張金成， 艾 軍， 臧艷彬， 楊海平， 陳小鋒

(1.中國(guó)石化石油工程技術(shù)研究院，北京 100101；2.中石化重慶涪陵頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)有限公司，重慶 408014；3.中石化江漢石油工程有限公司鉆井一公司，湖北潛江 433123)

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涪陵頁(yè)巖氣田“井工廠”技術(shù)

張金成1， 艾 軍2， 臧艷彬1， 楊海平3， 陳小鋒1

(1.中國(guó)石化石油工程技術(shù)研究院，北京 100101；2.中石化重慶涪陵頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)有限公司，重慶 408014；3.中石化江漢石油工程有限公司鉆井一公司，湖北潛江 433123)

涪陵頁(yè)巖氣田是我國(guó)第一個(gè)投入商業(yè)化開(kāi)發(fā)的國(guó)家級(jí)頁(yè)巖氣示范區(qū)，經(jīng)過(guò)3年的技術(shù)攻關(guān)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)及應(yīng)用，形成了一套適合復(fù)雜山地頁(yè)巖氣特點(diǎn)的“井工廠”技術(shù)，極大地縮短了開(kāi)發(fā)周期，降低了工程成本。涪陵頁(yè)巖氣田“井工廠”關(guān)鍵技術(shù)主要包括山地“井工廠”布局優(yōu)化設(shè)計(jì)、頁(yè)巖氣“井工廠”鉆井作業(yè)模式、“井工廠”壓裂作業(yè)模式以及撬裝化建站等4個(gè)方面?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)與推廣應(yīng)用情況表明，采用單鉆機(jī)2～4井和雙鉆機(jī)5～8井“井工廠”鉆井模式，單機(jī)組拉鏈?zhǔn)健熬S”壓裂與雙機(jī)組同步“井工廠”壓裂模式，可以達(dá)到當(dāng)年完成建平臺(tái)、鉆井、壓裂、試氣、投產(chǎn)的開(kāi)發(fā)要求。“井工廠”技術(shù)為涪陵頁(yè)巖氣田50×108m3/a一期產(chǎn)能建設(shè)的順利完成提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐，并成為頁(yè)巖氣田經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)的核心技術(shù)，對(duì)我國(guó)頁(yè)巖氣規(guī)?；_(kāi)發(fā)具有重要的借鑒和引領(lǐng)作用。

頁(yè)巖氣；“井工廠”技術(shù)；鉆井；壓裂；撬裝化；涪陵頁(yè)巖氣田

目前，我國(guó)非常規(guī)油氣資源的勘探開(kāi)發(fā)存在配套設(shè)備儀器利用率低、施工周期長(zhǎng)、工程成本過(guò)高等問(wèn)題，嚴(yán)重制約了非常規(guī)油氣資源的勘探開(kāi)發(fā)進(jìn)程。在北美地區(qū)非常規(guī)油氣尤其是頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)過(guò)程中，納米孔喉系統(tǒng)“連續(xù)型”油氣聚集地質(zhì)理論、水平井體積壓裂“人造滲透率”技術(shù)和多井平臺(tái)式“井工廠”低成本開(kāi)發(fā)模式等3大核心技術(shù)得到了大規(guī)模應(yīng)用，取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益[1-2]。2009年以來(lái)，我國(guó)先后在蘇里格南合作區(qū)和大牛地氣田、勝利東辛油田鹽227區(qū)塊、延川南煤層氣區(qū)塊等進(jìn)行了“井工廠”鉆完井技術(shù)的積極探索和應(yīng)用[3-6]，并取得了很多認(rèn)識(shí)和收獲，但與國(guó)外相比，我國(guó)“井工廠”鉆完井技術(shù)仍處于起步階段，還存在著許多不足，主要體現(xiàn)在[7]：1)鉆機(jī)移動(dòng)裝置及配套設(shè)備還不能達(dá)到快速搬遷與安裝的需求，如大牛地氣田DP43-H叢式水平井組3臺(tái)鉆機(jī)雖然采用了滑軌式移動(dòng)裝置，但由于配套設(shè)備未能實(shí)現(xiàn)快速拆卸與安裝，平均搬遷與安裝周期依然長(zhǎng)達(dá)5.25 d；2)在井眼軌道設(shè)計(jì)方面，考慮到降低長(zhǎng)水平段水平井鉆井施工作業(yè)難度，水平段呈非平行布置，即水平井井眼軌道未沿著最小主應(yīng)力方向，而是與之有一定夾角；3)沒(méi)有實(shí)現(xiàn)“依次一開(kāi)、依次二開(kāi)和依次三開(kāi)”的流水線作業(yè)模式；4)還沒(méi)有形成鉆井、壓裂與建站緊密結(jié)合的一體化“井工廠”技術(shù)。

