中国工业制造业面临的技术瓶颈与工厂化作业的关键技术.docVIP

【专业控】工厂化作业的关键技术和“中国瓶颈”

文|陈平等

油气藏地质及开发工程国家重点试验室(西南石油大学)

近年来，国内外对页岩气勘探开发力度逐渐加大。

北美页岩气“井工厂”开发模式表明，“井工厂”技术可以有效提高作业效率，缩短投产周期，减少开发成本。“井工厂”钻井技术作为“井工厂”技术的

重要构成部分，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、迅速、高效钻井为目的，采用一系列先进的钻完井技术和装备，运用可反复的井眼设计和对井下风险状况的有效

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性和钻井现实状况，

开展了国内页岩气“井工厂”钻井关键技术研究,以增进我国页岩气商业化开发。

1、“井工厂”钻井技术现实状况

页岩气开发经历了直井、水平井、分支井、丛式井、“井工厂”开发的发展历程。2023年此前，页岩气开发重要采用直井和水力压裂技术；2023年，美国在开发Barnett页岩时开始试验应用水平井和水力压裂技术，明显提高了气井

产量，且不明显增长开发成本。

随即，为深入减少成本，减少环境和生态影响，提高资源及设备运用率，将

“井工厂”理念引入页岩气开发，提出建立原则化作业的“井工厂”开发模式，

以期通过全过程精细控制实现页岩气开发规模效益化，拉开了页岩气“井工厂”

开发的帷幕。

目前，美国致密砂岩气、页岩气开发，加拿大页岩油气开发，墨西哥湾及巴

西深水油田开发等均采用“井工厂”技术。

美国Marcellus页岩气区自2023年采用“井工厂”技术后，垂深2500m、水平段长1300m的水平井钻井周期仅为27d,2023年该气区超过78%的井采

用“井工厂”开发模式。

加拿大Groundbirch页岩气开发中采用了“井工厂”技术，单个井场布井24口，钻井过程中通过运用学习曲线法则，单井钻井周期从前期的约40.0d降至9.8d,单井平均使用钻头数量从17只降至3只，极大地缩短了钻井周期、减

少了钻井成本。

我国在初期海洋石油钻井过程中，受作业平台面积限制，广泛应用了丛式井

钻井技术，形成了“井工厂”钻井技术的雏形。

近年来，陆上油气田在页岩气、低渗透天然气等非常规油气资源开发中，逐

渐探索应用“井工厂”作业模式。

2023年以来，中国石化在鄂尔多斯大牛地气田和胜利油田非常规区块、涪陵页岩气示范区等开展了“井工厂”作业模式的探索与研究获得了阶段性成果，

初步形成了适合地区特点的“井工厂”作业模式。

2023年以来，中国石油先后在苏里格南合作区、苏里格气田苏53区块以及威远-长宁页岩气示范区等进行了“井工厂”作业模式的探索与实践，其中，

苏里格南合作区“井工厂”作业模式的应用最为成熟。

2、页岩气“井工厂”钻井关键技术

页岩气“井工厂”钻井关键技术重要包括：复杂地表环境下井场地面布局及地下立体井网的优化设计，三维丛式水平井组井眼轨道设计与井眼轨迹控制，反

复风险控制，钻井液技术和长水平段固井技术等。

2.1井场布局及井网优化

国外“井工厂”钻井普遍采用丛式水平井组的钻井方式，井场布置和井网优化是其关键问题之一，直接影响着钻完井效率、储层改造效果以及投产周期。国外针对“井工厂”钻井的井场所理布局问题，提出对钻井施工(包括钻前施工、材料供应、钻机移动、电力供应等)、储层改造(包括通井、洗井、试压等)和油气井维护等进行系统优化，强调各施工环节间的持续性和可调整性，同步运用

三维地震技术对水平井进行立体化布署。

采出程度,%

采出程度,%

平均单井产能/10m

测试空

测试空控制中心裂缝分析空健康及环境保护

钻井液池

80m

钻

柴油罐

钻

柴油罐

180m

50

54m

70m

8m

基础设施建设区域

.220m-

钴井液池

液罐

开泵

钻井液池

罐

水罐

柴油机

柴油罐

柴油罐

化学品储存空

井钴

液聚

固控设备

火炬装置

井开

柴油机

圆井

水精

钻

HornRiver页岩气区“井工厂”作业井场布局

HornRiver页岩气区“井工厂”钻井井场布置状况如图所示，该井场采用排状井网布井，每一井排包括12口井，井槽间距为8m,圆井深度为5m,保

证采油树总成能完全坐落于圆井中而不影响地面钻机移动。

时间/a

不同布井方式数值模拟结果

曾保全等人运用数值模拟措施进行了布井方式研究，成果表明(见图),排状正对井网略优于其他2种井网形态;同步排状正对井网有助于实现“井工厂”钻井,且能通过学习曲线法则提高待钻井眼的钻井效率，