苏里格南合作区工厂化钻完井作业实践

刘社明 张明禄 陈志勇 梁常宝 范文敏

1．中国石油长庆油田公司苏里格南作业分公司 2．中国石油长庆油田公司

1 合作区概况

苏里格南合作区是中国石油天然气集团公司（以下简称中石油）与法国道达尔勘探与生产（中国）有限责任公司（以下简称道达尔）的天然气合作开发区块，位于鄂尔多斯盆地伊陕斜坡西北部、苏里格气田南部，总面积约2 392．4km2，由中国石油长庆油田公司苏里格南作业分公司担任作业者。

该合作区主力气藏主要位于二叠系下石盒子组盒8段及山西组山1段。盒8段为辫状河沉积，山1段为曲流河沉积。气藏埋深介于3 450～3 730m，地层温度约110℃、压力约33．5MPa、压力系数介于0．87～0．95，盒8段气层平均有效厚度约7．5m、孔隙度约8．3%、渗透率约0．632mD，山1段气层平均有效厚度约6．2m、孔隙度约7．4%、渗透率约0．415mD，天然气组分中甲烷含量为88%～95%，属于典型无边底水定容弹性驱动、低孔低渗低压岩性圈闭致密干气气藏。

针对该合作区储层非均质性强、有效砂体规模小、储量丰度低、单井产量低等一系列问题［1］，为提高开发效率、降低开发成本，采取了“大井丛丛式井组布井；多井低产、井间接替、分区开发；低压生产”的气田开发模式，坚持多学科联合攻关，深化地质研究，优化开发方案，优选井位部署。

通过高密度三维地震泊松比属性进行砂体预测，集成三维地震、测井及生产动态资料进行井丛优选，共设计丛式井组165座，部署开发井2 093口，规模应用3×3km的9井丛丛式井组＋水平井混合井网进行开发。井型选择以大位移定向井为主，水平井为辅，每座井场分布中心直井1口，1km水平位移定向井4口，1．4km水平位移定向井4口，并根据完钻结果评价是否部署加密井及水平井。完井模式选择88．9mm套管完井。压裂模式采用88．9mm套管带TAP阀的投球分级压裂。

综合比较钻前工程、钻井、完井等作业的时间及费用，通过充分吸收苏里格气田其他区块成功开发经验［2－7］，结合道达尔成熟适用技术和精细化管理理念，工厂化钻完井作业成为苏里格南合作区钻完井的首选作业模式，并取得了良好的效果。截至2012年底，该合作区天然气总产能已达13．8×108m3／a。

2 工厂化作业的概念与特征

2．1 工厂化作业的基本概念及特征

工厂化作业兴起于20世纪初美国汽车公司通过移植大机器创立的流水线作业方式，其通俗定义是施工或生产应用系统工程的思想和方法，集中配置人力、物力、投资、组织等要素，采用类似工厂的生产方法或方式，通过先进的技术、设备和科学的管理手段，优质高效地组织施工和生产作业［8］。

工厂化作业的基本特征主要包括施工作业的流程化、规模化、标准化。流程化（流水线化）是工厂化作业的显著特点。规模化（批量化）是工厂化作业的基本前提。标准化是工厂化作业的更高层次。

2．2 工厂化钻完井作业的发展及应用

工厂化作业移植到油气资源开采领域始于21世纪初，主要用于钻井、压裂等大型施工方面。工厂化钻完井作业模式相对于传统的分散式钻井、完井模式，既提高了作业效率、降低了作业成本，也更加便于施工和管理，特别适用于致密油气、页岩油气等低渗透、低品位的非常规油气资源的开发作业。工厂化钻完井作业模式是井台批量钻井、多井同步压裂等新型钻完井作业模式的统称，是贯穿于钻完井过程中不断进行总体和局部优化的理念集成，目前仍处于不断地发展和改进当中（图1、2）［8－9］。在北美非常规油气革命的进程中，“工厂化钻完井作业模式”作为核心，在提高生产效率、降低开发成本方面发挥了巨大的作用［10］。

3 工厂化钻完井作业实践

2012年，中国石油长庆油田公司苏里格南作业分公司在苏里格南合作区内大力推进工厂化钻完井作业试验，形成了新的作业模式，体现了高水平、高效益开发的决心。

该合作区工厂化钻完井作业基于了以下理念：井位优选是实现工厂化作业的保障，大井丛丛式井组开发是实现规模化（批量化）开发的基础，井丛标准化开发建设是实现流程化（流水线化）作业的保证，施工设计工序标准化是确保工厂化实现的关键（图3）。主要包括以下施工措施：①钻前建设改进；②井场布局优化；③上部地层小钻机批量作业；④下部地层双钻机联合作业；⑤井丛批量化压裂、试气作业。

