“井工厂”钻井模式在焦石坝工区的应用及分析

一、“井工厂”钻井的概念

所谓“井工厂”钻井, 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、井眼轨迹控制技术和钻井液循环利用等。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 (En Cana) 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。

二、焦石坝工区钻井平台的情况

焦石工区地处山区, 由于地形限制, 每个平台至少都布有3口井, 井口间距10-20米, 单井使用三开井身结构, 各井段钻井方式不同、钻井液体系不同, 但一般是钻完一口井后进行小搬迁, 再钻下一口, 若采用“井工厂”钻井方式, 可以减少中完作业、完井作业时间;钻具组合、钻井液可以重复使用, 减少接、甩钻具时间, 减少钻井液地面消耗, 减轻钻井队劳动强度, 还可以减少井场占地面积, 保护环境。

三、焦石坝工区“井工厂”钻井的应用

在焦页30平台上布置4口井, 用一部横向移动的ZJ50DB型电动钻机实施“井工厂”钻井模式试验。生产流程上采用的是类似流水线作业的“工厂化”模式, 分四个轮次, 即第一轮次完成四口井的导管、一开作业, 第二轮次完成四口井的二开作业, 以此类推, 共进行12次井架移运, 最终完成四口井全部钻井工序。

1. 设备前期改造项目

为了满足井工厂模式的钻井需要, 前期对ZJ50DB钻机及配套设备进行改造:

(1) 钻机导轨每侧增加3节, 每节10米, 增加导轨连接螺栓24个、连接撑杆3根、连接销10个。

(2) 地面高压管汇增加6节 (根据弯头长度配长) , 每节10米, 增配弯头2个, 闸门组更换油壬2个, 爬坡高压管汇更换油壬2根, 定做相同油壬70MPa高压软管2根。

(3) 反循环管汇加长30米。

(4) 高架槽出水管线加长30米, 每根10米, 连接处均由法兰连接, 每增加一节高架槽架设二个出水管支撑架。

(5) 增配电缆转接房, 房内增加顶驱电源接口, 增加气源接口, 配备3个9米长电缆槽。

(6) 硫化氢探头数据线加长, 泵房视频探头数据线加长。

(7) 增加井控配套管线。

2. 井场准备及钻机安装

在焦页30平台修建“井工厂”井场, 一次性完成4口井的钻前工程施工, 口井间距10米, 所有钻井设备在焦页30-1井位置安装完毕, 钻机安装的同时将导轨一次性安装到位, 满足4口井的平移需求。

3. 生产施工流程

第一轮次:本轮次完成4口井的导管及一开作业。

焦页30-1井开导眼及一开, 表层固井后候凝12h后, 拆封井器及相关设施、安装井口;井架平移至30-2井井口并找正中心, 再次完成导眼及一开作业, 依此类推, 完成30-3井、30-4井。

第二轮次:本轮次完成4口井的二开作业。

焦页30-4井的完成导眼及一开作业后, 转化泥浆, 完成二开作业, 技套固井后候凝12h后, 拆封井器及相关设施、安装井口, 平移至焦页30-3井井口中心并找正, 完成二开作业, 依此类推, 完成30-2井、30-1井。

第三轮次:本轮次完成4口井的三开作业。

焦页30-1井二开作业完成后, 再转化泥浆完成三开作业, 进行拆封井器及相关设施、安装井口, 平移至焦页30-2井井口中心并找正, 完成三开作业, 依此类推, 完成30-3井、30-4井。

第四轮次:通井、试压等作业。

第三轮次完成后, 在30-4井甩5寸钻杆, 接2寸7小钻杆, 进行通井、电测、试压等工作, 依此类推, 完成30-3井、30-2井、30-1井。

四口井的完井作业之后, 进行放井架、拆设备等作业。

4.“井工厂”设备移动

钻机平移前将设备分为三部分:

(1) 移动部分:钻机、井架、钻台底座;

