页岩气“井工厂”钻井关键技术

陈长卫

摘要：“井工厂”技术可以缩短建井周期，降低钻井成本，大幅度提高资源及设备利用率，在页岩气等低渗透、低频位非常规油气资源开发中具有显著的技术优势，并在北美页岩气开发中获得成功应用。本文主要对“井工厂”钻井关键技术和发展建议进行了阐述，以供参考。

关键词：页岩气；井工厂；技术

页岩气的开采比常规天然气的寿命和生产周期更长， 因此成为了目前世界各国的主要勘探开发对象。但是， 页岩气也存在一些不利于开发的特点， 例如储层低孔、低渗等。为了提

高页岩气开发效率， 新型“井工厂”钻井技术应运而生。该技术采用了“ 群式布井、集中施工、流水作业”的作业模式， 可以有效实现资源整合、远程控制及统一管理。

1、“井工厂”钻机技术特点

相对于常规钻机，“井工厂”钻机主要特点为：（ 1） 钻机具有多向、高效移动性能，能在固定井位间任意移动，缩短了拆卸、搬迁和安装等时间；（ 2） 钻机配备管柱自动化处理装备，自动化程度高，作业效率高，减小了工人作业量，降低了作业风险，节约了作业成本；（ 3） 钻机具有结构模块性强、占地面积小的特点，满足山区或道路条件差的区域丛式井作业要求；

（ 4） 钻机噪声小、污染轻，对环境具有积极保护作用。

2、“井工厂”钻井关键技术

2.1井场部署

井场占地量由井组数决定，一个井场中设计的井组数越多，井场面积越大， 需要综合考虑钻井和压裂施工车辆和配套设施布局。地面工程的设计需要考虑工程和环境的影响， 为井工厂开发提供保障， 同时使占地面积最小化。主要考虑因素： ⑴ 满足区块开发方案和页岩气集输建设要求； （2） 充分利用自然环境、地理地形条件， 尽量减少钻前工程的难度； ⑶ 考虑钻井能力和井眼轨迹控制能力； ⑷最大程度触及地下页岩气藏空间面积；（5） 考虑当地地形地貌， 生态环境， 以及水文地质条件，满足有关安全环保的规定。

2.2水平井钻井技术

通常页岩气采用直井进行开采收效甚微， 改用水平井会得到更好的开采效果： 水平井减少了地面设施， 避免了一些地面不利条件的影响， 更加有利于与页岩储层裂缝接触，产量可达直井的3一50倍。 ①井眼轨迹控制技术。井眼轨迹的设计应当注意防止井间碰撞， 设计前要先进行合理的理论设计与数值模拟， 然后再进行实地操作， 同时还要随时观察和调整设计方案， 以保证井眼轨迹的合理性。② 旋转导向钻井技术。采用旋转导向钻井系统可实现造斜、稳斜、着陆、水平段多井段一趟钻完成， 从而简化了钻井步骤、减少了数据误差、增加了钻井效率。一般在钻造斜段时采用滑动钻井、在钻水平段时采用旋转钻井。③裸眼完井方式。采用传统的套管井容易造成天然裂缝的破坏， 特别是固井出现漏失可能造成钻井开发颗粒无收；后来人们研发出了一种新型裸眼完井方式， 该技术能够更加有效地发挥出页岩天然裂缝和节理的作用， 从而提高单井产量及采收率。

2.3批量化作业

“井工厂”采用可移动钻机实现快速批量化钻井，对于800 m 的表层段，钻完只需要60 h。同平台的多口井依次一开、固井，然后移动钻机对其它井一开、固井，二开、固井，依次往复循环，钻井、固井、测井工序间无停待，充分利用设备和非钻井作业时间，提高钻井效率。在钻进时不需要改变泥浆体系和钻具组合，节省了钻井液配制时间和组装钻具组合时间，重复利用钻井液，大大减少了钻井液成本。

“井工厂”钻井模式是标准化作业模式，每口井所钻遇地层性质特征、井眼轨道、施工参数、钻井液性能等相似或相同。基于学习曲线法则，通过批量化作业对钻井过程进行重复风险控制，既有利于增加钻井施工的熟练程度，也便于利用邻井资料对待钻井进行优化设计，控制钻井风险。

2.4可移动钻机

“井工厂”开发模式已经成为页岩气开发的主流，为了适应井口位置的变化，钻机的移动应使用高效井间移运装置，以实现单列井或固定井井间的钻机主体满立根快速移运。我国以改造普通钻机使其具备快速移运能力为主要方式。轨道滑移式快速移动装置的原理是在一般钻机底座下垫有左右两组滑轨，通过液压系统推动钻机在轨道上滑移来实现钻机整体快速移运。钻机步履式移运装置由移运装置主体和控制橇总成两大部分组成。可将钻机主体满立根整体抬起、平移、下放等，四足装置可实现钻机井间高效移动。

2.5钻井液循环利用和钻屑处理技术

页岩气钻井需要使用大量的钻井液， 同时涉及到水资源的利用和废弃钻井液的处理。特别是在三开钻进时， 为了防止页岩井壁发生坍塌而一般采用油基钻井液， 钻井成本较高。井工厂开发将钻井液循环利用。

通过物理、化学方法清除钻井液中的岩屑等固相物。物理方法是用高速离心机将油基钻井液中的固相清除，使其密度下降，然后转井使用。化学方法是通过实验确定主乳化剂、辅乳化剂、亲油胶体（沥青、有机土和有机皂）、氯化钙、储备碱等的加量来处理钻井液。

3、我国“井工厂”钻井技术发展建议

3.1树立全过程成本控制理念，组建协同工作专家组，确保各环节高效安全运作。页岩气藏作为“三低”的非常规资源，新技术投入大，作业成本和投资风险普遍较高。因此，必须树立成本控制理念，从勘探评价、开发方案制定、地面工程建设到后期调整等方面精打细算，确保各项技术经济适用。同时，实现各环节数据资源共享和资源循环利用，通过协同工作专家组对施工参数进行评价，制定科学的调整方案，保证“井工厂”模式科学高效运行。

3.2借鉴吸收我国海洋平台钻井技术和苏里格致密气藏成功开发经验。国外“井工厂”技术已取得长足的发展，我国在学习借鉴国外“井工厂”先进技术的同时，也要不断总结分析国内的成功经验，如海洋平台丛式井钻井技术和苏里格模式，形成适应我国特殊地质环境的页岩气“井工厂”开发模式。

3.3开展个性化工具及配套技术的研发。“井工厂”技术成功应用的关键是先进技术设备的推广，只有配备针对性强的工具及完整的技术链，才能满足页岩气藏“井工厂”技术的需求。

参考文献：

[1]蒋恕.页岩气开发地质理论创新与钻完井技术进步[J].石油钻探技術，2011，39（3）：17-23.

[2]路保平.中国石化页岩气工程技术进步及展望[J].石油钻探技术，2013，41（5）：1-8.

[3]张金成，孙连忠，王甲昌，等.“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，2014，42（1）：20-25.

[4]李文飞，朱宽亮，管志川，等.大型丛式井组平台位置优化方法[J].石油学报，2011，32（1）：162-166.

（作者单位：中石化西南石油工程有限公司重庆钻井分公司）