图3 苏里格南合作区工厂化作业理念与方案图

3．1 苏里格南工厂化钻完井作业主要措施

3．1．1 改进钻前建设

根据工厂化流水线施工方案对钻前建设进行了改进。电动钻机对电缆和泥浆循环罐方面进行了改进，机械钻机对机房、泵房进行了改进，全部加装滑轨，实现了整体平移（图4）。井架底座、机房底座、泵房底座共有36个滑块与轨道连接，滑块内部有润滑油道，采用滑块连接减少接触面积，大大减少摩擦阻力，前移170t，后移120t就能实现前后移动。轨道采用销子连接，拆装方便，前后移动距离也不受限制。移动系统采用地面棘爪式轨道液缸推动方式移动，液缸与底座及棘爪座间连接方式为销轴耳板连接。当钻机需要移动时，以棘式液缸为动力推动钻机使其移动，钻机每移动一节轨道后将后面的轨道移到前方，依次循环向前移动。通过应用钻机滑轨系统，大大降低了作业风险和劳动强度，实现快速平移，15m井口距离2h内可平移到位，比拆卸搬移缩短了2d时间。

图4 钻机滑轨照片

3．1．2 优化井场布局

根据9井丛双钻机联合作业的施工计划对井场布局进行了优化设计。目前苏里格南合作区采用255m×75m的井场标准，1～4号井口间距为15m，4～5号井口间距为30m，6～9号各井口间距为15m（图5）。井场布局优化后适合任何型号的2台50型钻机同时作业。

3．1．3 上部地层小钻机批量作业

上部800m的表层由30型小钻机单独完成，给后续大钻机节省了大量的一开准备时间。小钻机具有移动灵活，钻井周期快，费用低廉的特点，并且整个井丛表层钻进只需使用一个钻井液池，节省了成本。整个井丛9口井的表层施工作业在一个月左右就可以完成。

3．1．4 下部地层双钻机联合作业

为提高产建速度，加快井丛移交，下部地层采用双双钻机联合作业。为确保安全施工，两部钻机最短距离保持在75m。双钻机联合作业不仅在钻井施工过程中营造了竞争氛围，更重要的是在作业过程中实现了资源共享（如钻井液的重复利用）。

3．1．5 井丛批量压裂试气作业

批量压裂试气就是通过优化生产组织模式，连续不断地向地层泵注压裂液和支撑剂，以加快施工速度、缩短投产周期、降低开采成本。通过各工序的无缝衔接缩短周期，通过规模化的连续作业实现效益。单个井场的施工井数越多，压裂液量、砂量越大，批量化压裂试气的优势就越明显。这些优势包括：基础设施共享（蓄水池、供水系统等）、减少设备动用、提高设备利用率、缩短压裂准备时间、降低物资采购和供应链成本、压裂液回收重复利用等。

图5 井场布局示意图

苏里格南合作区压裂试气作业以井丛为单元，对每个井丛至少9口井的6大作业流程——钢丝通井、安装井口、射孔、压裂、排液、测试等实行“流水线化”批量作业，实现“6个一趟过”（图6）。在作业过程中，采用“甘特图”法进行流程控制，并全过程采用道达尔质量健康安全环保准则（QHSE）及标准化作业程序（SOP）进行监控和管理。

图6 井丛批量压裂试气流程图

通过优化生产组织、科学配置压裂设备、改进低压管汇连接、配备大容量储液罐、应用连续混配工艺、液体回收技术等“工厂化”作业综合手段，对苏里格南合作区压裂改造过程实施了重大变革。

施工前，将丛式井场进行设备摆放及功能区域划分，以便各作业互不干扰（图7）。每井丛至少准备2口水井，1口多管井，1口深水井。每个井丛深水井与多管井结合，确保供水量大于70m3／h（1 600m3／d）。在靠近施工井丛处设立水站，确保多口井同时压裂的需要。

该合作区压裂采用高纯度胍胶压裂液，液体具有延迟交联、延迟破胶等特性；支撑剂为中密高强陶粒支撑剂；每井丛选定1口标定井进行测试压裂，确定井丛最终压裂参数；使用TAP阀连续分层、在线连续混配技术；配备大容量集装箱式储水罐。压后快速放喷，并安装多相流量计在线计量液量。压裂流程采用流水线作业，以3口井为一个单元，一个单元压裂完毕后马上开始下一个单元的压裂作业。

