劉乃震 柳 明

（中國石油長城鉆探工程有限公司，北京 100101）

蘇里格氣田蘇53區(qū)塊工廠化作業(yè)實(shí)踐

劉乃震 柳 明

（中國石油長城鉆探工程有限公司，北京 100101）

工廠化作業(yè)可以大大提高施工效率、降低施工成本，是目前開發(fā)致密氣藏的主要趨勢。在總結(jié)國內(nèi)外成功經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，在進(jìn)行充分的先導(dǎo)試驗(yàn)之后，優(yōu)選了蘇里格氣田蘇53區(qū)塊進(jìn)行工廠化作業(yè)實(shí)踐：①200 m×300 m的大平臺分兩排共部署13口井，包括10口水平井、2口定向井和1口直井；②1部ZJ30車載鉆機(jī)批量打表層，2部ZJ50機(jī)械鉆機(jī)批量打直井段、造斜段和水平段；③采用“1+2+2”鉆頭模板和鉆機(jī)平移技術(shù)，大大縮短了鉆井周期；④分別采用段內(nèi)多裂縫壓裂和同步壓裂技術(shù)對水平井進(jìn)行體積改造，連續(xù)混配技術(shù)和速溶瓜膠壓裂液體系的研制保證了同步壓裂的成功實(shí)施。工廠化作業(yè)水平井鉆井平均機(jī)械鉆速11.5 m/h，比2012年提升了4.99 m/h，節(jié)約了大量接甩鉆具和固井候凝時間，重復(fù)利用鉆井液2 100 m3；對13口井實(shí)施的工廠化壓裂僅用時13 d，比常規(guī)單井壓裂縮短了10 d。截止2014年3月15日，平臺平均日產(chǎn)97.231×104m3，累產(chǎn)10 500.17×104m3，其中同步壓裂6口井平均單井日產(chǎn)9.873×104m3，效果顯著。

蘇53區(qū)塊；致密砂巖；工廠化作業(yè)；鉆機(jī)平移；同步壓裂；連續(xù)混配

蘇里格氣田在大面積含氣、小面積富集的整體含氣特點(diǎn)下，具有非均質(zhì)性強(qiáng)、有效砂體控制規(guī)模小、單井產(chǎn)能低等特點(diǎn)，是典型的“低孔、低滲、低豐度”致密砂巖氣藏，開發(fā)難度非常大［1-2］。多年來，通過不斷的探索和實(shí)踐，從水平井壓裂改造開發(fā)適用性研究、富集區(qū)水平井整體開發(fā)先導(dǎo)試驗(yàn)、直叢井組整體開發(fā)先導(dǎo)試驗(yàn)到蘇53區(qū)塊工廠化水平井組先導(dǎo)試驗(yàn)，長城鉆探逐漸形成了一套規(guī)模開發(fā)蘇里格氣田含氣富集區(qū)的技術(shù)體系。筆者總結(jié)了蘇53區(qū)塊工廠化作業(yè)的成功經(jīng)驗(yàn)，為規(guī)?；_發(fā)蘇里格氣田含氣富集區(qū)提供借鑒。

1 平臺設(shè)計

1.1 區(qū)塊特征

蘇53區(qū)塊面積999 km2，地質(zhì)儲量682.24×108m3，目的層為盒8段和山1段，屬于巖性圈閉氣藏。盒8段為主力產(chǎn)氣層，面積302.4 km2，地質(zhì)儲量449.1×108m3；山1段儲氣富集區(qū)位于區(qū)塊西南部，氣層厚度大于9 m的面積為59.16 km2，地質(zhì)儲量67.98×108m3，具備了開發(fā)的資源基礎(chǔ)。