2013年初，中國(guó)石化開(kāi)始進(jìn)行頁(yè)巖氣“井工廠”技術(shù)攻關(guān)研究，取得了豐碩的研究成果，并在涪陵頁(yè)巖氣田進(jìn)行了規(guī)?；瘧?yīng)用。筆者從山地“井工廠”布局優(yōu)化設(shè)計(jì)、“井工廠”鉆井和壓裂作業(yè)模式、撬裝化建站技術(shù)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)與應(yīng)用等方面對(duì)涪陵頁(yè)巖氣田“井工廠”關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行總結(jié)與分析，以期為其他頁(yè)巖氣區(qū)塊實(shí)施和應(yīng)用“井工廠”技術(shù)提供借鑒與參考。

1 山地“井工廠”布局優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)

涪陵頁(yè)巖氣田地處四川盆地邊緣，深藏于武陵山系的崇山峻嶺之中，海拔200～2 000 m，可利用的土地資源十分有限，不適合單井開(kāi)發(fā)，考慮采用“井工廠”模式開(kāi)發(fā)[8]?！熬S”布局優(yōu)化需要考慮工程和環(huán)境的影響，重點(diǎn)需要注意以下幾點(diǎn)[9-12]：1)充分利用自然環(huán)境、地理地形條件，盡量減小鉆前工程的難度，同時(shí)使占地面積最小化；2)考慮鉆井工程難度和井眼軌跡控制能力，使水平段長(zhǎng)度最大化；3)盡量提高水平段頁(yè)巖氣儲(chǔ)層鉆遇率，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)量資源動(dòng)用最大化；4)滿足產(chǎn)能建設(shè)開(kāi)發(fā)方案和頁(yè)巖氣集輸建設(shè)要求，實(shí)現(xiàn)當(dāng)年建設(shè)當(dāng)年投產(chǎn)的目標(biāo)。

1.1 正反向?qū)ΨQ式井眼軌道設(shè)計(jì)方案

基于最大程度實(shí)現(xiàn)“井工廠”重復(fù)作業(yè)的基本原則，提出了正反向?qū)ΨQ式井眼軌道設(shè)計(jì)方案，如圖1所示。

圖1(a)為4井平臺(tái)正反向?qū)ΨQ式井眼軌道設(shè)計(jì)，正反向各2口井，水平段長(zhǎng)1 500 m，靶前距800 m，水平段間距600 m，偏移距300 m，均為三維井眼軌道水平井，鉆井難度相同；圖1(b)為6井平臺(tái)正反向?qū)ΨQ式井眼軌道，正反向各3口井，中間2口井設(shè)計(jì)為二維井眼軌道，其余4口井設(shè)計(jì)為三維井眼軌道，偏移距600 m，鉆井難度相同。

圖1 正反向?qū)ΨQ式井眼軌道設(shè)計(jì)示意Fig.1 The schematic diagram of reverse symmetrical well trajectory

涪陵地區(qū)焦石壩區(qū)塊“井工廠”平臺(tái)的井眼軌道設(shè)計(jì)以三維井眼軌道為主，少數(shù)井為二維井眼軌道，具有3大特點(diǎn)[4-7]：1)大偏移距，6井平臺(tái)偏移距為600 m，4井平臺(tái)偏移距為300 m；2)大靶前距，靶前位移為800 m；3)長(zhǎng)水平段，水平段長(zhǎng)度為1 500 m。

1.2 交叉式全覆蓋布井方案

基于最大程度動(dòng)用頁(yè)巖氣儲(chǔ)量資源的基本原則，根據(jù)當(dāng)前我國(guó)水平井鉆井能力，創(chuàng)造性地提出了交叉式全覆蓋布井方案，如圖2所示(其中，紅色正方形代表“井工廠”平臺(tái)，紅色直線代表該平臺(tái)的水平井水平段的布置情況；藍(lán)色正方形代表相鄰的“井工廠”平臺(tái)及其水平井水平段的布置情況)。

