李凱, 周天明, 吳衛(wèi)周, 張虎山, 陸俊康

（1.國家油氣鉆井裝備工程技術中心，陜西寶雞721002；2.寶雞石油機械有限責任公司，陜西寶雞721002）

0 引言

近幾年來，深水油氣、頁巖油氣等低滲透致密油氣資源逐漸成為世界油氣工業(yè)開發(fā)的焦點和熱點[1-2]。在此背景下，圍繞著如何經濟有效開發(fā)這些資源，客觀上推動了深水鉆機、叢式井鉆機及工廠化鉆機等技術的發(fā)展。

工廠化鉆機針對低滲透致密性等非常規(guī)油氣資源的開發(fā)已經取得了成功[3-4]，不僅提高產量，而且降低開發(fā)成本，目前已在全球范圍內開始推廣應用。近年來，在國內開始了工廠化作業(yè)實踐，如長慶蘇里格采用鉆機組合，實現了以蘇里格氣田為代表的油氣資源經濟有效的開發(fā)[5]。在國外，應用工廠化鉆機美國致密油年產量從2008年的2000萬t增至2014年的1.6億t，極大降低了原油對外依存度[6]。且根據調查報告表明：國內頁巖等致密油氣的單井造價最高達7000萬元人民幣，成本是美國的2倍，在產量上更不具備優(yōu)勢[7]。工廠化鉆機成為油氣開發(fā)降本增效的重要手段，同時也極大提高了鉆機的自動化水平，因此工廠化鉆機在我國迫切需要發(fā)展和推廣。

1 技術特點

工廠化鉆機通過批量化流水線作業(yè)實現油氣資源開發(fā)的降本提效。通過分析國內外在用的工廠化鉆機，指導和推動我國非常規(guī)油氣開發(fā)鉆機的研制和發(fā)展。其主要的技術特點有：1）系統(tǒng)高度集成性。Sparta鉆機（如圖1）集成先進的技術設備,能夠快速實現井間移運，在北美地區(qū)頁巖氣資源開發(fā)中占據了主導地位，同時該鉆機還符合嚴格的運輸條件限制。2）井間快速移動性。配備滑移系統(tǒng)，滿立根井間快速移動。美國Rodgers Technology公司的Versa鉆機（如圖2），只需1 h即可實現井間或井組間移運，從鉆機拆卸到鉆機安裝也只需12 h左右；相對于傳統(tǒng)鉆機井間移運需3~4 d，極大降低了作業(yè)時間。3）防噴器快速裝卸?？焖傺b卸和移動防噴器組，縮短作業(yè)時間。4）批量流水線作業(yè)。對多口井進行流水線批量化作業(yè)，極大縮短作業(yè)周期。5）自動化設備。配備管柱處理等設備，實現鉆機作業(yè)過程中的高度自動化。北美地區(qū)主要用于頁巖油氣資源開發(fā)Savanna鉆機（如圖3），其配備管柱系統(tǒng)等自動化設備；不僅作業(yè)安全性高，且通過精密控制大大提高鉆機效率，作業(yè)優(yōu)勢比較明顯。

圖1 Sparta鉆機

圖2 Versa鉆機

2 工廠化鉆機國內外現狀

工廠化鉆機正孕育著油氣生產行業(yè)的深層變革，國內外對工廠化鉆機作業(yè)都進行了一定的研究和實踐活動，下面分別進行總結。

2.1 國外情況綜述

圖3 Savanna鉆機

國外北美地區(qū)，自2007年大規(guī)模推廣應用工廠化鉆機以后，有力推動了該地區(qū)非常規(guī)油氣資源開發(fā)的快速發(fā)展，尤其對頁巖氣資源開發(fā)實現了降本增效。

1)斯倫貝謝。斯倫貝謝應用工廠化鉆機作業(yè)，平均單井建井周期為8 d，相比較之前周期縮短了約14 d，大幅度地減少了作業(yè)時間。

2)美國水平井快速發(fā)展。美國將工廠化鉆機作為頁巖氣等非常規(guī)油氣開發(fā)的主要手段，帶動了水平井數量快速增長；其中用于開發(fā)頁巖氣的水平井到2013年為止增至1.7萬口，占總井數約37%，如圖4所示。

圖4 美國近幾年鉆水平

2013年美國應用工廠化鉆機鉆水平井平均井深首次突破4000 m，這一平均井深超過了中國大多地區(qū)頁巖油氣資源的埋藏深度；同年美國鉆水平井進尺共6900萬m，占當年全美總進尺約59%，是直井進尺的2倍如圖5所示。

