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经济开发非常规油气藏之路-井工厂技术简介

2016-06-01  来自: 洛阳水星天成石油设备有限公司 浏览次数:471

我国非常规油气资源潜力巨大,无论是中部的鄂尔多斯盆地和四川盆地,还是西部的塔里木、准噶尔、吐哈盆地,以及东部的松辽、渤海湾海域盆地等均有广泛分布。在全球低油价对非常规油气资源勘探开发带来巨大冲击的今天,非常规油气资源钻完井降本增效更加急迫。

  我国非常规油气资源勘探开发之初,存在配套设备仪器利用率低、施工周期长、工程成本过高等问题,严重制约了我国非常规油气资源的勘探开发进程。纵览北美非常规油气尤其是页岩气革命的进程,“工厂化作业模式”作为三大核心技术之一,在提高生产效率、降低工程成本方面发挥了巨大作用。

  中国石化从2011年开始相继在致密砂岩油气藏、煤层气藏、页岩气藏进行“井工厂”模式的探索与应用,并于2013年启动了“页岩气井工厂技术研究”重大科技攻关项目,逐步形成了适合我国特点的“井工厂”技术。

  下面在介绍“井工厂”模式在我国几个非常规油气藏区块探索应用的基础上,重点介绍了“井工厂”模式在涪陵页岩气田的研究与应用情况,以期为进一步促进我国“井工厂”模式的研究与推广应用提供借鉴和参考。

  何谓“井工厂”?

  “井工厂”的概念起源于北美,最早是美国为了提高作业效率、降低工程成本,将大机器生产的流水作业线方式移植来用于非常规油气资源的勘探开发。“井工厂”技术可以概括为:在同一地区集中布置大批相似井,使用大量标准化的装备或服务,以生产或装配流水线作业的方式进行钻井和完井的一种高效低成本的作业模式。其主要特点体现为:系统化、流程化、批量化、标准化、自动化、效益最大化。

  涪陵“井工厂”技术领跑国内页岩气开发

  涪陵的“井工厂”施工模式目前处于什么水平?

  “中国石化研究形成的山地‘井工厂’技术达到了国内领先水平,应用规模和效果走在了国内前列。”日前,在涪陵页岩气田钻完井技术研讨会上,来自中国石化石油工程技术研究院的张金成专家如是说。

  从资源有效动用率、土地节约面积、钻机移动效率、设备利用率、工艺流程优化等方面,全面对比国内外“井工厂”模式,涪陵页岩气田无疑都实现了“建成示范、走在前列”的初衷。

  探索——走“中国特色井工厂”之路

  涪陵页岩气田继2012年取得重大发现后,进入试验评价阶段。一口口高产井带给人们振奋之余,还留下一个大大的问号:面对非常规资源勘探开发施工周期长、工程成本高等难题,如何充分利用“井工厂”技术优势实现气田经济高效开发?

  在全面对比涪陵与北美类似区块的情况后,有关专家得出结论:涪陵页岩气地表特征、储层埋深和储层复杂程度与北美相比有很大不同,其勘探开发难度更大,不能简单复制北美页岩气工程技术,急需形成适合我国页岩气特点的“井工厂”技术体系。

  走“中国特色井工厂”之路成为必然,一切只能摸着石头过河。那么,“石头”在哪里?

  从规划“蓝图”入手,涪陵页岩气公司与中国石化工程院等单位一道,对气田地质、工程实行一体化设计。他们坚持动用页岩气储量资源的原则,根据目前水平井钻井能力,提出了经济型“井工厂”平台布局方法、全覆盖交叉式布井方法、正反向对称式及鱼钩式井眼轨道设计方法。工程设计按照“流水线作业,实现无缝衔接”的思路,对钻机运移方式、作业流程、钻井液的重复利用等展开研究。

  为满足“井工厂”作业对钻机快速移动的要求,他们加快设备升级改造工作,在焦页5号平台,开展应用轨道平移技术顺利完成大型钻机整体搬迁,为实施“井工厂”钻井作业积累了宝贵经验。

  实践——流程再造,工艺优化

  焦页30号平台自2014年2月20日开钻,就成为万众瞩目的焦点。在钻井队队长曹华的记忆里,最多的时候,他们一天要接待五六拨来参观“井工厂”的人。

  在涪陵页岩气田拉开一期产建序幕之际,涪陵工区采用“井工厂”模式的钻井平台变成现实。4月4日,焦页9号平台,“井工厂”拉链式压裂试验也随之展开。

  “当时我们预测‘井工厂’钻井平均单井周期81天,许多人都觉得这是不可能完成的任务。”涪陵页岩气公司钻井工程项目部主任艾军回忆说。

  最终,焦页30号平台平均单井完井周期51天,平均完井周期同比缩短22天,油基钻井液使用量同比减少41.46%;焦页9号平台井工厂交叉压裂提高施工效率达到40%以上,同比少动用35%的压裂车辆。

  成功的意义不仅体现在数据上。从逐口井作业模式,转为平台批量化流水线模块作业模式,带来的是流程再造的挑战。工程技术人员密切配合,分解传统施工流程,创新性地按时间、空间、设备进行重新组合,并建立了一套完整的行业规范,为标准化钻井、压裂施工提供了规范保障。

  “施工中,各井段的钻具组合、螺杆类型、钻井参数等被逐渐固化成统一标准,人人都干标准活成为现实。”曹华对此深有体会。

  有了规范化施工的依据,涪陵“井工厂”模式得以全面推广。涪陵页岩气公司随后在17个平台67口井应用“井工厂”模式。焦页42号平台4口井同步压裂施工,创造了国内单平台压裂机组最多、连续施工压裂段数最多等8项施工纪录。

