艺。
2.压裂液回收利用技术：页岩气储层通常采用水平井分段压裂技术进行增产，压裂液的配制需要使用大量的淡水资源，平均一口页岩气水平井压裂需要水3 0000—40 000 m3，在水资源贫乏地区，压裂成本非常高。采用压裂返排液回收处理应用，可以大大减少用水量，同时降低环境污染。
3.微地震裂缝监测技术：利用在井中或地面安装的地震检波器来监测压裂裂缝的走向和分布。能实时提供压裂施工产生裂缝的高度、长度和方位角，通过微地震监测结果可以优化压裂设计方案、优化“井工厂”井组的设计，同时对油气藏模型综合分析具有重要意义。
4.工艺流程：
（1）工具下入系统按照压裂设计实施井口的压裂作业辅助施工，做好压裂准备；
（2）连续供水系统把合格的压裂用水从水源地连续输送到连续配液系统；
（3）连续配液系统使用连续供水系统从水源地输送的来水连续配置压裂液；
（4）连续供砂系统把支撑剂连续输送到连续泵注系统的混砂车搅笼中；
（5）连续泵注系统把连续配液系统配置的压裂液和连续供砂系统输送的支撑剂按照压裂设计进行混合，并将混砂液连续泵入地层。“井工厂”压裂工艺地面流程示意图见下图所示：
三、“井工厂”钻井和压裂技术应用情况
（一）“井工厂”钻井技术应用情况
自2013年涪陵页岩气田会战以来，已经成功在焦页5、6、15、17、22、24、28、30、31、34、36、39、44、45、46、50、51、52、57、62、63、64、65、66、67、69、70等平台使用“井工厂”钻井，提速降耗效很明显，目前已经在涪陵页岩气田中得到大规模应用。
其中：焦页30平台4口井，进尺16987m，钻井工期202天，比设计的常规钻井模式，缩短钻井工期99天；焦页28平台4口井，进尺18055m，钻井工期232天，比设计的常规钻井模式，缩短钻井工期88天。
（二）“井工厂”压裂技术应用情况
自2013年涪陵页岩气田会战以来，已经成功在焦页9、15、16、17、22、25、27、28、30、36、38、42、44、45、51、52、54、56、59、63、64、65、106、108等平台使用“井工厂”压裂，提速降耗效很明显，目前已经在涪陵页岩气田中得到大规模应用。
其中：焦页42平台4口井，共75段，压裂工期17天，比单井压裂模式，缩短压裂工期21天，压裂工期缩短率达55.3%；焦页27平台4口井，共70段，压裂工期20天，比单井压裂模式，缩短压裂工期15天，压裂工期缩短率达42.9%。
四、“井工厂”钻井和压裂技术认识与结论
（一）“井工厂”钻井和压裂技术能提高钻机和压裂设备的使用率，有利于加快页岩气勘探开发进程。
（二）“井工厂”钻井和压裂技术是实现页岩气高效开发模式的核心技术之一，通过应用证明工厂化钻井和压裂施工效率明显提高。
（三）“井工厂”钻井和压裂技术施工效率明显提高，单井产量要比单独进行钻井和压裂的前期产量要高。
（四）“井工厂”钻井和压裂进行流水式作业，采用批量化的作业模式，使资源(设备)利用最大化，降低钻井和压裂施工成本。
（五）采用“井工厂”钻井和压裂技术进行流水式作业，可以减少井场占地，尽可能的增加井场的可用空间。
（六）“井工厂”钻井和压裂技术是一种新型的能源绿色开采综合技术，钻井和压裂施工液体的回收利用，大大减少用水量，节约水资源，同时避免了环境污染。
（七）“井工厂”钻井和压裂模式是今后非常规油气储层压裂改造的发展趋势，涪陵页岩气田“井工厂”钻井和压裂技术的成功应用，为我国页岩气开发战略的顺利实施提供了有力的技术支撑。
参考文献：
[1] 姚健欢，姚猛，赵超，刘娟，彭攀，左文永.新型“井工厂”技术开发页岩气优势探讨[J].天然气与石油，2014（05）.
[2]张成金，孙连忠，王甲昌，臧艳斌.“井工厂”技术在我国非常规油气开发中的应用[J].石油钻探技术，2014（01）.
[3]唐颖，张金川，张琴，龙鹏宇.页岩气井水力压裂技术及其应用分析[J].天然气工业，2010（10）.
论文作者:梁洪才
论文发表刊物:《基层建设》2017年第8期
论文发表时间:2017/7/13
标签：压裂论文; 钻机论文; 页岩论文; 作业论文; 井场论文; 涪陵论文; 工厂论文; 《基层建设》2017年第8期论文;