圖2(a)為4井平臺(tái)交叉式布井方案，1個(gè)平臺(tái)4口井，正向和反向各2口井，相鄰2個(gè)平臺(tái)交叉布井，一個(gè)平臺(tái)正向和反向2口水平井的著陸點(diǎn)之間的儲(chǔ)層(即2口井入靶點(diǎn)之間的儲(chǔ)層段，一般為靶前距的2倍，即1 600 m)被另一平臺(tái)1口井的水平段(水平段長(zhǎng)為1 500 m)完全覆蓋，不會(huì)造成儲(chǔ)量損失，實(shí)現(xiàn)了儲(chǔ)層資源動(dòng)用最大化。圖2(b)為6井平臺(tái)交叉式布井方案，1個(gè)平臺(tái)6口井，正反方向各3口井，相鄰2個(gè)平臺(tái)交叉布井。

圖2 交叉式全覆蓋布井方案示意Fig.2 The schematic diagram of full coverage and cross-well program

涪陵焦石壩區(qū)塊一期產(chǎn)能建設(shè)區(qū)以4井平臺(tái)和6井平臺(tái)為主，考慮構(gòu)造邊部及特殊情況等因素，共需建63個(gè)鉆井平臺(tái)鉆253口水平井，水平段可以全部覆蓋一期產(chǎn)能建設(shè)區(qū)的儲(chǔ)層。

1.3 經(jīng)濟(jì)優(yōu)化型“井工廠”平臺(tái)布局方案

基于“當(dāng)年建平臺(tái)，當(dāng)年建產(chǎn)能”的目標(biāo)，針對(duì)鉆機(jī)不同運(yùn)移方式及涪陵頁(yè)巖氣井建井周期等實(shí)際情況，提出了經(jīng)濟(jì)優(yōu)化型“井工廠”平臺(tái)布局方案[13]：1)2～4井平臺(tái)采用單鉆機(jī)，分單排和雙排布井，井間距為10 m，排距為12 m；2)5～8井平臺(tái)采用雙鉆機(jī)，雙排布井，井間距為10 m，排距為50 m。

建立了“井工廠”模式經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)模型，對(duì)“井工廠”平臺(tái)不同布井?dāng)?shù)量條件下的單井平均工程費(fèi)用進(jìn)行了計(jì)算，結(jié)果如圖3所示。

圖3 “井工廠”模式經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)結(jié)果Fig.3 The economy evaluation results by multi-well pad model

由圖3可知：隨著平臺(tái)井?dāng)?shù)增加，單井平均工程費(fèi)用大幅降低；當(dāng)平臺(tái)井?dāng)?shù)達(dá)到6口井時(shí)，單井平均工程費(fèi)用的降低值達(dá)到最大；當(dāng)超過(guò)12口井后，隨著井?dāng)?shù)增加，單井平均工程費(fèi)用的降低值逐漸減小。因此，“井工廠”模式下經(jīng)濟(jì)最優(yōu)平臺(tái)井?dāng)?shù)為4～8口。

2 山地“井工廠”鉆井技術(shù)

2.1 鉆機(jī)快速移動(dòng)裝置及配套設(shè)備優(yōu)化配置

為滿足“井工廠”鉆井作業(yè)對(duì)鉆機(jī)快速移動(dòng)的要求，對(duì)鉆機(jī)運(yùn)移方式進(jìn)行了調(diào)研分析，優(yōu)選出了適用于涪陵山地條件的“井工廠”鉆機(jī)運(yùn)移方式，并進(jìn)行了對(duì)比分析，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 鉆機(jī)運(yùn)移方式適應(yīng)性分析

對(duì)比分析可知，滑軌式鉆機(jī)運(yùn)移裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作和維護(hù)方便，配套周期短，只需增加滑軌和液壓運(yùn)移裝置，且液壓運(yùn)移裝置可以多平臺(tái)共享，在涪陵地區(qū)的適用性較好。

