曾 光 文乾彬 肖新宇 代 鋒 李文哲 李 倩

1.中國(guó)石油西南油氣田公司開(kāi)發(fā)事業(yè)部 2.洲際海峽能源科技有限公司 3.四川長(zhǎng)寧天然氣開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司 4.中國(guó)石油西南油田公司工程技術(shù)研究院

0 引言

川南地區(qū)作為四川盆地頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)的主要區(qū)域之一，2020年頁(yè)巖氣產(chǎn)量超過(guò)了我國(guó)總產(chǎn)量的50%[1]。但由于該地區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜，受多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響，斷層與裂縫發(fā)育，縱向海相、陸相地層交錯(cuò)，橫向地層壓力分布差異大，地表碳酸鹽巖裸露和喀斯特地貌，導(dǎo)致井漏、卡鉆、埋旋導(dǎo)等井下復(fù)雜事故頻發(fā)，通過(guò)傳統(tǒng)單項(xiàng)技術(shù)、工具等攻關(guān)，取得了一定成效，但頁(yè)巖氣規(guī)模效益開(kāi)發(fā)仍面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)[2-3]。長(zhǎng)寧頁(yè)巖氣示范區(qū)2018—2020年埋旋導(dǎo)工具15串，平均井下復(fù)雜時(shí)率為14.5%，平均鉆井周期92.56 d，標(biāo)準(zhǔn)井（井深 4 800 m，水平段長(zhǎng) 1 800 m）鉆井成本為2 700萬(wàn)元左右，按照效益開(kāi)發(fā)要求，需降低至2 300萬(wàn)元以下[4]，對(duì)技術(shù)和管理模式提出了新需求，迫切需要探索新的思路和方法。

美國(guó)是首先實(shí)現(xiàn)頁(yè)巖氣高效開(kāi)發(fā)的國(guó)家，由此引發(fā)了全球頁(yè)巖革命，改變了世界能源格局。其重要經(jīng)驗(yàn)之一是，在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制驅(qū)動(dòng)下，通過(guò)裝備工具性能提升、大平臺(tái)工程作業(yè)以及大數(shù)據(jù)、智能化和遠(yuǎn)程控制等手段，充分發(fā)揮系統(tǒng)優(yōu)化鉆井的優(yōu)勢(shì)，大幅縮短了建井周期，降低了鉆井成本[2,5-7]。一般垂深為 2 000 ～ 3 000 m，水平段長(zhǎng)為 2 000 ～ 3 000 m的水平井鉆井周期15～25 d，將桶油成本控制在遠(yuǎn)低于國(guó)際油價(jià)水平[7]。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)很多學(xué)者提出了系統(tǒng)優(yōu)化提速的概念，但應(yīng)用于工程實(shí)踐的較少。趙俊平等[8]基于平行工程理念構(gòu)建鉆井作業(yè)系統(tǒng)三維互動(dòng)推拉體系框架模型。劉剛等[9]通過(guò)系統(tǒng)協(xié)調(diào)、系統(tǒng)評(píng)價(jià)，提出建立生產(chǎn)數(shù)據(jù)創(chuàng)新系統(tǒng)及鉆井?dāng)?shù)據(jù)分析決策中心。張福祥等[7]系統(tǒng)總結(jié)了北美頁(yè)巖油氣高效鉆井的經(jīng)驗(yàn)，闡述了鉆井優(yōu)化系統(tǒng)理念，并開(kāi)展了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐，取得了較好成效。而在我國(guó)陸上普遍采用鉆井“總包”模式，管理與技術(shù)優(yōu)化不能有機(jī)統(tǒng)一，嚴(yán)重制約了系統(tǒng)優(yōu)化鉆井提速效果。

1 系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)思路與方法

以經(jīng)濟(jì)高效實(shí)現(xiàn)地質(zhì)目標(biāo)為導(dǎo)向，將鉆井施工全過(guò)程作為一個(gè)系統(tǒng)來(lái)考慮，通過(guò)對(duì)人員、設(shè)備與工具、地質(zhì)、工程及管理等多因素進(jìn)行系統(tǒng)評(píng)估，找出制約鉆井提速瓶頸因素，按“地質(zhì)工程一體化、技術(shù)經(jīng)濟(jì)一體化、設(shè)計(jì)施工一體化”的思路開(kāi)展鉆井施工方案系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)。

