我國非常規(guī)油氣資源潛力巨大，無論是中部的鄂爾多斯盆地和四川盆地，還是西部的塔里木、準(zhǔn)噶爾、吐哈盆地，以及東部的松遼、渤海灣海域盆地等均有廣泛分布。在全球低油價(jià)對(duì)非常規(guī)油氣資源勘探開發(fā)帶來巨大沖擊的今天，非常規(guī)油氣資源鉆完井降本增效更加急迫。

       我國非常規(guī)油氣資源勘探開發(fā)之初，存在配套設(shè)備儀器利用率低、施工周期長、工程成本過高等問題，嚴(yán)重制約了我國非常規(guī)油氣資源的勘探開發(fā)進(jìn)程?？v覽北美非常規(guī)油氣尤其是頁巖氣革命的進(jìn)程，“工廠化作業(yè)模式”作為三大核心技術(shù)之一，在提高生產(chǎn)效率、降低工程成本方面發(fā)揮了巨大作用。

       中國石化從2011年開始相繼在致密砂巖油氣藏、煤層氣藏、頁巖氣藏進(jìn)行“井工廠”模式的探索與應(yīng)用，并于2013年啟動(dòng)了“頁巖氣井工廠技術(shù)研究”重大科技攻關(guān)項(xiàng)目，逐步形成了適合我國特點(diǎn)的“井工廠”技術(shù)。

       下面幾篇文章在介紹“井工廠”模式在我國幾個(gè)非常規(guī)油氣藏區(qū)塊探索應(yīng)用的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)介紹了“井工廠”模式在涪陵頁巖氣田的研究與應(yīng)用情況，以期為進(jìn)一步促進(jìn)我國“井工廠”模式的研究與推廣應(yīng)用提供借鑒和參考。

       何謂“井工廠”？

       “井工廠”的概念起源于北美，最早是美國為了提高作業(yè)效率、降低工程成本，將大機(jī)器生產(chǎn)的流水作業(yè)線方式移植來用于非常規(guī)油氣資源的勘探開發(fā)?！熬S”技術(shù)可以概括為：在同一地區(qū)集中布置大批相似井，使用大量標(biāo)準(zhǔn)化的裝備或服務(wù)，以生產(chǎn)或裝配流水線作業(yè)的方式進(jìn)行鉆井和完井的一種高效低成本的作業(yè)模式。其主要特點(diǎn)體現(xiàn)為：系統(tǒng)化、流程化、批量化、標(biāo)準(zhǔn)化、自動(dòng)化、效益最大化。

       涪陵“井工廠”技術(shù)領(lǐng)跑國內(nèi)頁巖氣開發(fā)

       涪陵的“井工廠”施工模式目前處于什么水平？

       “中國石化研究形成的山地‘井工廠’技術(shù)達(dá)到了國內(nèi)領(lǐng)先水平，應(yīng)用規(guī)模和效果走在了國內(nèi)前列?！比涨?，在涪陵頁巖氣田鉆完井技術(shù)研討會(huì)上，來自中國石化石油工程技術(shù)研究院的張金成專家如是說。       從資源有效動(dòng)用率、土地節(jié)約面積、鉆機(jī)移動(dòng)效率、設(shè)備利用率、工藝流程優(yōu)化等方面，全面對(duì)比國內(nèi)外“井工廠”模式，涪陵頁巖氣田無疑都實(shí)現(xiàn)了“建成示范、走在前列”的初衷。

       探索——走“中國特色井工廠”之路

       涪陵頁巖氣田繼2012年取得重大發(fā)現(xiàn)后，進(jìn)入試驗(yàn)評(píng)價(jià)階段。一口口高產(chǎn)井帶給人們振奮之余，還留下一個(gè)大大的問號(hào)：面對(duì)非常規(guī)資源勘探開發(fā)施工周期長、工程成本高等難題，如何充分利用“井工廠”技術(shù)優(yōu)勢實(shí)現(xiàn)氣田經(jīng)濟(jì)高效開發(fā)？

