探討頁(yè)巖氣“井工廠"開(kāi)發(fā)關(guān)鍵技術(shù)

　　節(jié)能：由于頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)投入成本高，產(chǎn)能低，使得石油公司面l臨著諸多挑戰(zhàn)。利用有效的鉆完井技術(shù)，減少非作業(yè)時(shí)間，縮短建井周期，降低作業(yè)成本顯得非常重要。頁(yè)巖氣“井工廠”開(kāi)發(fā)已經(jīng)證明是經(jīng)濟(jì)可行的方案，其核心是在一個(gè)井場(chǎng)鉆多口水平井，實(shí)現(xiàn)可重復(fù)、批量化作業(yè)的工廠化生產(chǎn)模式，關(guān)鍵技術(shù)包括井場(chǎng)部署、批量化作業(yè)、特種作業(yè)鉆機(jī)、井眼軌跡控制技術(shù)、同步壓裂技術(shù)、裂縫監(jiān)測(cè)技術(shù)、鉆井液循環(huán)利用和壓裂液回收利用等。近年來(lái)頁(yè)巖氣“井工廠”開(kāi)發(fā)模式在北美廣泛應(yīng)用，帶來(lái)了巨大收益，而我國(guó)頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)還處于試驗(yàn)階段，對(duì)“井工廠”開(kāi)發(fā)概念和模式認(rèn)識(shí)不清。為此，筆者對(duì)頁(yè)巖氣“井工廠”開(kāi)發(fā)的特點(diǎn)和現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，并對(duì)主要的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了闡述，所取得的認(rèn)識(shí)對(duì)我國(guó)頁(yè)巖氣的高效開(kāi)發(fā)具有一定的借鑒意義。

　　一、“井工廠”開(kāi)發(fā)特點(diǎn)及現(xiàn)狀

　　自從美國(guó)1821年完鉆世界上第一口頁(yè)巖氣井以來(lái)，頁(yè)巖氣鉆井先后經(jīng)歷了直井、水平井、叢式“井工廠”的發(fā)展歷程。加拿大能源公司(EnCana)最先提出“井工廠”開(kāi)發(fā)的理念，是使用水平井鉆井方式，在一個(gè)井場(chǎng)完成多口井的鉆井、射孔、壓裂、完井和生產(chǎn)，所有井筒采用批量化的作業(yè)模式。圖1為Horn River盆地叢式“井工廠”三維結(jié)構(gòu)。

　　頁(yè)巖氣“井工廠”開(kāi)發(fā)的目的是為了提高開(kāi)發(fā)的經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)通過(guò)在一個(gè)井場(chǎng)鉆多口井減少鉆完井對(duì)環(huán)境的影響。主要有以下優(yōu)點(diǎn)：①利用最小的叢式井井場(chǎng)使開(kāi)發(fā)井網(wǎng)覆蓋儲(chǔ)層區(qū)域最大化，減少了井場(chǎng)的占地面積；②多口井集中鉆完井和生產(chǎn)，減少了人力成本、鉆完井施工車輛及鉆機(jī)搬家時(shí)間，同時(shí)地面工程及生產(chǎn)管理也得到簡(jiǎn)化，大大降低了作業(yè)成本；③多口井依次一開(kāi)、固井，二開(kāi)、再依次固完井，鉆井、固井、測(cè)井工序間無(wú)停待，實(shí)現(xiàn)設(shè)備利用最大化，提高了作業(yè)效率；④多口井在相同開(kāi)次鉆井液體系相同，鉆井液重復(fù)利用，大幅降低鉆井液用量，減少鉆井費(fèi)用；⑤多口井進(jìn)行同步壓裂，改變井組間儲(chǔ)層應(yīng)力場(chǎng)的分布，有利于形成網(wǎng)狀裂縫，提高頁(yè)巖氣的產(chǎn)能和最終采收率；⑥壓裂液返排后回收利用，節(jié)約成本又有利于保護(hù)生態(tài)環(huán)境；“井工廠”開(kāi)發(fā)也存在著缺點(diǎn)，主要包括：增加了井眼軌跡控制難度，對(duì)設(shè)備和技術(shù)要求較高；總體井組鉆井周期較長(zhǎng)，一般要在整個(gè)井組完鉆后才可進(jìn)行后續(xù)的作業(yè)；加大了現(xiàn)場(chǎng)工程監(jiān)督難度。

　　近年來(lái)，“井工廠”作業(yè)方式在北美頁(yè)巖氣的開(kāi)發(fā)得到了廣泛應(yīng)用，針對(duì)不同的頁(yè)巖氣區(qū)塊的實(shí)際情況，產(chǎn)生了積極的影響。Marcellus頁(yè)巖氣區(qū)位于山區(qū)，地表特征限制了井場(chǎng)的位置，同時(shí)存在水供應(yīng)和壓裂水處理等難題，之前主要采用垂直井開(kāi)發(fā)，經(jīng)濟(jì)效益較差。自2007年開(kāi)始作業(yè)者開(kāi)始采用“井工廠”開(kāi)發(fā)模式，大大提高了勘探開(kāi)發(fā)的經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)減少了對(duì)環(huán)境造成的影響，截止2011年，超過(guò)78％的井利用“井工廠”模式開(kāi)發(fā)。Barnett頁(yè)巖氣區(qū)緊靠市區(qū)，作業(yè)者采用“井工廠”開(kāi)發(fā)可以減少占地面積。2011年，Devon能源公司在該區(qū)塊一個(gè)井場(chǎng)鉆了36口井，大大減少占地面積。在Horn River頁(yè)巖氣區(qū)，作業(yè)者為了提高頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)經(jīng)濟(jì)性，通過(guò)采用“井工廠”開(kāi)發(fā)模式，減少了21％的總作業(yè)成本。這些實(shí)例證實(shí)了頁(yè)巖氣“井工廠”開(kāi)發(fā)是一種有效的作業(yè)模式。

　　二、“井工廠”開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)

　　1．井場(chǎng)部署

　　區(qū)塊“工廠化”模式布井的原則是用盡可能少的井場(chǎng)布合理數(shù)量的井，以優(yōu)化征地費(fèi)用及鉆井費(fèi)用。單個(gè)井場(chǎng)占地面積由井組數(shù)決定，一個(gè)井場(chǎng)中設(shè)計(jì)的井組數(shù)越多，井場(chǎng)面積越大，需要綜合考慮鉆井和壓裂施工車輛及配套設(shè)施的布局。地面工程的設(shè)計(jì)需要考慮工程和環(huán)境的影響，為“井工廠”開(kāi)發(fā)提供保障，同時(shí)使占地面積最小化。需要考慮的因素有以下幾點(diǎn)：①滿足區(qū)塊開(kāi)發(fā)方案和頁(yè)巖氣集輸建設(shè)要求；②充分利用自然環(huán)境、地理地形條件，盡量減少鉆前工程的難度；③考慮鉆井能力和井眼軌跡控制能力；④最大程度觸及地下頁(yè)巖氣藏目標(biāo)；⑤考慮當(dāng)?shù)氐匦蔚孛?，生態(tài)環(huán)境，以及水文地質(zhì)條件，滿足有關(guān)安全環(huán)保的規(guī)定。