苏53区块“井工厂”技术

刘乃震

（中国石油集团长城钻探工程有限公司，北京100101）

苏里格气田属于典型的低压、低渗透、低丰度致密砂岩气藏，具有大面积含气、小面积富集的含气特点，如果采用常规模式开发，单井产量低，经济效益差，而采用井工厂技术既能提高生产时效，降低作业成本，又能提高采收率[1-4］。因此，该气田苏53区块采用了水平井整体开发模式进行开发，并建立了一套工程、地质一体化的配套技术和标准化作业规程，为实施“井工厂”作业模式积累了经验、储备了技术。2013年，苏53区块进行了大组合平台“井工厂”技术先导试验，结合该区块的实际地质特征，采取“流水线作业、批量化施工、程序化控制、规范化管理”的方式，实现了当年部署井位、当年征地建井场、当年开钻并完钻、当年压裂、当年试气和当年投产的“6个当年”。在实践过程中，集成应用先进技术和管理模式，探索出了一套以“方案设计最优化、工程技术模板化、施工作业流程化、作业规程标准化、资源利用综合化、队伍管理一体化”为核心的“井工厂”作业模式。

1 方案设计最优化

地质研究表明，苏53区块西南部目的层盒8段和山1段平面上连通性好、纵向上有效气层厚度达40～45m，且产能均得到落实，因此优选该区域作为“井工厂”技术试验区。根据该区域目的层盒8段和山1段的储层分布特点[5-6］，为了最大限度地提高控制储量和动用程度，应用井网和井距优化技术，在一个平台上部署了13口井，包括水平井10口（目的层为盒8段的6口，山1段的4口）、定向井2口和直井1口（见图1），控制含气面积5.76km2，控制天然气地质储量18.5×108m3。该区域储层渗透率低，局部构造微裂缝比较发育，富含石英或碳酸盐岩等脆性矿物[7］，具备进行大规模水力压裂改造的条件。

图1 苏53区块大平台井位部署Fig.1 Well location deployment on a large platform in Block Su 53

井眼轨道设计成中曲率半径轨道剖面，以方便控制井眼轨迹和钻进水平段。在前期钻井实践的基础上，将入靶点以上井眼直径由244.5mm优化为215.4mm，靶前距扩大至400～500m。为了解决平台井的井眼轨迹防碰问题，采用三维绕障技术和随钻地质导向技术控制井眼轨迹。通过精细地质建模和油藏数值模拟，将目的层为盒8段和山1段井的井距优化为600m，水平段长度优化为1 000m左右。考虑到有利于压裂造缝，处于盒8段和山1段的水平井眼方位角优化为347°和13°（见图2）。水平井在纵向上的轨迹保持在储层中部，利于形成上下对称的人造裂缝，提高波及效率。

针对山1段储层比较致密的特点，在水平井压裂过程中，利用暂堵剂在段内进行多裂缝改造，尽可能地增大改造体积；两口水平井相邻的裂缝交叉布置，进行同步压裂，以引发井间应力干扰，开启并沟通天然微裂缝，更大程度地增大改造体积；将同步压裂[8-10］和段内多缝技术[5］相结合，使水平井的改造体积最大化。压裂时，注入前置液阶段采用加入40／70目陶粒的段塞来堵塞天然微裂缝，提高压裂液效率，同时尽可能多地产生转向裂缝，提高体积压裂形成网状裂缝的概率。平台上10口水平井的裂缝分布如图2所示。

图2 井眼轨迹布局及压裂裂缝示意Fig.2 Schematic diagram of well trajectory pattern and fractures

2 工程技术模板化

根据苏53区块不同井段钻头的使用情况，综合考虑钻头寿命和钻速，优选出了适用不同井段的钻头，总结了一套“1＋2＋2”的技术模板：1）直井段选用1只φ222.3mmPDC钻头；2）造斜、扭方位井段选用2只φ215.9mm PDC钻头；3）水平段选用2只φ152.4mmPDC钻头。由于所选钻头均为该区域相应层段使用效果最好的钻头，与螺杆钻具配合采用随钻测量仪，并对各段的钻进参数进行了优化，机械钻速、储层钻遇率和井眼轨迹控制精度大幅提高。实钻结果表明：10口水平井平均砂岩钻遇率和有效厚度钻遇率分别达到了86.1%和73.4%，高于该区块平均水平；6口需三维空间旋转的水平井一次中靶率达到100%，其中苏53-82-19H井砂岩钻遇率和有效储层钻遇率均为100%，为目前该区块水平井整体开发唯一一口“双百井”。

3 施工作业流程化

钻井过程中，用1部ZJ30型车载钻机批量钻表层，2部ZJ50型机械钻机钻直井段、造斜段和水平段。“井工厂”钻井作业程序如下：首先钻A排第1口井（苏53-82-17H井）的表层，在其固井候凝期间，所用钻井液可来钻B排第1口井（苏53-82-18H1井）的表层；当各排第1口井表层固井完成之后，使用2部ZJ50型机械钻机分别钻二开直井段、造斜段和水平段；当两排第1口井完钻后通过钻机平移装置使钻井设备移至第2口井重复进行直井段和造斜段施工。通常情况下，2部钻机同时对10口水平井进行施工，共需50道工序，而“井工厂”作业只需34道，大大减少了工序数量，尤其是大幅度减少了井架拆装次数。现场实钻中，2部ZJ50型机械钻机从最初竖立到最后拆装，只经历1次拆装过程，节省了大量接甩钻具和固井候凝时间，实现了“井间提速”和“无缝隙施工”。