       在全面對(duì)比涪陵與北美類似區(qū)塊的情況后，有關(guān)專家得出結(jié)論：涪陵頁巖氣地表特征、儲(chǔ)層埋深和儲(chǔ)層復(fù)雜程度與北美相比有很大不同，其勘探開發(fā)難度更大，不能簡單復(fù)制北美頁巖氣工程技術(shù)，急需形成適合我國頁巖氣特點(diǎn)的“井工廠”技術(shù)體系。

       走“中國特色井工廠”之路成為必然，一切只能摸著石頭過河。那么，“石頭”在哪里？

       從規(guī)劃“藍(lán)圖”入手，涪陵頁巖氣公司與中國石化工程院等單位一道，對(duì)氣田地質(zhì)、工程實(shí)行一體化設(shè)計(jì)。他們堅(jiān)持最大程度動(dòng)用頁巖氣儲(chǔ)量資源的原則，根據(jù)目前水平井鉆井能力，提出了經(jīng)濟(jì)型“井工廠”平臺(tái)布局方法、全覆蓋交叉式布井方法、正反向?qū)ΨQ式及魚鉤式井眼軌道設(shè)計(jì)方法。工程設(shè)計(jì)按照“流水線作業(yè)，實(shí)現(xiàn)無縫銜接”的思路，對(duì)鉆機(jī)運(yùn)移方式、作業(yè)流程、鉆井液的重復(fù)利用等展開研究。

       為滿足“井工廠”作業(yè)對(duì)鉆機(jī)快速移動(dòng)的要求，他們加快設(shè)備升級(jí)改造工作，在焦頁5號(hào)平臺(tái)，開展應(yīng)用軌道平移技術(shù)順利完成大型鉆機(jī)整體搬遷，為實(shí)施“井工廠”鉆井作業(yè)積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

       實(shí)踐——流程再造，工藝優(yōu)化

       焦頁30號(hào)平臺(tái)自2014年2月20日開鉆，就成為萬眾矚目的焦點(diǎn)。在鉆井隊(duì)隊(duì)長曹華的記憶里，最多的時(shí)候，他們一天要接待五六撥來參觀“井工廠”的人。

       在涪陵頁巖氣田拉開一期產(chǎn)建序幕之際，涪陵工區(qū)首個(gè)采用“井工廠”模式的鉆井平臺(tái)變成現(xiàn)實(shí)。4月4日，焦頁9號(hào)平臺(tái)，“井工廠”拉鏈?zhǔn)綁毫言囼?yàn)也隨之展開。

       “當(dāng)時(shí)我們預(yù)測‘井工廠’鉆井平均單井周期81天，許多人都覺得這是不可能完成的任務(wù)?！备⒘觏搸r氣公司鉆井工程項(xiàng)目部主任艾軍回憶說。

       最終，焦頁30號(hào)平臺(tái)平均單井完井周期51天，平均完井周期同比縮短22天，油基鉆井液使用量同比減少41.46%；焦頁9號(hào)平臺(tái)井工廠交叉壓裂提高施工效率達(dá)到40%以上，同比少動(dòng)用35%的壓裂車輛。

       成功的意義不僅體現(xiàn)在數(shù)據(jù)上。從逐口井作業(yè)模式，轉(zhuǎn)為平臺(tái)批量化流水線模塊作業(yè)模式，帶來的是流程再造的挑戰(zhàn)。工程技術(shù)人員密切配合，分解傳統(tǒng)施工流程，創(chuàng)新性地按時(shí)間、空間、設(shè)備進(jìn)行重新組合，并建立了一套完整的行業(yè)規(guī)范，為標(biāo)準(zhǔn)化鉆井、壓裂施工提供了規(guī)范保障。

       “施工中，各井段的鉆具組合、螺桿類型、鉆井參數(shù)等被逐漸固化成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，人人都干標(biāo)準(zhǔn)活成為現(xiàn)實(shí)。”曹華對(duì)此深有體會(huì)。

