页岩气“井工厂”钻井关键技术

孙鹏

摘要：在页岩气开发中，为了更好的提升工作效率，研发了出了很多新型钻井技术，其中井工厂钻井技术就是其中一。在页岩气开发中，通过井工厂钻井技术应用，可以更好的节约成本。本文主要对“井工厂”开发的关键技术和我国“井工厂”钻井技术发展建议进行了阐述，以供参考。

关键词： 页岩气; 井工厂; 鉆井技术

近年来，国内外对页岩气勘探开发力度逐步加大。北美页岩气“井工厂”开发模式表明，“井工厂”技术能够有效提高作业效率，缩短投产周期，降低开发成本。“井工厂”钻井技术作为“井工厂”技术的重要组成部分，在页岩气高效开发过程中发挥着重要作用。“井工厂”钻井是以丛式水平井组的安全、快速、高效钻井为目标，采用一系列先进的钻完井技术和装备，利用可重复的井眼设计和对井下风险情况的有效控制，实现高效低成本钻井的一种作业方式。借鉴北美页岩气成功钻井经验，结合国内页岩气藏储层特征和钻井现状，开展了国内页岩气“井工厂”钻井关键技术研究，以促进我国页岩气商业化开发。

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，能在任意井位间移动，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，也降低了作业成本;

（ 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”开发的关键技术

2.1 井场部署

区块“工厂化”模式布井的原则是用尽可能少的井场布合理数量的井，以优化征地费用及钻井费用。单个井场占地面积由井组数决定，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及配套设施的布局。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。需要考虑的因素有以下几点：①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;③考虑钻井能力和井眼轨迹控制能力;④最大程度触及地下页岩气藏目标;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，然后移动钻机对其他井一开、固井，二开、固井，依次类推，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安装钻具组合时间，重复利用钻井液，大大减少了钻井液开支。

“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。

2.3可移动钻机

为了适应页岩气“井工厂”开发需要，国外公司开发出了全液压可移动钻机。可移动钻机系统以液缸作为提升系统，并由全套液压动力系统取代以往的绞车、井架等设备，具有结构简单、噪音小、污染少、自动化程度高等优点，可大幅提高作业效率、降低作业成本。相对于常规钻机来说，该钻机具有以下优势：①高移动性能。采用底座整体移动技术，通过优化钻机移动模块来实现钻机的自由移动，减少了钻机的拆卸、搬迁、安装等时间;②自动化。采用电、液、气一体化智能控制技术、嵌入自动钻井的力学计算程序的数字计算机钻井界面、精确的定位控制和远程控制等;③减少作业人员。钻井操作只需要配备4 名人员，钻台几乎所有的操作都由司钻完成，另外配备地面及其它辅助人员3 名即可进行钻井生产作业。

2.4钻井液循环利用和钻屑处理技术

针对页岩储层敏感性强，层理裂缝丰富，安全钻井液密度窗口窄等问题，国内页岩储层钻井一般采用具有抑制性强、稳定性好、有利于保护储层等特点的油基钻井液，但是成本较高，后期环境保护压力大。而“井工厂”钻井模式可以多次利用钻井液，降低成本。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。

“井工厂”钻井模式井位集中，利于对含油钻屑的集中处理。对含油钻屑的处理是页岩气开发的一大难题，目前国内外比较成熟的技术有回注法、焚烧法、钻屑清洗技术、热处理法等，但是，回注法必须有合适的地层，而且处理不当会对地层造成污染，焚烧法对环境存在二次污染，钻屑清洗技术可以降低固相钻屑的含油量，却又产生了更难处理的含油废水;目前使用较多的是热处理法，但热解析处理需要较高的系统温度，故而存在能耗大、现场操作风险高、控制系统庞大等缺点。

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：

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[2]姚健欢，姚猛，赵超，等. 新型“井工厂”技术开发页岩气优势探讨[J].天然气与石油， 2014（5）：52-56，10-11.

[3]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.

[4]牛新明. 涪陵页岩气田钻井技术难点及对策[J]. 石油钻探技术，2014（4）：1-6.

（作者单位：中石化中原石油工程公司钻井二公司）