在此基礎(chǔ)上，對(duì)鉆機(jī)及配套設(shè)備的運(yùn)移方案進(jìn)行了優(yōu)化：1)通過(guò)鉆機(jī)移動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)井架和鉆臺(tái)(包括鉆臺(tái)上的鉆具及設(shè)施)整體移動(dòng)，循環(huán)系統(tǒng)、鉆井泵、發(fā)電房不移動(dòng)；2)在井架底座配置一部額定起重量為250 kN的導(dǎo)軌滑車，把防噴器組作為一個(gè)整體吊起，隨鉆機(jī)一起移動(dòng)；3)配備標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度的井控管匯和鉆井液管匯，實(shí)現(xiàn)地面管匯的快拆快接；4)配備集成化液氣控制系統(tǒng)模塊，實(shí)現(xiàn)鉆臺(tái)電氣設(shè)備及裝置控制系統(tǒng)的快速連接。截至2015年9月底，涪陵地區(qū)共配套了12部能實(shí)現(xiàn)快速移動(dòng)的鉆機(jī)，其中滑軌式10部、輪軌式1部、步進(jìn)式1部。

通過(guò)鉆機(jī)快速移動(dòng)裝置及相關(guān)設(shè)備的配套與改造，實(shí)現(xiàn)了鉆機(jī)的快速運(yùn)移，具體指標(biāo)為：滑軌式移動(dòng)方式下，移動(dòng)10 m所需時(shí)間1.5 h，從準(zhǔn)備到開(kāi)鉆所需時(shí)間小于24 h；輪軌式移動(dòng)方式下，移動(dòng)10 m所需時(shí)間1.0 h，從準(zhǔn)備到開(kāi)鉆所需時(shí)間小于24 h；步進(jìn)式移動(dòng)方式下，移動(dòng)10 m所需時(shí)間2.0 h，從準(zhǔn)備到開(kāi)鉆所需時(shí)間小于24 h。

2.2 流水線式“井工廠”鉆井作業(yè)流程

基于實(shí)現(xiàn)“井工廠”流水線作業(yè)的理念，把井筒尺寸相同(開(kāi)次相同)和鉆井液相同或相近的井段作為“井工廠”鉆井作業(yè)流程劃分的主要原則，提出了“依次一開(kāi)，依次二開(kāi)，依次三開(kāi)”的“井工廠”鉆井作業(yè)流程，并以4井平臺(tái)三開(kāi)井身結(jié)構(gòu)井為例，對(duì)“井工廠”鉆井作業(yè)流程進(jìn)行介紹。

2.2.1 第1個(gè)作業(yè)流程

把導(dǎo)管與一開(kāi)鉆井作為一個(gè)單元，通過(guò)快速移動(dòng)鉆機(jī)，依次完成第1口井至第4口井的該單元作業(yè)。

第1口井：1)立井架、調(diào)試鉆機(jī)設(shè)備；2)開(kāi)孔鉆進(jìn)；3)下導(dǎo)管、固井、裝防噴器、試壓、一開(kāi)準(zhǔn)備；4)一開(kāi)鉆進(jìn)；5)下表層套管、固井；6)移鉆機(jī)至下一口井。第2、第3和第4口井重復(fù)第1口井的步驟2)～6)，同時(shí)利用離線作業(yè)時(shí)間，安裝上口井的一級(jí)套管頭。第4口井安裝完一級(jí)套管頭后，轉(zhuǎn)入第2個(gè)作業(yè)流程。

2.2.2 第2個(gè)作業(yè)流程

把二開(kāi)鉆井作為一個(gè)單元，通過(guò)快速移動(dòng)鉆機(jī)，依次完成第4口井至第1口井的該單元作業(yè)。

第4口井：1)組裝二開(kāi)井口防噴器組、連接井控管匯；2)連接井控裝置、試壓；3)下鉆探塞、鉆塞；4)二開(kāi)直井段鉆進(jìn)；5)定向造斜鉆進(jìn)；6)通井、電測(cè)；7)下入技術(shù)套管、固井；8)移鉆機(jī)至下一口井。在鉆進(jìn)二開(kāi)直井段期間，利用離線作業(yè)時(shí)間配置水基鉆井液。第3、第2和第1口井重復(fù)步驟2)～8)，利用離線作業(yè)時(shí)間，安裝上口井的二級(jí)套管頭。第1口井安裝完二級(jí)套管頭后，轉(zhuǎn)入第3個(gè)作業(yè)流程。