系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)流程如圖1所示，具體步驟為：①地質(zhì)條件評(píng)估。依據(jù)地質(zhì)研究成果，了解區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造特征，找出制約鉆井提速地質(zhì)因素，并識(shí)別地質(zhì)不確定因素帶來(lái)的井下作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。②工程技術(shù)評(píng)估。收集鄰井鉆井、壓裂、生產(chǎn)等數(shù)據(jù)，通過(guò)井下復(fù)雜、鉆井時(shí)效、鉆頭、鉆具組合、鉆井液密度等大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，評(píng)估工程技術(shù)的適應(yīng)性以及面臨的挑戰(zhàn)。③人員、設(shè)備及工具評(píng)估。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)考察和訪談，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工人員操作水平、鉆機(jī)以及配套工具進(jìn)行評(píng)估，判斷是否滿足快速高效鉆井需求。④施工管理評(píng)估，通過(guò)區(qū)塊已鉆井非生產(chǎn)時(shí)效分析，判斷當(dāng)前管理方式是否影響鉆井提速。⑤依據(jù)綜合評(píng)估結(jié)果，找出制約鉆井提速的關(guān)鍵因素，分別從人員、設(shè)備與工具、管理流程以及配套工程技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化。首先進(jìn)行工程技術(shù)優(yōu)化，利用地質(zhì)工程一體化手段，通過(guò)巖溶分析、裂縫預(yù)測(cè)以及地質(zhì)力學(xué)建模等方法，識(shí)別井下作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，為優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)，確定合理鉆井液密度提供依據(jù)。針對(duì)存在的風(fēng)險(xiǎn)和鉆井難題，選擇適應(yīng)的工程配套技術(shù)，從鉆頭、鉆具組合、鉆井參數(shù)、井眼軌跡、鉆井液體系、井眼清潔、下套管、施工流程、應(yīng)急預(yù)案等方面開(kāi)展系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)。其次根據(jù)高效鉆井要求，選擇鉆機(jī)類(lèi)型、鉆井液泵和循環(huán)系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)、固控設(shè)備等。再次對(duì)現(xiàn)場(chǎng)管理和操作人員進(jìn)行專(zhuān)業(yè)化培訓(xùn)，讓其了解系統(tǒng)優(yōu)化鉆井理念和方法，改變傳統(tǒng)水平井鉆井認(rèn)知缺陷。最后優(yōu)化管理流程，厘清組織結(jié)構(gòu)與崗位職責(zé)，實(shí)現(xiàn)高效扁平化管理。⑥根據(jù)優(yōu)化結(jié)果，規(guī)劃作業(yè)時(shí)效，預(yù)測(cè)鉆井周期。⑦經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)。對(duì)優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)，若評(píng)價(jià)結(jié)果達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，則組織現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施，否則，需要繼續(xù)重復(fù)步驟⑤重新優(yōu)化。

圖1 系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)流程圖

1.2 地質(zhì)條件評(píng)估

長(zhǎng)寧背斜向從西北穿過(guò)珙縣至高縣地區(qū)，向東南至敘永地區(qū)。背斜東南部較寬，西北部較窄。背斜軸跡呈北西—南東走向，西北端向西南發(fā)生彎曲。背斜核部出露寒武系，外圍依次出露奧陶系、志留系、二疊系、三疊系和侏羅系等。長(zhǎng)寧背斜核部地區(qū)發(fā)育一系列逆沖斷層，斷層常切穿寒武系，背斜內(nèi)次級(jí)褶皺較為發(fā)育[10]。淺表層普遍存在地下暗河、溶洞，中深層斷層、裂縫發(fā)育，導(dǎo)致該區(qū)域在鉆井過(guò)程中環(huán)境污染、井漏等復(fù)雜事故頻發(fā)[11-12]。采用巖溶分析和裂縫預(yù)測(cè)來(lái)定量評(píng)估作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，為優(yōu)化工程技術(shù)措施提供依據(jù)。