压裂作业前，使用101．6mm压裂管汇连接一次性优化连接多口井的排液、测试管线，既有利于TAP阀分层投球施工，又提高压裂施工效率。压裂作业期间，确保压裂车组、连续混配装置（PCM）、100m3储液罐和101．6mm低压管汇等设备保持不动，直至完成每个井丛9口井压裂施工。

在一个丛式井场上进行多口井的批量化压裂试气作业，通过运用拉链式作业模式，同一井场一口井压裂，一口井进行电缆桥塞射孔联作，两项作业交替进行并无缝衔接，提高了设备利用率，缩短了作业时间，实现了压裂的规模化、裂缝的网络化，极大地提高了压裂试气的效率，实现了效益的最大化。

3．2 苏里格南合作区工厂化钻完井应用效果

2012年，该合作区通过大力推进工厂化钻完井作业，使钻井、建井周期大大缩短，压裂、试气效果显著提升，非生产时间大幅减少，提前完成了年度钻完井任务。

3．2．1 钻井绩效逐步提高

2012年计划钻井97口，实际完钻126口，比原计划增加了30%。全年完钻直井10口，最快直井20．74 d完成；完钻1 000m位移定向井56口、1 400m位移定向井52口，9轮工厂化钻井作业后，平均建井周期分别降低10．1d和10．3d，分别降至32．5d和33．7d；完钻水平井3口，平均建井周期低于65d，相较2011年的108d大幅缩短。同时，还创造了多项钻井指标：定向井最快钻井周期12．33d；水平井水平段最快钻井周期6．9d（水平段871m）；最快钻井队全年实现10次开钻10次完钻。

图7 井丛批量压裂试气井场布局图

2012年钻井、建井周期同比2011年度大幅缩短。2012年苏里格南合作区直井平均钻井周期19．4d；丛式井平均位移1 156m，平均钻井周期23．32d，其中1 000m定向井平均钻井周期22．19d；1 400m 定向井平均钻井周期25．3d。2012年苏里格南合作区直井平均建井周期从2011年的平均34．76d下降到2012年的平均28．78d。1 000m定向井平均建井周期从2011年的平均40．75d下降到2012年的32．54 d。1 400m定向井平均建井周期已经缩短到33．71d。

2012年单井钻头使用量及第二次开钻井段起下钻次数同比2011年大幅缩短（图8），单钻头进尺及机械钻速同比2011年大幅提升（图9）。

图8 2011—2012年钻头使用量及起下钻次数对比图

3．2．2 压裂效果显著提升

2012年，平均井丛压裂入地液量5 000～7 000 m3，压裂施工周期6～8d。井丛压裂试气作业周期从初期的50d降至目前的35d左右。压后自喷率达到100%（无液氮拌注），投球回收率达到97%。

图9 2011—2012年单钻头进尺及平均机械钻速对比图

4 结束语

中国石油长庆油田公司苏里格南作业分公司针对苏里格南合作区内储层非均质性强、有效砂体规模小、储量丰度低、单井产量低等一系列问题，通过借鉴中石油苏里格气田其他区块成功开发经验，结合道达尔先进适用技术和精细化管理理念，形成了具有苏南特色的工厂化钻完井作业模式，实现了“三低”气田的规模效益开发。总结苏里格南合作区工厂化钻完井作业实践，主要经验如下。

1）树立了工厂化钻完井作业的理念和方案。工厂化钻完井代表的是一种先进的作业理念，相对于传统的钻完井作业方式，是一条探索性的革新之路。苏里格南合作区从2010年编制总体开发方案期间，就通过大胆创新和反复论证，率先提出采用工厂化作业的理念。通过采用基于丛式井组的工厂化钻完井作业方案，如上部地层钻井采取小钻机批量作业、下部地层钻井采取双钻机联合作业、压裂试气采取井丛批量作业等，以提高施工效率、降低操作成本。

2）集成了先进适用的技术工艺系列。高度集成化的工厂化作业，必须依靠先进的技术和技术体系作为基础。通过简化优化，苏里格南合作区形成了“高精度三维地震泊松比布井、钻头配套优选、井眼轨迹优化控制、TAP阀连续分层压裂、压裂液在线连续混配、多相流量计在线计量”等特色技术，有效地支撑了工厂化钻完井作业。

3）应用了精细化管理的手段和方法。井场做好部件现场拼装只是手段、形式，更重要的是现场管理和质量精度控制。好的管理出效益、促安全，好的管理才能把先进的技术实施下去。苏里格南合作区以信息化为载体，系统化设计，一体化运行，精细分析、精细组织、精细部署、精细施工，“从小、从细、从严、从实、从精”狠抓各项施工程序，为工厂化钻完井作业奠定了基础。

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