如表1所示，盒8段和山1段儲層滲透率較低，有效含氣厚度?。豢v向上，盒8段和山1段之間有分布穩(wěn)定、發(fā)育良好的泥巖隔層。根據(jù)巖心分析發(fā)現(xiàn)，蘇53區(qū)塊宏觀構(gòu)造裂縫不發(fā)育，局部微構(gòu)造裂縫較為發(fā)育；富含石英或碳酸鹽巖等脆性礦物，大規(guī)模水力壓裂時易于形成網(wǎng)狀裂縫；彈性模量高、泊松比低，具備了進(jìn)行體積壓裂的條件［3-5］。因此，優(yōu)選區(qū)塊西南部上下儲層集中發(fā)育區(qū)為工廠化作業(yè)區(qū)域，控制地質(zhì)儲量18.5×108m3。

表1 蘇53區(qū)塊基本物性參數(shù)

1.2 井組部署

平臺設(shè)計井?dāng)?shù)13口，包括10口水平井（盒8段6口，山1段4口）、2口定向井和1口直井。根據(jù)《叢式井井場布置原則及要求》（SY/T 6241—1996）的要求，綜合考慮鉆井、完井、壓裂、試氣等交叉作業(yè)的情況，設(shè)計平臺尺寸為200 m×300 m，13口井分兩排布置，排距50 m，井距15 m，為集中壓裂需要，泥漿池位置拉開一個井距。

2 鉆井工程方案

工廠化鉆井的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在：（1）密集井口布置減少了征地費(fèi)用，鉆井液重復(fù)利用減少了鉆井費(fèi)用，批量鉆井減少了折舊費(fèi)用；（2）集成大井場建設(shè)縮短了井場建設(shè)時間，多鉆機(jī)密集鉆井縮短了鉆井總周期。2012年，長城鉆探在蘇11和蘇53區(qū)塊分別部署實(shí)施了9口直井平臺鉆井和2口水平井平臺鉆井工程，為蘇53區(qū)塊大平臺水平井組鉆井提供了經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)儲備。在此次蘇53區(qū)塊大平臺鉆井中，3支鉆井隊(duì)分別使用1部ZJ30車載鉆機(jī)和2部ZJ50機(jī)械鉆機(jī)同時施工，ZJ30車載鉆機(jī)批量打表層，ZJ50機(jī)械鉆機(jī)批量打直井段、造斜段和水平段。

2.1 井眼軌跡優(yōu)化

采用井組整體設(shè)計的觀念，綜合考慮井組內(nèi)各井的軌跡要求，做好施工順序的安排，達(dá)到最優(yōu)的軌道設(shè)計。實(shí)際設(shè)計中主要遵循以下原則：（1）采用中曲率半徑軌道剖面設(shè)計，方便軌跡控制和水平段鉆進(jìn)；（2）各井造斜點(diǎn)位置相互錯開，做好井眼防碰設(shè)計；（3）保證安全的前提下，提前調(diào)整軌跡，減少后期方位角的變化；（4）從外到內(nèi)，由難及易，中間井為邊緣井提供便利。通過優(yōu)化，盒8段和山1段的最優(yōu)井距均為600 m，設(shè)計水平段長均為1 000 m左右，水平井筒方位分別為347°和13°；水平井在縱向上的軌跡則盡量保持在儲層中部，以提高波及效率。

2.2 “1+2+2”技術(shù)模板

根據(jù)蘇53區(qū)塊水平井鉆井的鉆頭使用情況，分別統(tǒng)計分析了直井段、造斜段和水平段鉆進(jìn)中使用效果最好的鉆頭，總結(jié)出“1+2+2”鉆頭模板：（1）直井段選擇1只?222 mm PDC鉆頭；（2）造斜、扭方位井段選擇2只?215 mm PDC鉆頭；（3）水平段選擇2只?152 mm PDC鉆頭。

2.3 鉆機(jī)平移技術(shù)

鉆機(jī)平移裝置由導(dǎo)軌和液壓移動控制系統(tǒng)組成，在不甩鉆具情況下，可實(shí)現(xiàn)鉆機(jī)在導(dǎo)軌上前后移動，3 h可整體平移至下一井位。

