探讨页岩气“井工厂"开发关键技术

　　节能：由于页岩气勘探开发投入成本高，产能低，使得石油公司面l临着诸多挑战。利用有效的钻完井技术，减少非作业时间，缩短建井周期，降低作业成本显得非常重要。页岩气“井工厂”开发已经证明是经济可行的方案，其核心是在一个井场钻多口水平井，实现可重复、批量化作业的工厂化生产模式，关键技术包括井场部署、批量化作业、特种作业钻机、井眼轨迹控制技术、同步压裂技术、裂缝监测技术、钻井液循环利用和压裂液回收利用等。近年来页岩气“井工厂”开发模式在北美广泛应用，带来了巨大收益，而我国页岩气开发还处于试验阶段，对“井工厂”开发概念和模式认识不清。为此，笔者对页岩气“井工厂”开发的特点和现状进行了分析，并对主要的关键技术进行了阐述，所取得的认识对我国页岩气的高效开发具有一定的借鉴意义。

　　一、“井工厂”开发特点及现状

　　自从美国1821年完钻世界上第一口页岩气井以来，页岩气钻井先后经历了直井、水平井、丛式“井工厂”的发展历程。加拿大能源公司(EnCana)最先提出“井工厂”开发的理念，是使用水平井钻井方式，在一个井场完成多口井的钻井、射孔、压裂、完井和生产，所有井筒采用批量化的作业模式。图1为Horn River盆地丛式“井工厂”三维结构。

　　页岩气“井工厂”开发的目的是为了提高开发的经济性，同时通过在一个井场钻多口井减少钻完井对环境的影响。主要有以下优点：①利用最小的丛式井井场使开发井网覆盖储层区域最大化，减少了井场的占地面积；②多口井集中钻完井和生产，减少了人力成本、钻完井施工车辆及钻机搬家时间，同时地面工程及生产管理也得到简化，大大降低了作业成本；③多口井依次一开、固井，二开、再依次固完井，钻井、固井、测井工序间无停待，实现设备利用最大化，提高了作业效率；④多口井在相同开次钻井液体系相同，钻井液重复利用，大幅降低钻井液用量，减少钻井费用；⑤多口井进行同步压裂，改变井组间储层应力场的分布，有利于形成网状裂缝，提高页岩气的产能和最终采收率；⑥压裂液返排后回收利用，节约成本又有利于保护生态环境；“井工厂”开发也存在着缺点，主要包括：增加了井眼轨迹控制难度，对设备和技术要求较高；总体井组钻井周期较长，一般要在整个井组完钻后才可进行后续的作业；加大了现场工程监督难度。

　　近年来，“井工厂”作业方式在北美页岩气的开发得到了广泛应用，针对不同的页岩气区块的实际情况，产生了积极的影响。Marcellus页岩气区位于山区，地表特征限制了井场的位置，同时存在水供应和压裂水处理等难题，之前主要采用垂直井开发，经济效益较差。自2007年开始作业者开始采用“井工厂”开发模式，大大提高了勘探开发的经济性，同时减少了对环境造成的影响，截止2011年，超过78％的井利用“井工厂”模式开发。Barnett页岩气区紧靠市区，作业者采用“井工厂”开发可以减少占地面积。2011年，Devon能源公司在该区块一个井场钻了36口井，大大减少占地面积。在Horn River页岩气区，作业者为了提高页岩气开发经济性，通过采用“井工厂”开发模式，减少了21％的总作业成本。这些实例证实了页岩气“井工厂”开发是一种有效的作业模式。

　　二、“井工厂”开发的关键技术

　　1．井场部署

　　区块“工厂化”模式布井的原则是用尽可能少的井场布合理数量的井，以优化征地费用及钻井费用。单个井场占地面积由井组数决定，一个井场中设计的井组数越多，井场面积越大，需要综合考虑钻井和压裂施工车辆及配套设施的布局。地面工程的设计需要考虑工程和环境的影响，为“井工厂”开发提供保障，同时使占地面积最小化。需要考虑的因素有以下几点：①满足区块开发方案和页岩气集输建设要求；②充分利用自然环境、地理地形条件，尽量减少钻前工程的难度；③考虑钻井能力和井眼轨迹控制能力；④最大程度触及地下页岩气藏目标；⑤考虑当地地形地貌，生态环境，以及水文地质条件，满足有关安全环保的规定。

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