(2) 固定部分:井场外围野营房、泥浆循环罐、泥浆储备罐、泥浆泵、机房 (发电房) 、配电房、网电房、远程控制房、液气分离器、节流管汇等。

(3) 拆接部分:防喷器组合、直通管、压井管汇、钻台连接电缆、高压管线、液控管线、高架槽、大门坡、跑道、钻台梯子、逃生滑道、逃生缆绳等。

按照现场施工要求, 井架完成一次平移:

a、将拆接部分的连接点拆开。

b、防喷器拆下, 用游车将其吊起, 防喷器下部固定住, 防止平移时摆动。

c、在二个300T液压缸的推动下, 该钻机横向平移, 井架和钻台底座在导轨上整体移动至新井口, 然后找正转盘和井口中心。

d、根据施工井口的位置, 将拆接部分的连接点重新连接。

e、将所有设施进行固定和调试。

四、“井工厂”钻井模式的效益分析

1. 减少井场的占地面积

一般ZJ50型钻机单井占地面积约为6000 (110米×55米) 平方米, 采用“井工厂”钻井模式后, 四口井井场实际占地总面积不到9000 (110米×85米, 另外不起放井架的区域前场减小40米×15米) 平方米, 极大的减少了井场的占地面积和征地费用。

2. 减少劳动强度

如果分别钻完4口井, 需要进行钻机拆迁4次, 顶驱安、拆各4次, 转换泥浆8次, 中完掏罐、清罐4次, 中完拆装放喷管线各4次, 接、甩钻具各8次;使用“井工厂”模式, 4口井总共只需要进行设备拆迁1次, 顶驱安、拆各1次, 转换泥浆2次, 中完掏罐、清罐1次, 拆装放喷管线各1次, 接甩钻具各2次。

3. 减少设备搬安时间和风险

同平台的4口井 (在不考虑第一口井安装和最后一口井搬迁时间的条件下) 对比, 如果分别钻完后进行同台小搬迁, 搬迁3次, 最快需要12天, “井工厂”模式下钻完后使用液压动力将钻机在轨道上整体移动到下个井口, 再加上拆接部分的拆除、安装和调试, 总共需要5天, 同比节约天数7天;

焦石坝工区的井普遍都使用顶驱打钻, 如果分别钻完4口井, 需要拆装顶驱各4次, 最快需要8天, 而使用“井工厂”模式, 只需要拆装顶驱各1次, 仅需要2天, 同比节约天数6天。

由以上情况可知, 采用“井工厂”模式, 比分别钻探4口井总共可以节约13天, 另外, 钻机和顶驱的安、拆属于高风险作业, 减少这些作业次数的同时也避免了作业中的风险。

4. 降低作业成本

采用“井工厂”模式, 大大的减少了设备拆迁和接甩钻具等作业的次数, 降低过去钻机拆装环节带来的安全风险以外, 可以大量减少吊卡车的使用次数, 从而节约设备搬运成本费用。

5. 降低钻井泥浆成本

移动式钻机进行的“井工厂”钻井模式在环境保护方面同样成效显著。采用“井工厂”模式, 同开次的钻井液可以循环使用, 这样既减少了钻井液转换的频次, 降低了劳动强度, 同时泥浆材料的消耗和污染物的产生量也都得到了有效的控制。

结束语

“井工厂”钻机模式改变了传统钻机搬安方式, 不仅省钱、省力, 而且对于在焦石坝区块提升安全环保生产也有重要的影响。今后, 更多的页岩气井都将采用“井工厂”模式开采, 以确保焦石坝工区会战快速、高效的进行。

摘要：本文以焦石坝工区焦页30号平台生产井为例, 简述“井工厂”钻井模式的应用, 分析比对采用“井工厂”模式进行页岩气开采的优势, 为今后“井工厂”模式的普及提供施工经验。

关键词：井工厂,页岩气,焦石坝