2.2.3 第3個(gè)作業(yè)流程

把三開(kāi)鉆井作為一個(gè)單元，通過(guò)快速移動(dòng)鉆機(jī)，依次完成第1口井至第4口井的該單元作業(yè)。

第1口井：1)配置油基鉆井液；2)連接井控裝置、試壓；3)下鉆探塞、鉆塞；4)三開(kāi)定向造斜鉆進(jìn)；5)鉆進(jìn)水平段；6)通井、電測(cè)；7)下生產(chǎn)套管、固井；8)移鉆機(jī)至下一口井。第2、第3和第4口井重復(fù)步驟2)～8)，利用離線作業(yè)時(shí)間，安裝上一口井的油管頭。第4口井安裝完油管頭后，轉(zhuǎn)入第4個(gè)作業(yè)流程。

2.2.4 第4個(gè)作業(yè)流程

把完井作業(yè)與試氣準(zhǔn)備作為一個(gè)單元，通過(guò)快速移動(dòng)鉆機(jī)，依次完成第4口井至第1口井的該單元作業(yè)。

第4口井：1)安裝井控裝置、試壓；2)接小鉆具；3)下鉆探塞、掃塞；4)刮壁；5)通徑、替射孔液；6)測(cè)固井質(zhì)量、套管試壓；7)移鉆機(jī)至下一口井。第3、第2和第1口井重復(fù)步驟1)～7)，利用離線作業(yè)時(shí)間，安裝上口井的蓋板法蘭。第1口井安裝完蓋板法蘭后，甩鉆具、拆井架準(zhǔn)備搬遷。

2.3 鉆井液的重復(fù)利用

根據(jù)涪陵地區(qū)焦石壩區(qū)塊的地質(zhì)特點(diǎn)和水平井安全鉆井的要求，每口井從上到下采用了無(wú)固相清潔鉆井液(清水)、KCl潤(rùn)滑鉆井液和油基鉆井液。采用“井工廠”鉆井作業(yè)模式，每個(gè)流程一次性鉆完平臺(tái)上相同開(kāi)次的所有井，可以實(shí)現(xiàn)同開(kāi)次鉆井液的重復(fù)利用，整個(gè)平臺(tái)只有其中1口井進(jìn)行鉆井液配置和不同鉆井液轉(zhuǎn)換過(guò)程，其他井避免了不同鉆井液轉(zhuǎn)換所造成的浪費(fèi)及占用的時(shí)間[8,13]。以油基鉆井液為例，井深4 500 m的井，第1口井油基鉆井液總用量為410 m3(包括井筒油基鉆井液量190 m3、地面循環(huán)量120 m3、鉆井液補(bǔ)充量100 m3)，采用“井工廠”鉆井作業(yè)模式，第2、第3和第4 口井，只需新增每口井消耗的油基鉆井液用量100 m3，不用清理鉆井液罐；而采用叢式井作業(yè)模式，第2、第3和第4 口井可回收利用油基鉆井液量按照地面循環(huán)量的80%+井筒油基鉆井液量的60%計(jì)算，可回收利用第1口井的油基鉆井液量為210 m3(120 m3×80%+190 m3×60%)，則每口井需要補(bǔ)充200 m3油基鉆井液，同時(shí)還要不同鉆井液轉(zhuǎn)換，占用大量的鉆井時(shí)間。

2.4 “井工廠”鉆井技術(shù)的應(yīng)用效果

涪陵頁(yè)巖氣田在焦石壩區(qū)塊300#、50#、15#、31#、46#等平臺(tái)開(kāi)展了不同井?dāng)?shù)(2、3、4、5、6、7和8口井)、不同移動(dòng)方式(步進(jìn)式、輪軌式和滑軌式)的“井工廠”鉆井技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)與推廣應(yīng)用。截至2015年底，共在18個(gè)平臺(tái)完鉆71口井。其中，2井平臺(tái)5個(gè)，4井平臺(tái)4個(gè)，3井平臺(tái)和5井平臺(tái)各3個(gè)，6井、7井和8井平臺(tái)各1個(gè)，已投產(chǎn)6個(gè)平臺(tái)22口井。焦頁(yè)30#平臺(tái)是在焦石壩區(qū)塊布置的第1個(gè)“井工廠”試驗(yàn)平臺(tái)，共布置4口井，成單排排列，井口間距10 m，采用一臺(tái)輪軌式橫向移動(dòng)的50型鉆機(jī)，完鉆井深分別為4 506，4 188，4 238和4 055 m。整個(gè)平臺(tái)4口井的鉆井作業(yè)僅用時(shí)118 d，平均建井周期53.7 d，比同期井縮短28.1 d，縮短了34.35%；平均搬遷安裝周期3.16 d，比同期井縮短5.03 d，同比縮短了61.42%；平均中完作業(yè)時(shí)間6.10 d，比同期井縮短7.61 d，同比縮短了55.51%；平均使用油基鉆井液240 m3，比同期井減少170 m3，同比減少了41.46%。