圖5 美國近幾年鉆水平井進尺

圖6 GES超級鉆機

3）全球能源服務公司(GES)工廠化鉆機。2010年GES公司推出了新型超級鉆機（如圖6），該鉆機不需要拆卸鉆機，就能沿同一方向打20口井，減少鉆機等停，縮短作業(yè)周期。且該鉆機搬家時只需24輛大車，比一般大型鉆機少用12輛，從而進一步控制鉆機作業(yè)成本。

4）西南能源公司工廠化鉆機。美國西南能源公司應用工廠化鉆機進行頁巖氣作業(yè)，單井平均作業(yè)周期從18 d減至8 d；同時鉆水平段長度從810 m增至1500 m，整體的作業(yè)成本呈逐步下降趨勢，如表1所示。

表1 2007-2011年工廠化作業(yè)統(tǒng)計

2.2 國內情況綜述

國內近幾年在各大油田也進行了一些探索實踐，初步取得了一些成效，作業(yè)周期和成本明顯降低[8-10]。

1）塔里木大小鉆機組合。塔里木油田2012年開始了工廠化鉆機作業(yè)的實踐活動，如圖7所示，采用小鉆機打表層大鉆機二開作業(yè)的流水線模式，解放了大鉆機的同時加快了鉆機周轉速度，鉆機等?，F象減少，縮短了作業(yè)周期，實現鉆機使用效率的提升。

2）長慶工廠化降本增效。自2013年起，長慶油田逐步實踐工廠化鉆機作業(yè)模式。蘇東三區(qū)G0-7井場施工周期縮短58 d，節(jié)約征地18畝；且鉆機井間移運時間由3 d減到3 h，極大減少作業(yè)成本。

3）長城鉆探流水線模式。2014年長城鉆探蘇53區(qū)塊大平臺工廠化作業(yè)模式示范項目，如圖7所示，采用大小鉆機組合形成流水線作業(yè)，配套移運系統(tǒng)，當年比計劃提前50 d完工投產，大幅度降低了作業(yè)成本。

4）大慶垣平鉆開致密路。2012年大慶油田在垣平進行工廠化作業(yè)，不僅單井產量提升而且作業(yè)成本下降。目前工廠化鉆機已成為大慶油田開發(fā)外圍致密油氣資源的有效途徑。

5）油氣田叢式井工廠化。2013年西南油氣田叢式井采用工廠化鉆機作業(yè)，建井周期同比減少56%，頁巖氣資源的開采取得了初步的成果。

圖7 大平臺工廠化作業(yè)模式

3 發(fā)展工廠化鉆機現狀和建議

3.1 我國工廠化鉆機的現狀

我國擁有較為豐富的致密油氣資源，廣泛分布于西部地區(qū)多個油氣盆地中。雖然國內近幾年出現了一些工廠化鉆機作業(yè)探索實踐，也初步實現了作業(yè)周期的降低和作業(yè)成本的減少，但相對于國外在開發(fā)致密油氣資源已取得的經濟和社會效益，我國的工廠化鉆機還需要進一步推廣使用。

截至目前，國內陸地鉆機的自動化程度普遍不高，且配備快速移運系統(tǒng)的工廠化鉆機數量更為缺乏。因此應在學習國外工廠化技術的同時，研制適合國內油氣資源開發(fā)實際需要的工廠化鉆機，從而實現國內工廠化鉆機大規(guī)模應用。

3.2 工廠化新思路：陸用雙井口鉆機

在國外，大型鉆井承包商基本擁有自己的工廠化鉆機品牌，如H&P公司目前擁有將近300多臺陸地鉆機，其中工廠化鉆機占了一半。因此，我們在研發(fā)適合本國國情的工廠化鉆機時，應鼓勵石油裝備企業(yè)發(fā)展自己的工廠化鉆機品牌。

陸用雙井口鉆機是寶石機械公司針對叢式井作業(yè)而設計的，可同時對相鄰2個井位進行獨立作業(yè)，是為最大限度地提高叢式井作業(yè)效率而設計的一種特殊石油鉆采設備。陸用雙井口作業(yè)鉆機可作為工廠化鉆機方案的一種，為工廠化鉆機提供新的思路，實現鉆機設計的個性化和多樣化。

4 結 論

工廠化鉆機正孕育著油氣生產行業(yè)的深層變革，智能化、工廠化作業(yè)已成為趨勢。大力發(fā)展陸用雙井口鉆機，將雙井口鉆機發(fā)展成我國自己的工廠化鉆機品牌，實現鉆機設計的個性化和多樣化，滿足企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展需求，同時進一步增強我國石油裝備企業(yè)在鉆機設計行業(yè)的影響力。

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