巖溶分析主要采用高密度電法、瞬變電磁法及音頻大地電磁法的地球物理方法[13-15]，結(jié)合工程地質(zhì)調(diào)查、水文地質(zhì)調(diào)查結(jié)果，找出目標(biāo)井位周邊出水點(diǎn)類(lèi)型（碳酸鹽類(lèi)裂隙溶洞水、碎屑巖類(lèi)孔隙裂隙水）、排泄點(diǎn)水源方向、地下徑流主通道位置，查明鉆井平臺(tái)淺部地層與保護(hù)水源連通關(guān)系。

以XX72平臺(tái)為例，該平臺(tái)出露灰?guī)r地層，通過(guò)水文地質(zhì)踏勘，距離平臺(tái)中心500 m范圍內(nèi)有9處落水洞。高密度電法視電阻率（lgR）反演分析表明（圖2），鉆井平臺(tái)正下方80～120 m出現(xiàn)電阻異常，可能存在巖溶。

圖2 高密度電法視電阻率反演剖面圖

音頻大地電磁法視電阻率反演分析表明（圖3），平臺(tái)正下方190～240 m出現(xiàn)電阻異常，可能存在巖溶。表層鉆井過(guò)程中，需要優(yōu)化表層套管下入位置以及防漏鉆井工藝。

圖3 音頻大地電磁法視電阻率反演剖面圖

裂縫預(yù)測(cè)采用大、中、小尺度分級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)描述裂縫發(fā)育級(jí)別（表1）。對(duì)于大中尺度裂縫是基于疊后地震屬性，采用不連續(xù)檢測(cè)技術(shù)、曲率分析技術(shù)等對(duì)構(gòu)造作用形成的裂縫進(jìn)行描述。

表1 多尺度裂縫判斷標(biāo)準(zhǔn)表

對(duì)于小尺度裂縫是基于疊前地震方位數(shù)據(jù)，采用疊前各向異性屬性分析及各向異性地震反演技術(shù)，結(jié)合鉆井、測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行各種成因的小尺度裂縫描述[16-17]。利用巖心裂縫分析及測(cè)井評(píng)價(jià)的裂縫有效性成果以及鉆井過(guò)程中的認(rèn)識(shí)對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行校正。

以XX72-2井為例（圖4），裂縫預(yù)測(cè)結(jié)果顯示在井深 4 091 ～ 4 403 m 及 4 539 ～ 4 776 m 處地震同相軸可見(jiàn)明顯褶曲，依據(jù)多尺度裂縫判斷標(biāo)準(zhǔn)，該裂縫為中尺度裂縫。從平面上看，井眼軌跡與裂縫大角度斜交，井漏風(fēng)險(xiǎn)極大。當(dāng)鉆至井深4 232～4 268 m時(shí)頻繁發(fā)生井漏，累計(jì)漏失鉆井液為465.4 m3，實(shí)鉆漏失井段與裂縫預(yù)測(cè)漏失井段基本一致。

圖4 XX72-2井裂縫預(yù)測(cè)圖

1.3 工程技術(shù)適應(yīng)性評(píng)估

收集整理分析鄰井?dāng)?shù)據(jù)，分別對(duì)鄰井鉆井技術(shù)指標(biāo)、時(shí)效、井身結(jié)構(gòu)、井下復(fù)雜、鉆具組合、鉆井參數(shù)、鉆頭及提速工具、井眼軌跡等方面進(jìn)行系統(tǒng)分析評(píng)價(jià)，找出制約提速的關(guān)鍵工程因素。

以XX69平臺(tái)為例，收集10口鄰井鉆井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行工程技術(shù)的適應(yīng)性評(píng)估，從評(píng)估結(jié)果來(lái)看（表2），鄰井平均鉆井周期為106.25 d，平均機(jī)械鉆速為6.43 m/h，其中?215.9 mm井眼水平段鉆井周期約占總周期50%以上，說(shuō)明本區(qū)域綜合鉆井水平較低，重點(diǎn)提速攻關(guān)井段為?215.9 mm井眼。制約鉆井提速的主要因素表現(xiàn)為：①井下復(fù)雜時(shí)率高，占比達(dá)10.12%，主要以井漏為主；②井身結(jié)構(gòu)不合理，表層套管下入位置未有效封固巖溶地層；③造斜段鉆具組合與地層匹配性差，影響鉆井時(shí)效；④鉆井參數(shù)普遍偏低，影響鉆頭破巖效率；⑤韓家店組、石牛欄組巖石可鉆性差，鉆頭適應(yīng)差，機(jī)械鉆速低；⑥井眼軌跡設(shè)計(jì)未考慮難鉆地層特性，導(dǎo)致造斜段機(jī)械鉆速低。需要針對(duì)性地制訂解決方案以及適應(yīng)的配套技術(shù)措施。