       有了規(guī)范化施工的依據(jù)，涪陵“井工廠”模式得以全面推廣。涪陵頁巖氣公司隨后在17個(gè)平臺(tái)67口井應(yīng)用“井工廠”模式。焦頁42號(hào)平臺(tái)4口井同步壓裂施工，創(chuàng)造了國內(nèi)單平臺(tái)壓裂機(jī)組最多、連續(xù)施工壓裂段數(shù)最多等8項(xiàng)施工紀(jì)錄。

       完善——?jiǎng)?chuàng)新之路無盡頭

       在焦頁1號(hào)集氣站，細(xì)心的參觀者發(fā)現(xiàn)，每一臺(tái)撬裝裝置外觀都不一樣。

       “這是撬裝化設(shè)備技術(shù)不斷進(jìn)步的最好見證，比如匯管撬的閥門開關(guān)，最新的就比第一代減少了10個(gè)，在確保安全的前提下，操作更加簡便。”涪陵頁巖氣公司負(fù)責(zé)采氣工程的劉喬平說。

       撬裝化建站作為“井工廠”作業(yè)模式的最后一環(huán)，其演變歷程同樣是創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)氣田高效開發(fā)的生動(dòng)體現(xiàn)。為了加快一期產(chǎn)建步伐，涪陵頁巖氣公司技術(shù)中心與相關(guān)單位一道，不斷改進(jìn)設(shè)計(jì)方案，將原本逐一設(shè)計(jì)、分開采購、分散擺放、現(xiàn)場安裝的各種設(shè)備，變?yōu)榻y(tǒng)一設(shè)計(jì)、統(tǒng)一廠商、統(tǒng)一規(guī)格的設(shè)備，并提前合理集成、高效快捷地安裝在一起，達(dá)到地面集輸設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊、便于管理，節(jié)省占地面積，減少現(xiàn)場安裝，縮短集氣站建設(shè)周期，降低后期維護(hù)成本的目的。截至目前，集輸站地面工程撬裝技術(shù)成果已在涪陵頁巖氣田100多口井推廣應(yīng)用，占總數(shù)的98%以上。

       從去年試點(diǎn)到今年大面積推廣，涪陵“井工廠”模式創(chuàng)造了令人驚嘆的“涪陵速度”。一次次被改寫的施工紀(jì)錄，標(biāo)志著涪陵“井工廠”模式正日趨走向成熟。

       在涪陵頁巖氣田的探索應(yīng)用

       涪陵頁巖氣田是我國首個(gè)投入商業(yè)化開發(fā)的國家級(jí)頁巖氣示范區(qū)，如果采用單井或叢式井開發(fā)模式，開發(fā)周期長、工程成本高、經(jīng)濟(jì)效益差。

       2014年，涪陵頁巖氣田在焦頁30號(hào)平臺(tái)率先開展了“井工廠”試驗(yàn)。共布置4口井，成單排排列，井口間距10米，采用一臺(tái)輪軌式橫向移動(dòng)的50型鉆機(jī)。2月20日開鉆，9月1日完鉆，完鉆井深分別為4506米、4188米、4238米和4055米。整個(gè)平臺(tái)僅用118天完成鉆井作業(yè)，四口井平均建井周期53.70天，比同期井縮短了28.1天，縮短了34.35%；平均搬安時(shí)間3.16天，比同期井縮短了5.03天，同比縮短了61.42%；平均中完作業(yè)時(shí)間6.10天，比同期井縮短了7.61天，同比縮短了55.51%；平均使用油基鉆井液240立方米，比同期井減少170立方米，同比減少了41.46%?，F(xiàn)場試驗(yàn)獲得巨大成功。

       此后在17個(gè)平臺(tái)67口井推廣應(yīng)用了“井工廠”模式，現(xiàn)已基本形成了一套適合涪陵頁巖氣田高效開發(fā)的山地特點(diǎn)“井工廠”模式。這種開發(fā)模式極大地提高了作業(yè)效率、縮短了開發(fā)周期、降低了開發(fā)成本，為涪陵頁巖氣田年50億立方米一期產(chǎn)能建設(shè)的順利完成提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。