除此之外，通過優(yōu)化有機(jī)硅鉆井液體系，鉆井液密度從1.25 g/cm3降低至1.15~1.18 g/cm3，同時加入隨鉆堵漏劑SQD-98，起到很好的防漏作用；引入油層保護(hù)劑石蠟，增強(qiáng)鉆井液封堵性、防塌能力；通過對潤滑劑的優(yōu)選和復(fù)配，增強(qiáng)鉆井液的潤滑能力；增加磺化處理劑含量，增強(qiáng)鉆井液的穩(wěn)定性。

3 工廠化體積壓裂

工廠化體積壓裂起源于美國頁巖氣開發(fā)，逐漸推廣應(yīng)用到致密砂巖氣藏的開發(fā)［6-7］。根據(jù)施工井?dāng)?shù)的不同，體積壓裂分為單井體積壓裂和多井體積壓裂。單井體積壓裂是指對水平井每段內(nèi)進(jìn)行多裂縫改造，盡可能地擴(kuò)大水平井的改造體積；多井體積壓裂多指同步壓裂［8-9］，通過改變井間地應(yīng)力場實(shí)現(xiàn)儲層中微裂縫的開啟，從而達(dá)到體積改造的效果。

3.1 段內(nèi)暫堵技術(shù)

由于非均質(zhì)性的存在，封隔器卡封內(nèi)的壓裂裂縫一般形成在滲透性較好的地方，段內(nèi)其他地方難以形成有效裂縫，無法最大限度地動用水平段附近的儲量。段內(nèi)暫堵技術(shù)可通過注入一次或多次高強(qiáng)度水溶性暫堵劑，臨時封堵住前次壓開的裂縫，從而使后續(xù)液體壓開新的裂縫。該暫堵劑承壓能力可達(dá)80 MPa，在壓裂液和酸液中可以完全溶解，不對地層造成污染，且內(nèi)含表面活性劑，有利于返排，同時不會對壓裂設(shè)備造成負(fù)擔(dān)［5］。

3.2 同步壓裂

同步壓裂是一項(xiàng)復(fù)雜系統(tǒng)的工程，由于規(guī)模巨大，需要供液系統(tǒng)、供砂系統(tǒng)、泵注系統(tǒng)的協(xié)調(diào)高效配合。以蘇53-82-17H和蘇53-82-19H的同步壓裂為例，介紹同步壓裂技術(shù)的實(shí)施方法，井場布置見圖1，2口水平井的裂縫分布見圖2。

圖1 同步壓裂現(xiàn)場布局示意圖

圖2 同步壓裂水平井體積壓裂裂縫分布圖

3.2.1 設(shè)計方案 蘇53區(qū)塊巖性致密，天然裂縫較為發(fā)育，采用同步壓裂能夠有效提高壓裂改造效果。前置液階段，采用基液+高排量+細(xì)陶的方式實(shí)現(xiàn)裂縫前端的微裂縫與天然裂縫的形成與支撐；攜砂液階段，采用凍膠+中陶的方式形成主裂縫；2口井設(shè)計總液量6 565 m3，設(shè)計總砂量646 m3，對應(yīng)的段同時進(jìn)行壓裂施工，實(shí)現(xiàn)井間裂縫應(yīng)力干擾，開啟天然微裂縫。此次施工動用了14臺壓裂車（2500型8臺，2000型6臺），4臺混砂車，2臺儀表車，2套連續(xù)混配設(shè)備，2臺液氮車，2臺平衡車，12臺砂罐車。

3.2.2 連續(xù)混配 由于壓裂規(guī)模比較大，連續(xù)混配技術(shù)能大量減少液罐的數(shù)量，降低壓裂液的損耗?，F(xiàn)場設(shè)計擺放地面罐46臺，其中緩沖液罐30臺，緩沖水罐10臺，交聯(lián)劑罐2臺，促進(jìn)劑罐2臺，助排劑罐2臺。地面緩沖水罐為連續(xù)混配車供水，混配時在連續(xù)混配車按比例連續(xù)加入速溶瓜膠和防膨劑；配制的壓裂液進(jìn)入地面緩沖液罐，再供給混砂車；交聯(lián)劑、促進(jìn)劑由混砂車的比例泵按比例吸入，助排劑由地面比例泵供給至混砂車。