表2 XX69鉆井平臺(tái)工程技術(shù)適應(yīng)性評(píng)估表

1.4 人員、設(shè)備及工具評(píng)估

現(xiàn)場(chǎng)施工人員能力評(píng)估通過(guò)文化程度、工作年限、職業(yè)履歷以及筆試考試進(jìn)行加權(quán)量化打分，滿分為100分，＜60分為不合格，60～70分為合格，80～90分為良好，＞90分為優(yōu)秀（表3）。若評(píng)估不合格，則需要開(kāi)展專(zhuān)業(yè)化培訓(xùn)，其培訓(xùn)內(nèi)容包括系統(tǒng)優(yōu)化鉆井方法、大位移/水平井井眼清潔理論、操作流程、井下復(fù)雜判斷與應(yīng)急處理、井控安全等。最后重新評(píng)估，若仍不合格，則需要替換人員。

表3 現(xiàn)場(chǎng)施工人員評(píng)估表

委托專(zhuān)業(yè)化公司在施工前對(duì)鉆井設(shè)備及工具進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)評(píng)估，其內(nèi)容涵蓋鉆機(jī)載荷、動(dòng)力系統(tǒng)、機(jī)泵設(shè)備、鉆桿、導(dǎo)向工具等，判斷相關(guān)設(shè)備是否滿足高效鉆井要求，并針對(duì)存在的問(wèn)題提出整改意見(jiàn)，在開(kāi)鉆前需再次評(píng)估，評(píng)估合格后方可開(kāi)鉆。

1.5 施工管理評(píng)估

通過(guò)鄰井已鉆井時(shí)效統(tǒng)計(jì)分析，查找施工管理過(guò)程是否存在缺陷，是否影響鉆井速度。以XX69平臺(tái)為例，鄰井15口井已完鉆井時(shí)效分析表明，平均純鉆時(shí)率為21.73%，最低為17.06%，最高為25.93%，平均組織停工時(shí)率為7.73%，最低為1.49%，最高為16.34%。同時(shí)各開(kāi)次完井周期差異大，最快與最慢差4～8 d。查閱井史和鉆井日志發(fā)現(xiàn)，鄰井在施工過(guò)程中，在工序銜接、后勤組織保障、施工方案策劃等方面存在不足，導(dǎo)致平均單井非生產(chǎn)時(shí)率普遍大于15%，施工管理效率總體比較低，需要進(jìn)一步優(yōu)化。

1.6 系統(tǒng)優(yōu)化方案

依據(jù)評(píng)估結(jié)果開(kāi)展施工方案系統(tǒng)優(yōu)化，步驟為：①收集鄰井測(cè)井、錄井、鉆井以及相關(guān)巖心實(shí)驗(yàn)等數(shù)據(jù)，構(gòu)建地質(zhì)力學(xué)模型，計(jì)算地層三壓力剖面。其工作流程為原始數(shù)據(jù)審核與處理、地質(zhì)構(gòu)造分析、巖石力學(xué)參數(shù)計(jì)算、孔隙壓力預(yù)測(cè)、地應(yīng)力建模、巖石破壞準(zhǔn)則優(yōu)選、計(jì)算地層坍塌壓力和地層破裂壓力[18-19]。②依據(jù)制約提速的關(guān)鍵因素，分別從井身結(jié)構(gòu)、井眼軌跡、鉆井液性能、防漏堵漏、個(gè)性化鉆頭、鉆井參數(shù)、鉆具組合、井眼清潔、下套管、施工作業(yè)程序以及風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別與預(yù)案等方面進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化。③根據(jù)高效鉆井需要，提出相關(guān)鉆井設(shè)備與工具要求。④對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工人員開(kāi)展系統(tǒng)優(yōu)化鉆井理論、大位移井/水平井精細(xì)化操作和井眼清潔等方面培訓(xùn)。⑤依據(jù)并行工程理念[8]，優(yōu)化現(xiàn)場(chǎng)施工管理流程，按時(shí)間節(jié)點(diǎn)，編制各施工作業(yè)流程圖，確保施工各環(huán)節(jié)緊密銜接，同時(shí)制訂突發(fā)事件的應(yīng)急預(yù)案，最大限度減少因組織管理引起的非生產(chǎn)時(shí)間。