3 “井工廠”壓裂技術(shù)

頁(yè)巖氣壓裂施工作業(yè)的特點(diǎn)為“四多一長(zhǎng)”，即壓裂設(shè)備多、液量多、砂量多、壓裂段數(shù)多和施工時(shí)間長(zhǎng)[10]。為加快壓裂試氣施工進(jìn)度，涪陵頁(yè)巖氣田研究形成了“井工廠”壓裂作業(yè)模式，即在一個(gè)“井工廠”平臺(tái)集中對(duì)多口井采用批量化流水線式連續(xù)壓裂作業(yè)。

3.1 “井工廠”壓裂作業(yè)模式

“井工廠”壓裂作業(yè)模式主要有單套壓裂機(jī)組拉鏈壓裂模式和雙套壓裂機(jī)組同步壓裂模式2種類型[3]，如圖4所示。

圖4 “井工廠”壓裂作業(yè)模式示意Fig.4 The schematic diagram of fracturing operations involving multi-well pad

所謂拉鏈壓裂就是使用1套壓裂車組，在對(duì)1口井進(jìn)行壓裂作業(yè)的同時(shí)，對(duì)另1口配對(duì)井進(jìn)行射孔、下橋塞等作業(yè)，2口井交互施工、逐段壓裂。

所謂同步壓裂就是使用2套機(jī)組對(duì)2口或2口以上的配對(duì)井同時(shí)進(jìn)行大規(guī)模壓裂作業(yè)。同步壓裂需要更多的協(xié)調(diào)工作、較大的作業(yè)場(chǎng)所和后勤保障，費(fèi)用較高。

3.2 “井工廠”壓裂作業(yè)設(shè)備配套

3.2.1 單套壓裂機(jī)組拉鏈壓裂模式

采用獨(dú)立的“泵送橋塞—射孔聯(lián)作”泵送流程，單獨(dú)采用2～3臺(tái)2000或3000型壓裂車進(jìn)行泵送施工，與主壓裂流程不產(chǎn)生沖突，保證泵送過(guò)程的順利進(jìn)行。設(shè)備配套見(jiàn)表2，共需使用31臺(tái)套設(shè)備。

表2 單套壓裂機(jī)組拉鏈壓裂模式的設(shè)備配套

注：1)是單井壓裂模式下水功率的1.19倍；2)是單井壓裂模式下水功率的1.38倍。

3.2.2 雙套壓裂機(jī)組同步壓裂模式

雙套壓裂機(jī)組同步壓裂模式的設(shè)備配套見(jiàn)表3，共需使用55臺(tái)套設(shè)備。

3.3 “井工廠”壓裂技術(shù)的應(yīng)用效果

涪陵頁(yè)巖氣田在42個(gè)平臺(tái)應(yīng)用了“井工廠”壓裂模式，共計(jì)176口井。其中，41個(gè)平臺(tái)采用了單機(jī)組拉鏈壓裂作業(yè)模式，1個(gè)平臺(tái)采用了雙機(jī)組同步壓裂模式。首先在焦頁(yè)9#平臺(tái)相鄰的焦頁(yè)9-1HF井和焦頁(yè)9-3HF井進(jìn)行了單機(jī)組拉鏈壓裂作業(yè)模式現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，共壓裂37段，按照單井每天壓裂2段計(jì)算，37段的施工周期應(yīng)為18.5 d，采用“井工廠”拉鏈壓裂，2口井壓裂作業(yè)僅用時(shí)11.0 d，同比縮短了41.67%，平均壓裂3.2段/d，創(chuàng)造了連續(xù)6 d每天壓裂4段的工程紀(jì)錄，為涪陵頁(yè)巖氣田后續(xù)“井工廠”壓裂施工積累了經(jīng)驗(yàn)。拉鏈壓裂施工統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，2口井“井工廠”壓裂模式比單井壓裂模式平均單井施工周期縮短了40.28%，設(shè)備轉(zhuǎn)運(yùn)費(fèi)減少了42.13%；4口井“井工廠”壓裂模式比單井壓裂模式平均單井施工周期縮短了56.60%，設(shè)備轉(zhuǎn)運(yùn)費(fèi)減少了40.10%；1套壓裂設(shè)備可以滿足同平臺(tái)2～4口井拉鏈壓裂施工的需要，設(shè)備利用率得到了大幅度提高。