3.2.3 速溶瓜膠壓裂液 速溶瓜膠壓裂液體系［10-11］解決了連續(xù)混配工藝對溶脹時間的要求。它通過往瓜膠液中加入某些添加劑，降低了瓜膠分子間的氫鍵作用力，從而提高了瓜膠的溶解速率，縮短了溶脹時間。如表2所示，溶脹10 min增黏比（瞬時黏度與最終黏度之比）達(dá)到80.7%，滿足連續(xù)混配對溶脹時間的要求。

表2 速溶瓜膠壓裂液增黏比與時間的關(guān)系

4 實(shí)施效果評價

作為中石油部署的工廠化作業(yè)模式示范項(xiàng)目，蘇53區(qū)塊大平臺實(shí)現(xiàn)了當(dāng)年部署井位、當(dāng)年征地墊場、當(dāng)年完鉆、當(dāng)年壓裂、當(dāng)年試氣和當(dāng)年投產(chǎn)的目標(biāo)，且比計劃提前了50 d。在工廠化作業(yè)中，完成了鉆井、固井、壓裂、試氣和投產(chǎn)的大規(guī)模交叉作業(yè)，克服了各專業(yè)線分散管理、單獨(dú)作戰(zhàn)的傳統(tǒng)觀念壁壘。

4.1 鉆井效果

鉆井總進(jìn)尺56 702 m，其中10口水平井總進(jìn)尺45 842 m，平均完鉆井深4 584.2 m，平均機(jī)械鉆速11.5 m/h，比2012年的平均水平提升了4.99 m/ h；平均鉆井周期29.1 d，平均建井周期34.58 d，比2012年的平均水平縮短了30.96 d；平均砂巖鉆遇率86.12%，平均有效儲層鉆遇率72.86%。10口水平井的完鉆基本數(shù)據(jù)見表3。鉆機(jī)平移技術(shù)的使用減少了11次井間拆裝，節(jié)約了大量接甩鉆具和固井候凝時間，重復(fù)利用鉆井液2 100 m3。

表3 10口水平井的完鉆數(shù)據(jù)

4.2 壓裂效果

蘇53區(qū)塊大平臺工廠化壓裂共分2個階段，歷時13 d，若按常規(guī)單井壓裂施工則需23 d（水平井按2 d，直井和定向井按1 d），大大節(jié)省了施工時間；共成功壓裂93段，入井總液量36 405.8 m3，加砂總量3 996.7 m3。

圖3所示為蘇53-82-17H和蘇53-82-19H的同步壓裂裂縫監(jiān)測結(jié)果，可以看出，同步壓裂井在井間產(chǎn)生了應(yīng)力干擾，溝通了其中的微裂縫，產(chǎn)生了較好的體積壓裂改造效果。

圖3 蘇53-82-17H和蘇53-82-19H裂縫監(jiān)測結(jié)果

此外，以蘇53-82-17H和蘇53-82-19H的同步壓裂施工為例，若不使用連續(xù)混配技術(shù)，需要液罐156臺（液罐有效儲液量42 m3），可見連續(xù)混配技術(shù)大大降低了液罐數(shù)量，提高了設(shè)備利用率，降低了壓裂成本。