以XX69-1井為例，設(shè)計(jì)井深5 062 m，水平段長(zhǎng)2 100 m。從上至下依次鉆遇地層為嘉陵江組、飛仙關(guān)組、長(zhǎng)興組、龍?zhí)督M、梁山組、韓家店組、石牛欄組、龍馬溪組。地質(zhì)力學(xué)建模表明（表4），上部地層嘉陵江組—長(zhǎng)興組地層坍塌壓力＜孔隙壓力＜破裂壓力，其中孔隙壓力當(dāng)量密度為1.00～1.15 g/cm3。下部地層龍?zhí)督M—龍馬溪組地層孔隙壓力＜坍塌壓力＜破裂壓力，其中孔隙壓力當(dāng)量密度為1.15～1.33 g/cm3。龍?zhí)督M坍塌壓力當(dāng)量密度為1.20～1.60 g/cm3，石牛欄組坍塌壓力當(dāng)量密度為1.35～1.55 g/cm3；龍馬溪組（水平段）坍塌壓力當(dāng)量密度為1.73～1.84 g/cm3，破裂壓力當(dāng)量密度為2.08～2.36 g/cm3。

表4 XX69平臺(tái)地質(zhì)力學(xué)建模結(jié)果數(shù)據(jù)表

評(píng)估結(jié)果表明，本井存在8個(gè)制約提速關(guān)鍵因素，需求進(jìn)行針對(duì)性優(yōu)化，其優(yōu)化結(jié)果如表5所示。

表5 XX69-1井系統(tǒng)優(yōu)化結(jié)果表

選擇ZJ70電動(dòng)鉆機(jī)，配置頂驅(qū)動(dòng)力系統(tǒng)、52 MPa高壓鉆井液泵3臺(tái)，中高速離心機(jī)各1臺(tái)。按照作業(yè)工序規(guī)劃時(shí)間節(jié)點(diǎn)，預(yù)測(cè)純鉆時(shí)率為36%，平均機(jī)械鉆速為9.45 m/h，鉆井周期為64.02 d，測(cè)算鉆井成本為2 200萬(wàn)元，達(dá)到了預(yù)期優(yōu)化目標(biāo)，可以組織實(shí)施。依據(jù)優(yōu)化結(jié)果，編制系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)及現(xiàn)場(chǎng)操作指南。開(kāi)鉆前需對(duì)鉆井設(shè)備與井隊(duì)施工人員進(jìn)行評(píng)估，合格后方可開(kāi)鉆。

2 建立遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)優(yōu)化決策中心

2.1 遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)優(yōu)化決策中心功能

遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)優(yōu)化決策中心是通過(guò)鉆井?dāng)?shù)據(jù)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控、軟件優(yōu)化分析、專(zhuān)家團(tuán)隊(duì)決策，充分利用“人智”和“機(jī)智”系統(tǒng)協(xié)調(diào)優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)從“經(jīng)驗(yàn)打井”向“科學(xué)打井”轉(zhuǎn)變，快速縮短學(xué)習(xí)曲線，提高鉆井效率[20-21]。其功能主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

1）將鉆井、錄井、測(cè)井等數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳至中心辦公室，及時(shí)準(zhǔn)確了解現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)動(dòng)態(tài)。

2）利用軟件優(yōu)化平臺(tái)實(shí)時(shí)計(jì)算分析鉆柱摩阻扭矩、水力學(xué)載荷、井筒清潔、螺桿效率、鉆井參數(shù)、工程風(fēng)險(xiǎn)等，預(yù)測(cè)可能出現(xiàn)的井下復(fù)雜事故。

3）針對(duì)出現(xiàn)的問(wèn)題，及時(shí)制訂技術(shù)措施和處理方案。

4）將優(yōu)化措施或者相關(guān)處理方案及時(shí)傳達(dá)至現(xiàn)場(chǎng)，組織實(shí)施。

2.2 運(yùn)行模式

遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)優(yōu)化決策中心工作人員由日費(fèi)制監(jiān)督、優(yōu)化工程師以及專(zhuān)家團(tuán)隊(duì)組成。其工作運(yùn)行流程如圖5所示。

