井工厂（通用3篇）
井工厂 篇1
摘要：近年来, 随着工业的发展, 我国的页岩气勘探开发力度正不断加大, 而为了提高作业效率, 人们先后研发出了许多新型钻井技术, “井工厂”钻井技术就是其中之一。利用“井工厂”钻井技术来开发页岩气, 不但快速、高效, 同时也更加节省成本和安全可靠。因此, 我国目前正在不断加强对页岩气“井工厂”钻井技术的研究, 以期该技术能够在未来发挥出更大的作用。本文主要探讨了页岩气“井工厂”钻井技术的现状及展望。
关键词：页岩气,井工厂,钻井技术
页岩气的开采比常规天然气的寿命和生产周期更长, 因此成为了目前世界各国的主要勘探开发对象。但是, 页岩气也存在一些不利于开发的特点, 例如储层低孔、特低渗等。为了提高页岩气开发效率, 新型“井工厂”钻井技术应运而生。该技术采用了“群式布井、集中施工、流水作业”的作业模式, 可以有效实现资源整合、远程控制及统一管理。不过, 该技术对现场管理能力和技术水平要求较高, 我国在这方面尚处于初步发展阶段, 还需加强研究和探索。以下笔者就结合实际来探讨页岩气“井工厂”钻井技术的现状及展望。
1页岩气“井工厂”钻井技术现状
页岩气开发至今, 历经了很多发展阶段, 从最开始的直井到水平井、分支井、丛式井, 再到现在的“井工厂”, 这是一个循序渐进的过程。2002年以前人们开发页岩气所采用的主要手段是直井和水力压裂技术, 2002年美国率先研发出了水平井和水力压裂技术, 使得气井产量得到了大大提高, 随后为了进一步提高作用效率及减少环境污染、降低成本, 美国又将“井工厂”的理念引入进了页岩气开发当中, 首次提出建立“井工厂”页岩气开发模式, 利用“井工厂”钻井技术来进行作业。时至今日, “井工厂”钻井技术已经被广泛地应用到了美国致密砂岩气和页岩气开发、加拿大页岩油气开发以及墨西哥湾、巴西等地的深水油田开发当中。我国的页岩气开发也经历了十几年的时间, 早期的海洋石油钻井工程由于受制于作业平台面积, 所以多使用丛式井钻井技术, 这就是“井工厂”钻井技术的雏形。近年来, 在我国的页岩气等非常规油气资源的开发中, “井工厂”钻井技术的应用频率越来越高。中石化于2011年始在胜利油田、鄂尔多斯盆地大牛地气田等的开发中开展了“井工厂”作业模式探索, 已经取得了一定的成果。2012年中国石油又先后在苏里格南合作区、威远-乏宁页岩气示范区等的开发中进行了“井工厂”作业模式实践, 其中应用最为广泛的当属苏里格南合作区。目前国内外页岩气“井工厂”钻井的关键技术主要有以下几种。
(1) 整体工厂部署对“井工厂”进行合理的整体部署是提高各工序作业效率的基础。总结国内外的页岩气“井工厂”钻井技术应用经验, 可以发现:在充分考虑地理环境和人力物力供应的前提下, 结合地震和钻探资料, 利用数值模拟法、学习曲线法则等可以大大减小开发井网的占地面积, 从而实现开采效益的最大化。
(2) 水平井钻井技术某些页岩气采用直井进行开采收效甚微, 此时改用水平井会得到更好的开采效果, 因为水平井减少了地面设施, 避免了一些地面不利条件的影响, 更加有利于与页岩储层裂缝接触, 产量可达直井的3-5倍。 (1) 井眼轨迹。井眼轨迹的设计应当注意防止井间碰撞, 设计前要先进行合理的理论设计与数值模拟, 然后再进行实地操作, 同时还要随时观察和调整设计方案, 以保证井眼轨迹的合理性。 (2) 高造斜率旋转导向钻井系统。采用高造斜率旋转导向钻井系统可以有效实现多井段一趟钻, 从而简化了钻井步骤、减少了井间碰撞、增加了井筒与油藏之间的接触面积。一般在钻造斜段时采用滑动钻井、在钻水平段时采用旋转钻井。 (3) 裸眼关井方式。采用传统的套管井容易造成裂随机传播, 后来人们研发出了一种新型裸眼关井方式, 该技术能够更加有效地发挥出页岩天然裂缝和节理的作用, 从而提高单井产量及采收率。