4.3 生產(chǎn)效果

統(tǒng)計結(jié)果顯示，截止到2014年3月15日，大平臺13口井累產(chǎn)氣量10 500.17×104m3，其中水平井累產(chǎn)氣量9 801.28×104m3，占93.34%。水平井平均單井日產(chǎn)9.076×104m3，其中同步壓裂的6口水平井平均單井日產(chǎn)9.873×104m3，其余4口水平井平均日產(chǎn)7.88×104m3；定向井或直井的平均單井日產(chǎn)為2.157×104m3。水平井相對于直井具有巨大的產(chǎn)能優(yōu)勢，而同步壓裂技術(shù)最大程度地溝通了天然裂縫，使得水平井的產(chǎn)量進(jìn)一步得到提高。

5 結(jié)論與認(rèn)識

“1+2+2”技術(shù)模板和鉆機(jī)平移技術(shù)使得工廠化批量鉆完井得以實(shí)現(xiàn)，提高了鉆井速度，縮短了鉆井和建井周期；段內(nèi)暫堵技術(shù)產(chǎn)生的段內(nèi)多裂縫，增大了單井泄氣體積，提高了單井產(chǎn)量；連續(xù)混配技術(shù)和速溶瓜膠壓裂液體系為大規(guī)模體積壓裂的實(shí)施提供了保障；同步壓裂溝通了井間微裂縫，大幅度提升了單井產(chǎn)量。此次工廠化作業(yè)的成功實(shí)施，不僅為更大規(guī)模的工廠化作業(yè)提供寶貴經(jīng)驗(yàn)，而且為相關(guān)技術(shù)的改進(jìn)和完善提供契機(jī)，對我國規(guī)?；_發(fā)致密氣、頁巖氣等非常規(guī)油氣資源具有重要意義。

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（修改稿收到日期 2014-10-15）

〔編輯 朱 偉〕

Factory operation practice in Su 53 Block in Sulige Gasfield

LIU Naizhen, LIU Ming
（CNPC Great Wall Drilling Company,Beijing100101,China）

Factory operation can greatly improve the job efficiency and reduce operation costs and is the main trend in the development of tight gas reservoir.Based on successful experiences both from home and abroad and after sufficient pilot tests, the Su 53 Block of Sulige Gasfield was chosen for this factory operation practice:(1) altogether 13 wells are planned on two sides of a 200 m×300 m large platform, including 10 horizontal wells, 2 directional wells and one straight well;(2) one ZJ30 truck-mounted rig was used to drill surface layers in batches and two ZJ50 mechanical rigs were used to drill the straight hole, building up section and horizontal section in batches;(3) using the ‘1+2+2’ drill bit formwork and rig translation technique, the drilling period has greatly shortened;(4) the in-stage multi-fissure fracturing and synchronous fracturing techniques were used respectively to realize volume transformation to the horizontal well, and the development of continuous mixing technique and instant guar fracturing fluid system ensured the successful implementation of synchronous fracturing.The result shows that the average penetration rate in horizontal well was 11.5 m/h, up by 4.99 m/h compared with that in 2012, saving a lot of time of picking up and laying down the tools and cement freeze waiting, and 2 100 m3drilling fluid was repeatedly used.The factory fracturing of 13 wells only took 13 days, 10 days less than conventional single well fracturing.By March 15, 2014, the average daily production of the platform was 97.231×104m3, and its cumulative production was 10 500.17×104m3, of which the average daily production of single well of the six wells was 9.873×104m3, producing remarkable effect.

Su 53 Block;tight sandstone;factory operation;rig translations;synchronous fracturing;continuous mixing

劉乃震，柳明.蘇里格氣田蘇53區(qū)塊工廠化作業(yè)實(shí)踐［J］.石油鉆采工藝，2014，36（6）：16-19.

TE24；TE357.1

：A

1000–7393（2014） 06–0016– 04

10.13639/j.odpt.2014.06.004

中國石油集團(tuán)公司重大現(xiàn)場示范項(xiàng)目。

劉乃震，1960年生。2005年畢業(yè)于西南石油大學(xué)油氣井工程專業(yè)，工學(xué)博士，現(xiàn)從事鉆井工程、采油技術(shù)的研究和管理工作，教授級高級工程師。E-mail：lmlm1985@163.com。