       涪陵頁巖氣田山地特色“井工廠”技術(shù)

       中國石化以“工程一體化”為基本理念，以“全過程低成本”為優(yōu)化目標(biāo)，按照“學(xué)習(xí)-引進(jìn)-消化-吸收-再創(chuàng)新”的思路，通過關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)和現(xiàn)場實(shí)踐，形成了一套適合我國山地特色的頁巖氣“井工廠”技術(shù)系列。       “井工廠”地面布局與井眼軌道優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)

       形成了以經(jīng)濟(jì)型“井工廠”平臺(tái)布局方法、全覆蓋交叉式布井方法、正反向?qū)ΨQ式及魚鉤式井眼軌道設(shè)計(jì)方法為核心的“井工廠”地面布局與井眼軌道優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)。實(shí)現(xiàn)了地下儲(chǔ)層資源利用最大化，可達(dá)100%；地面土地節(jié)約最大化，達(dá)80%以上；同時(shí)滿足了當(dāng)年完成建平臺(tái)、鉆井、壓裂、試氣、投產(chǎn)的開發(fā)需求。

       “井工廠”鉆井作業(yè)模式

       形成了基于防噴器組與鉆機(jī)整體移動(dòng)的鉆井設(shè)備快速移運(yùn)技術(shù)、以鉆井開次為單元的 “井工廠”流水線作業(yè)模式、鉆井液重復(fù)利用技術(shù)，基于學(xué)習(xí)曲線的“井工廠”鉆井提速技術(shù)等為核心的 “井工廠”高效鉆井作業(yè)模式。焦頁30號(hào)平臺(tái)平均建井周期53.70天，比同期井縮短了34.35%；平均搬安時(shí)間3.16天，比同期井縮短了61.42%；平均中完作業(yè)時(shí)間6.10天，比同期井縮短了55.51%；平均使用油基鉆井液240立方米，比同期井減少了41.46%。大大提高了作業(yè)效率，縮短了建井周期。

       “井工廠”壓裂作業(yè)模式

       形成了基于“泵送橋塞-射孔聯(lián)作”與壓裂液泵注并行的“井工廠”壓裂設(shè)備配套方案與地面布局方案，基于單套壓裂機(jī)組的拉鏈?zhǔn)綁毫涯Ｊ剑陔p套壓裂機(jī)組的同步式壓裂模式為核心的 “井工廠”壓裂作業(yè)模式。兩口井拉鏈?zhǔn)綁毫涯Ｊ奖葐尉畨毫涯Ｊ狡骄鶈尉┕ぶ芷诳s短了40.28%，設(shè)備轉(zhuǎn)運(yùn)費(fèi)減少了42.13%；4口井拉鏈?zhǔn)绞綁毫涯Ｊ奖葐尉畨毫涯Ｊ狡骄鶈尉┕ぶ芷诳s短了56.60%，設(shè)備轉(zhuǎn)運(yùn)費(fèi)減少了40.10%。同步式壓裂模式與單井壓裂模式相比，施工效率提高50%以上，減少壓裂車輛動(dòng)用35%。

       “井工廠”撬裝化建站技術(shù)

       形成了以加熱爐、氣水分離器、匯管撬及調(diào)壓設(shè)備等為一體的撬裝集成設(shè)計(jì)技術(shù)，研制出了適用于涪陵頁巖氣“井工廠”集輸站的加熱爐撬、分離器撬、匯管撬和調(diào)壓撬等設(shè)備。目前涪陵頁巖氣田地面集輸設(shè)備已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)了撬裝化。每套單井流程建設(shè)施工周期減少了16天，占地面積減少了190平方米。

        截至目前，制定行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)兩項(xiàng)、中國石化企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)3項(xiàng)，申報(bào)發(fā)明專利5項(xiàng)，發(fā)表論文15篇，其核心技術(shù)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，在涪陵頁巖氣田一期50億立方米產(chǎn)能建設(shè)中發(fā)揮了重要作用，在業(yè)界形成了較大的影響力。