圖5 遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)優(yōu)化決策中心運(yùn)行流程圖

現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)儀器采集鉆井、錄井、測(cè)井等生產(chǎn)數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)日費(fèi)制監(jiān)督審核、校對(duì)之后，傳至數(shù)據(jù)處理中心，數(shù)據(jù)處理中心將不同類(lèi)型和格式的數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，之后傳至數(shù)據(jù)云存儲(chǔ)與軟件優(yōu)化平臺(tái)，室內(nèi)優(yōu)化工程師24 h遠(yuǎn)程監(jiān)控和實(shí)時(shí)優(yōu)化計(jì)算分析，并將分析結(jié)果提交給專(zhuān)家團(tuán)隊(duì)，專(zhuān)家團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)研判及時(shí)提出處理意見(jiàn)，之后傳達(dá)給日費(fèi)制監(jiān)督，并組織實(shí)施，最后向?qū)＜覉F(tuán)隊(duì)反饋信息。通過(guò)這套運(yùn)行模式，可實(shí)現(xiàn)“人機(jī)聯(lián)作”，提高技術(shù)管理決策的科學(xué)性和時(shí)效性。

以XX72-3井為例，該井設(shè)計(jì)井深4 947 m，水平段長(zhǎng)3 100 m，施工過(guò)程中將鉆壓、轉(zhuǎn)速、排量、大鉤懸重、泵壓、全烴值等實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳至數(shù)據(jù)云儲(chǔ)存與軟件優(yōu)化平臺(tái)，優(yōu)化工程師實(shí)時(shí)計(jì)算分析和監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)施工數(shù)據(jù)。該井使用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具鉆至4 346 m 時(shí)，鉆壓由 80 kN 突然降低至 10 kN，泵壓由26 MPa降低至18 MPa，出口流量降低，實(shí)時(shí)分析鉆柱摩阻系數(shù)由0.18增加至0.28。分析表明，本井鉆遇裂縫破碎帶，井漏卡鉆風(fēng)險(xiǎn)大，專(zhuān)家團(tuán)隊(duì)立即決定停止鉆進(jìn)，起鉆換螺桿導(dǎo)向工具鉆進(jìn)，并帶多次開(kāi)關(guān)旁通閥，鉆井液增加隨鉆封堵材料。在后續(xù)鉆進(jìn)過(guò)程中多次發(fā)生井漏和阻卡，累計(jì)漏失鉆井液296 m3，因準(zhǔn)確及時(shí)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和決策，避免了卡旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具事故。完鉆后，采用35 L/s排量循環(huán)4個(gè)巖屑遲到時(shí)間，振動(dòng)篩無(wú)掉塊和巖屑返出，實(shí)時(shí)分析短起下鉆柱摩阻系數(shù)小于0.18，此時(shí)建議采用不通井旋轉(zhuǎn)方式下套管作業(yè)，順利將套管下至預(yù)定深度，較鄰井節(jié)約鉆井時(shí)間14.03 d。

3 鉆井“日費(fèi)制”管理

鉆井“日費(fèi)制”承包模式是指油公司根據(jù)鉆機(jī)在井上的工作日數(shù)，按一定的日費(fèi)率向承包商支付報(bào)酬。承包商負(fù)責(zé)提供鉆機(jī)、人員以及必要的物資，在合同約定的服務(wù)范圍內(nèi)，按油公司的作業(yè)指令和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行鉆井施工，油公司負(fù)責(zé)其他所有項(xiàng)目，包括鉆井設(shè)計(jì)、井場(chǎng)及道路準(zhǔn)備、鉆井液、套管、固井、井口裝置、鉆頭等，并派遣現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督管理工程技術(shù)和監(jiān)控施工過(guò)程[22-23]。從表6可以看出，鉆井“日費(fèi)制”承包方式能充分利用油公司資源優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)技術(shù)經(jīng)驗(yàn)、物資保障和管理資源共享，減少管理層級(jí)，及時(shí)決策，有利于縮短學(xué)習(xí)曲線，降低成本。該模式已被國(guó)際油公司普遍采用。