  完善——创新之路无尽头

  在焦页1号集气站,细心的参观者发现,每一台撬装装置外观都不一样。

  “这是撬装化设备技术不断进步的见证,比如汇管撬的阀门开关,的就比第一代减少了10个,在确保安全的前提下,操作更加简便。”涪陵页岩气公司负责采气工程的刘乔平说。

  撬装化建站作为“井工厂”作业模式的最后一环,其演变历程同样是创新驱动气田高效开发的生动体现。为了加快一期产建步伐,涪陵页岩气公司技术中心与相关单位一道,不断改进设计方案,将原本逐一设计、分开采购、分散摆放、现场安装的各种设备,变为统一设计、统一厂商、统一规格的设备,并提前合理集成、高效快捷地安装在一起,达到地面集输设备结构紧凑、便于管理,节省占地面积,减少现场安装,缩短集气站建设周期,降低后期维护成本的目的。截至目前,集输站地面工程撬装技术成果已在涪陵页岩气田100多口井推广应用,占总数的98%以上。

  从去年试点到今年大面积推广,涪陵“井工厂”模式创造了令人惊叹的“涪陵速度”。一次次被改写的施工纪录,标志着涪陵“井工厂”模式正日趋走向成熟。

  在涪陵页岩气田的探索应用

  涪陵页岩气田是我国投入商业化开发的页岩气示范区,如果采用单井或丛式井开发模式,开发周期长、工程成本高、经济效益差。

  2014年,涪陵页岩气田在焦页30号平台率先开展了“井工厂”试验。共布置4口井,成单排排列,井口间距10米,采用一台轮轨式横向移动的50型钻机。2月20日开钻,9月1日完钻,完钻井深分别为4506米、4188米、4238米和4055米。整个平台仅用118天完成钻井作业,四口井平均建井周期53.70天,比同期井缩短了28.1天,缩短了34.35%;平均搬安时间3.16天,比同期井缩短了5.03天,同比缩短了61.42%;平均中完作业时间6.10天,比同期井缩短了7.61天,同比缩短了55.51%;平均使用油基钻井液240立方米,比同期井减少170立方米,同比减少了41.46%。现场试验获得巨大成功。

  此后在17个平台67口井推广应用了“井工厂”模式,现已基本形成了一套适合涪陵页岩气田高效开发的山地特点“井工厂”模式。这种开发模式极大地提高了作业效率、缩短了开发周期、降低了开发成本,为涪陵页岩气田年50亿立方米一期产能建设的顺利完成提供了强有力的技术支撑。

  涪陵页岩气田山地特色“井工厂”技术

  中国石化以“工程一体化”为基本理念,以“全过程低成本”为优化目标,按照“学习-引进-消化-吸收-再创新”的思路,通过关键技术攻关和现场实践,形成了一套适合我国山地特色的页岩气“井工厂”技术系列。

  “井工厂”地面布局与井眼轨道优化设计技术

  形成了以经济型“井工厂”平台布局方法、全覆盖交叉式布井方法、正反向对称式及鱼钩式井眼轨道设计方法为核心的“井工厂”地面布局与井眼轨道优化设计技术。实现了地下储层资源利用最大化,可达100%;地面土地节约最大化,达80%以上;同时满足了当年完成建平台、钻井、压裂、试气、投产的开发需求。

  “井工厂”钻井作业模式

  形成了基于防喷器组与钻机整体移动的钻井设备快速移运技术、以钻井开次为单元的 “井工厂”流水线作业模式、钻井液重复利用技术,基于学习曲线的“井工厂”钻井提速技术等为核心的 “井工厂”高效钻井作业模式。焦页30号平台平均建井周期53.70天,比同期井缩短了34.35%;平均搬安时间3.16天,比同期井缩短了61.42%;平均中完作业时间6.10天,比同期井缩短了55.51%;平均使用油基钻井液240立方米,比同期井减少了41.46%。大大提高了作业效率,缩短了建井周期。

  “井工厂”压裂作业模式

  形成了基于“泵送桥塞-射孔联作”与压裂液泵注并行的“井工厂”压裂设备配套方案与地面布局方案,基于单套压裂机组的拉链式压裂模式,基于双套压裂机组的同步式压裂模式为核心的 “井工厂”压裂作业模式。两口井拉链式压裂模式比单井压裂模式平均单井施工周期缩短了40.28%,设备转运费减少了42.13%;4口井拉链十同步式压裂模式比单井压裂模式平均单井施工周期缩短了56.60%,设备转运费减少了40.10%。同步式压裂模式与单井压裂模式相比,施工效率提高50%以上,减少压裂车辆动用35%。

  “井工厂”撬装化建站技术

  形成了以加热炉、气水分离器、汇管撬及调压设备等为一体的撬装集成设计技术,研制出了适用于涪陵页岩气“井工厂”集输站的加热炉撬、分离器撬、汇管撬和调压撬等设备。目前涪陵页岩气田地面集输设备已经基本实现了撬装化。每套单井流程建设施工周期减少了16天,占地面积减少了190平方米。

  截至目前,制定行业标准两项、中国石化企业标准3项,申报发明专利5项,发表论文15篇,其核心技术具有自主知识产权,在涪陵页岩气田一期50亿立方米产能建设中发挥了重要作用,在业界形成了较大的影响力。


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