表3 雙套壓裂機(jī)組同步壓裂模式的設(shè)備配套

注：1)是單井壓裂模式下水功率的2.39倍；2)是單井壓裂模式下水功率的2.79倍。

“井工廠”雙機(jī)組同步壓裂模式在焦頁(yè)42#平臺(tái)進(jìn)行了首次試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了4口井兩兩同步壓裂，創(chuàng)造了國(guó)內(nèi)頁(yè)巖氣單平臺(tái)壓裂機(jī)組最多(47臺(tái)套)、連續(xù)壓裂施工段數(shù)最多(75段)、總加砂量最多(4 306 m3)、總加液量最多(133 283 m3)、平均單井壓裂周期最短(4.25 d)以及單日壓裂施工段數(shù)最多(8段)、單日加液量最多(12 965 m3)、單日加砂量最多(339 m3)等8項(xiàng)施工紀(jì)錄。雙機(jī)組同步壓裂模式與單機(jī)組單井壓裂模式相比，施工效率提高50%以上，壓裂車輛減少35%，試氣周期縮短75 d。

4 撬裝化建站技術(shù)

集氣站建設(shè)是“井工廠”平臺(tái)的最后一道作業(yè)工序。在井場(chǎng)建立單井井口裝置，開(kāi)采出來(lái)的頁(yè)巖氣經(jīng)井口節(jié)流降壓后通過(guò)管道進(jìn)入集氣站，在集氣站除砂、氣液分離、增壓和計(jì)量后進(jìn)行外輸。涪陵頁(yè)巖氣田開(kāi)發(fā)初期集氣站設(shè)備撬裝化程度不高，集氣站建設(shè)周期長(zhǎng)，占地面積大，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備繁雜，難以滿足涪陵頁(yè)巖氣田開(kāi)發(fā)快完、快試和快投產(chǎn)的要求。因此，對(duì)“井工廠”平臺(tái)集氣站提出了井場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)化、設(shè)備撬裝化、采集監(jiān)控一體化等要求。通過(guò)對(duì)涪陵頁(yè)巖氣田集氣站所需的水套加熱爐、氣水分離器和管匯撬等主要設(shè)備進(jìn)行撬裝化集成優(yōu)化設(shè)計(jì)，研發(fā)出了適用于涪陵頁(yè)巖氣“井工廠”集氣站的水套爐撬、分離器撬、管匯撬等設(shè)備：

1) 設(shè)計(jì)了400 kW雙盤(pán)管水套爐，開(kāi)發(fā)了水套爐撬。滿足了1套水套爐加熱2口井的要求，水套爐撬具備為不同產(chǎn)量和壓力的天然氣加熱、撬體內(nèi)天然氣放空、試壓、工作狀態(tài)自動(dòng)監(jiān)控、天然氣產(chǎn)量調(diào)節(jié)、工藝參數(shù)遠(yuǎn)程傳輸?shù)裙δ堋?/p>

2) 開(kāi)發(fā)了分離器撬。分離器撬具備清除天然氣中水和固相雜質(zhì)、自動(dòng)排液、工作狀態(tài)自動(dòng)監(jiān)控、安全泄放、天然氣和水自動(dòng)計(jì)量等功能。

3) 對(duì)相應(yīng)型號(hào)的計(jì)量管匯、生產(chǎn)管匯和控制閥組進(jìn)行組撬，形成了集氣管匯撬。

目前，涪陵頁(yè)巖氣田已在焦石壩區(qū)塊建設(shè)了16座集氣站，地面集輸設(shè)備已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)撬裝化。設(shè)備在制造廠進(jìn)行撬裝，減小了現(xiàn)場(chǎng)安裝工作量，每套單井流程建設(shè)施工周期縮短了16 d；同時(shí)，占地面積減少了190 m2，水套爐每年節(jié)約燃料氣5.0×104m3以上。撬裝設(shè)備美觀且操作方便，為氣田安全、高效生產(chǎn)奠定了物資基礎(chǔ)。