表6 “日費(fèi)制”與“總包”模式優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比表

目前長(zhǎng)寧頁(yè)巖氣示范區(qū)采用“總包”模式，由于油公司未對(duì)工程項(xiàng)目進(jìn)行實(shí)質(zhì)性把控，難以實(shí)現(xiàn)油公司主導(dǎo)工程技術(shù)的管理革新[3]。而鉆井“日費(fèi)制”模式能較好滿足頁(yè)巖氣效益開(kāi)發(fā)的客觀需要。

長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)陸上油田普遍實(shí)行鉆井“總包”模式，在目前形勢(shì)下實(shí)行鉆井“日費(fèi)制”面臨諸多困難和挑戰(zhàn)。一是在長(zhǎng)期“總包”模式下，油公司技術(shù)管理人員嚴(yán)重不足，難以應(yīng)對(duì)重大工程事故挑戰(zhàn)；二是國(guó)內(nèi)“日費(fèi)制”鉆井監(jiān)督人員缺乏，不能滿足現(xiàn)場(chǎng)施工管理需要；三是鉆井市場(chǎng)相對(duì)封閉，不能充分利用市場(chǎng)化的定價(jià)與選商機(jī)制篩選出優(yōu)質(zhì)承包商；因此，盡管?chē)?guó)外鉆井“日費(fèi)制”模式已十分成熟，仍需要根據(jù)自身特點(diǎn)和目前現(xiàn)狀，從組織機(jī)構(gòu)、運(yùn)行模式、經(jīng)營(yíng)管理、激勵(lì)機(jī)制等方面進(jìn)行系統(tǒng)改革，形成適應(yīng)本土化的鉆井“日費(fèi)制”模式。

主要做法：①建立機(jī)構(gòu)組織與決策流程，采用項(xiàng)目經(jīng)理負(fù)責(zé)制，下設(shè)安全主管、經(jīng)營(yíng)主管、物資采購(gòu)主管，地質(zhì)主管、白班監(jiān)督。主管負(fù)責(zé)專(zhuān)項(xiàng)業(yè)務(wù)工作，白班監(jiān)督代表油公司主導(dǎo)工程技術(shù)、成本管理，并實(shí)時(shí)掌控進(jìn)度、成本和QHSE。遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)優(yōu)化決策中心對(duì)白班（夜班）監(jiān)督進(jìn)行技術(shù)支持，白班（夜班）監(jiān)督向遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)優(yōu)化決策中心反饋現(xiàn)場(chǎng)施工情況。地質(zhì)監(jiān)督、安全監(jiān)督、鉆井液監(jiān)督、夜班監(jiān)督、白班監(jiān)督組成“日費(fèi)制監(jiān)督組”，由白班監(jiān)督總體負(fù)責(zé)，主要職責(zé)是按設(shè)計(jì)方案、規(guī)章制度，以及合同要求直接組織現(xiàn)場(chǎng)施工。鉆井承包商和專(zhuān)業(yè)承包商按合同要求配置施工人員、鉆井裝備、工具以及相關(guān)物資。②以遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)優(yōu)化決策中心為平臺(tái)，建立“早會(huì)制度”，由項(xiàng)目經(jīng)理主持，白班監(jiān)督、鉆井承包商負(fù)責(zé)人、優(yōu)化工程師和專(zhuān)家團(tuán)隊(duì)，以及其他專(zhuān)項(xiàng)主管等相關(guān)人員參加，會(huì)議主要協(xié)調(diào)解決施工組織問(wèn)題以及重大技術(shù)措施決策。③建立鉆井成本跟蹤與預(yù)警機(jī)制，繪制施工進(jìn)度與成本曲線圖，實(shí)時(shí)了解鉆井成本動(dòng)態(tài)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)糾正，確保鉆井成本控制在預(yù)期范圍內(nèi)。④建立考核激勵(lì)制度，以“進(jìn)度、效益、QHSE”為考核目標(biāo)，設(shè)置階段獎(jiǎng)勵(lì)和最終獎(jiǎng)勵(lì)，內(nèi)容涵蓋進(jìn)尺、趟鉆數(shù)、組織效率、安全環(huán)保等，按區(qū)塊內(nèi)排名前30%的平均作業(yè)時(shí)效作為基數(shù)，對(duì)承包商和監(jiān)督實(shí)施獎(jiǎng)勵(lì)。⑤聘用國(guó)外或者中國(guó)海上具有“日費(fèi)制”監(jiān)督和管理經(jīng)驗(yàn)人員，經(jīng)過(guò)面試和培訓(xùn)后聘為鉆井“日費(fèi)制”管理團(tuán)隊(duì)成員。⑥參考國(guó)際鉆井“日費(fèi)制”通用做法，編制招標(biāo)合同，通過(guò)市場(chǎng)化優(yōu)選承包商。