压裂设备一次摆放到位，液罐不用多次吊装搬运；压裂前集中上水至蓄水池，只需配备少量缓冲水罐，提高了蓄水池至缓冲水罐的供水能力，保证了压裂液连续混配要求；压裂液连续混配[11］（见图3）可为连续压裂提供压裂液保障；速溶胍胶[12-13］可以保证压裂液性能在短时间内（10min增黏比80%以上）达到施工要求；配备4台吊车，12台砂罐车，保证连续供砂；单井配备7台2000型或2500型压裂车，保证连续泵注。为了提高生产时效，平台13口井分2批次压裂，共历时13d，比常规单井压裂施工缩短了10d，共压裂93段，入井总液量36 405.8m3，加砂总量3 996.7m3，压裂液连续混配大幅度减少了液罐数量，提高了设备利用率。

图3 压裂液连续混配流程Fig.3 Continuous mixing flow chart for fracturing fluids

4 作业规程标准化

“井工厂”作业为钻井、完井、压裂、试气等作业队同时作业。为了确保生产作业的安全，增强作业的规范性，提高作业的效率，制定了《工厂化钻完井与压裂标准化作业规程》，该规程包括地质和工程设计、钻完井、压裂、返排、试气和投产等作业的规程。地质设计规程主要明确富集区的选取、平台的设计、井位部署和井筒方位的确定原则；钻井设计规程主要包括井身结构设计、井眼轨道设计、钻头模板制定、钻机平移和钻井设备摆放等内容；钻井作业规程制定了钻井施工的相关规范，如批量施工的程序、钻机平移和钻井液重复使用的方法等；压裂规程以同步压裂为核心内容，提出了设备摆放的原则，制定了连续供水、连续供液、连续泵注等连续混配的相关规范；作业返排规程明确了作业方法和试气步骤，以及投产作业等规程。该规程不仅明确了“井工厂”作业各项设计的原则，还制定了各个工种的作业规范，为“井工厂”作业的安全、高效、规范运行奠定了基础。

5 资源利用综合化

生产物资材料的批量准备和每道工序的批量施工作业是“井工厂”的主要特点，最大程度地节省时间和重复使用相同的设备与材料，可以降低生产成本，提高经济效益。采用平台布井模式，平台面积大幅减小；采用地质导向和井眼轨迹优化技术，最大程度地控制地质储量；通过“1＋2＋2”钻头模板进行施工，降低钻头损耗，减少起下钻次数；工厂化批量钻井，提高了钻井速度，缩短了建井周期；平台井一开、二开和三开所用钻井液相同，所用钻井液可以重复利用；一个平台数口井连续进行压裂作业，应用连续混配技术大幅度减少了地面罐的使用数量，降低了压裂液残留造成的浪费；大大减少了设备搬迁和车辆往返油耗。

6 队伍管理一体化

按“项目部—工程驻井—井队”的技术指挥管理网络，以及反向的信息反馈，有针对性地加强对员工的技术和技能培训，建立技术难点的快速准确解决机制，措施落实做到有的放矢，推行精准工厂化管理模式，有效降低无效工作时间。

对于重点钻井工序，项目部组织专业人员指挥、协调，从措施、环节、设备3方面给予针对性支持，两个井队相互配合，安全快速地完成钻井施工；压裂施工中，根据班组和岗位划分属地，实行分工明确的属地管理，以仪表车为中心形成沟通网络，做到岗位间交流无障碍、沟通无误差，确保连续施工。

7 应用效果分析

平台面积0.06km2，比常规征地节约70%，管线长度减少6.5km，供水井减少9口；10口水平井平均机械钻速11.5m／h，平均钻井周期29.2d，平均建井周期34.6d，与2012年同区块未采用“井工厂”技术的水平井相比，机械钻速提高了31.3%，钻井周期和建井周期分别缩短了45.2%和44.6%；重复利用钻井液2 100m3；压裂液残余浪费减少377m3。按同期的价格计算，共可节约各项费用800余万元。

图4为截至2014年3月15日平台13口井相应的日产气量和累计产气量。由图4可知，平台13口井累计产气量10 500.17×104m3，平均产气量97.231×104m3／d，其中水平井累计产气量9 801.28×104m3，平均单井产气量9.076×104m3／d，同步压裂6口水平井的平均单井产气量9.873×104m3／d，其余4口水平井的平均单井产气量7.88×104m3／d；2口定向井和1口直井累计产气量698.89×104m3，平均单井产气量2.157×104m3／d。

对于苏53区块致密砂岩气藏，水平井相对于直井具有巨大的产能优势，其日产气量是直井的4.21倍，进行同步压裂水平井的平均日产气量更高。可见，多口水平井之间进行同步压裂是开发致密砂岩气藏的发展趋势。

8 结论及建议

1）“井工厂”作业减少了井场建设、钻完井和压裂费用，缩短了钻完井和压裂周期，有利于集中管理及维护，是苏里格气田产能建设的发展方向。

2）“井工厂”作业是一个系统工程，在确保安全环保的基础上，提高了工作效率和经济效益。

3）建议进一步开展油藏精细描述研究和相关技术应用，进行“拉链式”压裂技术和裂缝监测技术研究。

4）“井工厂”作业在苏里格气田苏53区块的成功实施，为进一步推广和完善“井工厂”作业在非常规油气藏的应用积累了宝贵经验。

图4 大平台13口井的日产气量和累产气量统计Fig.4 Statistics of daily production and cumulative production for 13wells on the platform

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