5 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

1) 山地“井工廠”布局優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了頁(yè)巖氣儲(chǔ)層資源利用最大化和地面土地的集約利用，“井工廠”鉆井與壓裂作業(yè)模式和撬裝建站技術(shù)實(shí)現(xiàn)了設(shè)備利用率最大化，極大縮短了作業(yè)時(shí)間，降低了工程成本。

2) 研究形成的適用于涪陵頁(yè)巖氣田的單鉆機(jī)2～4井和雙鉆機(jī)5～8井“井工廠”的鉆井模式、單機(jī)組拉鏈?zhǔn)健熬S”壓裂與雙機(jī)組同步“井工廠”壓裂模式，實(shí)現(xiàn)了涪陵頁(yè)巖氣田當(dāng)年完成建平臺(tái)、鉆井、壓裂、試氣、投產(chǎn)的開(kāi)發(fā)需求。

3) 山地“井工廠”技術(shù)為涪陵頁(yè)巖氣田50×108m3/a一期產(chǎn)能建設(shè)的圓滿完成提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐，并成為涪陵頁(yè)巖氣國(guó)家級(jí)示范區(qū)的核心技術(shù)之一，也成為開(kāi)發(fā)非常規(guī)油氣藏的一種重要管理模式，對(duì)中國(guó)其他地區(qū)的頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)建設(shè)提供了重要的借鑒和引領(lǐng)作用。

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[編輯 令文學(xué)]

Multi-Well Pad Technology in the Fuling Shale Gas Field

ZHANG Jincheng1，AI Jun2，ZANG Yanbin1，YANG Haiping3，CHEN Xiaofeng1

(1.Sinopec Research Institute of Petroleum Engineering,Beijing,100101,China；2.Sinopec Chongqing Fuling Shale Gas Exploration and Development Company, Chongqing, 408014, China；3. No.1 Drilling Company, Sinopec Jianghan Oilfield Service Corporation, Qianjiang, Hubei, 433123, China)

The Fuling Shale Gas Field is the first commercial development of shale gas in China and thus is now a national demonstration area. After three years of research and development, the Gas Field had developed “multi-well pad” technologies to cope with requirements presented by shale gas developed in complex mountain areas. These technologies could significantly reduce the time and costs required for the development of shale gas. This paper reviews key “multi-well pad” technologies developed in the Fuling Shale Gas Field from four aspects: first, optimized deployment and design of well patterns, second, drilling operations in the “multi-well pad” system for shale gas development, third, fracturing operations in the “multi-well pad” system for shale gas development and fourth, construction or skid-mounted stations. Field tests and application performances showed that the combination of “multi-well pad” drilling operations involving a single rig for 2-4 wells or two rigs for 5-8 wells with zipper fracturing with one fracturing unit or synchronous fracturing with two fracturing units could fully satisfy development demands related to accomplish of platform construction, drilling, fracturing, well testing and commercial production within the same year. In addition to providing construction of 50×108m3productivity in Phase 1 development of the Fuling Shale Gas Field with reliable technical supports, the “multi-well pad” system has become the core technology for economic development of shale gas fields. In fact, these technologies might provide necessary guidance for large-scale development of shale gas in China.

shale gas； multi-well pad； drilling； fracturing； skid-mounted； Fuling Shale Gas Field

2015-12-25；改回日期：2016-03-07。

張金成(1963—)，男，河南社旗人，1985年畢業(yè)于華東石油學(xué)院鉆井工程專業(yè)，1988年獲石油大學(xué)(北京)油氣田開(kāi)發(fā)工程專業(yè)碩士學(xué)位，2007年獲中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所工程力學(xué)專業(yè)博士學(xué)位，教授級(jí)高級(jí)工程師，主要從事深井超深井鉆井提速技術(shù)、頁(yè)巖氣鉆井技術(shù)與鉆井工程設(shè)計(jì)方面的研究工作。E-mail：zhangjc.sripe@sinopec.com。

中國(guó)石化科技攻關(guān)項(xiàng)目“頁(yè)巖氣‘井工廠’技術(shù)研究”(編號(hào)：P13138)部分研究?jī)?nèi)容。

?鉆井完井?

10.11911/syztjs.201603002

TE249;TE371

A

1001-0890(2016)03-0009-07