4 應(yīng)用效果

自2020年以來(lái)，采用“系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)+遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)優(yōu)化與決策+日費(fèi)制管理”模式在長(zhǎng)寧頁(yè)巖氣示范區(qū)累計(jì)完鉆開(kāi)發(fā)井25口，取得了顯著成效。

通過(guò)優(yōu)化起下鉆、鉆井液體系轉(zhuǎn)換、開(kāi)鉆前準(zhǔn)備、通井等作業(yè)時(shí)效，平均單井輔助時(shí)間縮短10 d。利用巖溶分析、裂縫預(yù)測(cè)以及地質(zhì)力學(xué)建模結(jié)果，準(zhǔn)確識(shí)別漏失風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，通過(guò)優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)、分段承壓、優(yōu)化軌跡、實(shí)時(shí)ECD預(yù)測(cè)與管理、調(diào)整鉆井液密度、強(qiáng)化井眼清潔等技術(shù)措施，單井漏失量降低46.80%，損失時(shí)間降低55.12%，井下復(fù)雜時(shí)率由14.50%降低至9.27%，未發(fā)生埋旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具事件。

通過(guò)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)優(yōu)化與及時(shí)決策、鉆井“日費(fèi)制”管理，鉆機(jī)作業(yè)效率提高了67%。在平均井深增加161 m，平均水平段長(zhǎng)增加504 m的情況下（表7），平均鉆井周期較“總包”模式縮短32.75%，平均機(jī)械鉆速提高119.85%，其中寧XX72-1井鉆井周期為18.83 d、水平段鉆井周期為3.46 d、平均機(jī)械鉆速為 31.49 m/h，一趟鉆進(jìn)尺 3 700 m、日進(jìn)尺最高達(dá)777 m，其鉆井速度接近北美平均水平。標(biāo)準(zhǔn)井（井深 4 800 m，水段長(zhǎng) 1 800 m）鉆井成本降低至 2 250萬(wàn)元，達(dá)到長(zhǎng)寧頁(yè)巖氣示范區(qū)鉆井成本控制要求。

表7 新模式與“總包”模式完鉆開(kāi)發(fā)井技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對(duì)比表

5 結(jié)論

1）鉆井提速是一個(gè)系統(tǒng)工程，涉及地質(zhì)、工程技術(shù)、人員、設(shè)備以及管理多種因素，需要以系統(tǒng)思維模式，分析影響鉆井周期的關(guān)鍵因子，通過(guò)持續(xù)優(yōu)化、持續(xù)改進(jìn)，不斷提高鉆井效率，縮短鉆井周期。

2）隨著互聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)發(fā)展，遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)優(yōu)化與決策實(shí)現(xiàn)了鉆井?dāng)?shù)字化、科學(xué)化和智能化，同時(shí)“人機(jī)聯(lián)作”又充分體現(xiàn)了科學(xué)模擬計(jì)算與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的有機(jī)融合，大幅降低了單井優(yōu)化成本，成為系統(tǒng)優(yōu)化提速的重要手段。

3）“系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)+遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)優(yōu)化與決策+日費(fèi)制管理”模式實(shí)現(xiàn)了從源頭設(shè)計(jì)到過(guò)程跟蹤優(yōu)化，再到現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施，形成項(xiàng)目管理閉環(huán)流程，將技術(shù)與管理有機(jī)統(tǒng)一，充分體現(xiàn)油公司主導(dǎo)工程技術(shù)，提升管理效率，達(dá)到鉆井提速目的。該模式對(duì)頁(yè)巖氣及其他非常規(guī)油氣規(guī)模效益開(kāi)發(fā)具有較好借鑒價(jià)值。