(3) 水力压裂技术由于页岩气具有储层低孔、特低渗的特点, 所以往往必须通过大规模压裂才能够达到工业油气流标准, 而常采用的压裂技术为水力压裂技术, 该技术可以有效改善页岩气藏的渗透率, 并减轻其对地层的损害。
2页岩气“井工厂”钻井技术的展望
首先, 未来我国的页岩气“井工厂”钻井技术将会建立健全全过程成本控制理论, 对页岩气开发过程中的各个环节都进行精打细算, 并组建协同工作专家组进行施工参数评价, 以保证各环节运作的安全性、高效性及经济性。其次, 我国在应用“井工厂”钻井技术进行页岩气开发过程中将会进一步借鉴海洋平台钻井技术及吸收苏里格致密气藏开发经验, 并在此基础上逐渐形成适合各地地质性质的“井工厂”作业模式。再次, 我国将大力研发“井工厂”钻井技术的个性化工具及相关配套技术, 使之形成完整的技术链, 以更加满足页岩气开发要求。最后, 我国还将加快进度制定适应我国国情的页岩气“井工厂”钻井技术标准和评价体系, 实现标准化的施工方案, 切实保障施工质量。
3结语
综上所述, 当前页岩气的开发离不开“井工厂”钻井技术, 为了进一步提高作业效率, 我国应当继续加强对“井工厂”钻井技术的研究, 结合以往经验, 完善相关理论, 充分发挥出技术方面的优势。
参考文献
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井工厂 篇2
一、问题的提出
自2012年胜利油田开始大规模实施非常规压裂施工, 两年中分别在樊154、义123、盐227等区块, 实施非常规压裂施工71口500余层, 累计加砂1.6万m3, 用液19万m3, 采用了裸眼分段压裂、电缆泵送桥塞, 连续油管喷砂射孔等不同工艺。这些施工与以往的常规井压裂运行有很大的不同, 并且在实施过程中还要兼顾常规压裂井的运行, 运行起来点多、面广、工序繁杂, 施工风险日益增大、成本控制难度也增大, 给压裂运行工造带来了很大的挑战。
二、地面配套设备研究及应用
地面配套设施是“井工厂”一体化前提和保障, 它们的设计和应用有力保障“井工厂”压裂顺利实施运行, 同时也解决了生产时效问题, 大大缩短了施工准备时间, 从而使该技术更具有先进性。
地面配套主要研究内容有以下六项:优化方案与布局;罐区优化与低压管汇组合;连续供液系统;连续混配系统;高压环形管汇设计与研制;泵送桥塞注意事项及问题对策。
1. 优化方案与布局
排兵布阵、合理布局是地面配套工艺中的重中之重。优化施工方案, 配套设施布局主要分以下几个方面。
(1) 优化压裂车组
盐227井工厂井场采用品字形布局, 8口压裂井分布在三个井组。按照常规做法, 每个井台备一组主压车组和泵送桥塞车组。在两套车组共同施工中, 高压管线部分连接复杂, 使用管线、弯头多, 两套车组不但各自接出双管线上井口, 而且在地面四条管线之间要用管线进行连接, 每条管线要有相应的闸门控制。现场施工中, 高压管线难免出现排量差异而造成的震动, 复杂的闸门也增加操作的难度。另外考虑井场测井占地需要, 经多方考证, 决定现场选用8台一套2500型压裂泵车车组, 两套2000型泵送桥塞车组, 目的机组位置固定, 车组不动, 交叉连续作业。经实际验证, 一套车组完全可以满足施工要求。
(2) 压裂施工设备维护优化
设备好坏是保证连续施工的前提, 保证施工过程中主压裂设备不出现问题。特别制定编写车辆一二级维护制度, 制定填写“施工时设备维护计划表”。根据实际单车过液量、交叉作业、工作压力及规模等实际情况, 确定一二级维护时间, 确保主压裂设备性能优良、工况可靠。同时在维护期间进行加油、扒泵、更换柱塞盘根等易损件的维护工作。8台2500型泵车, 施工液量达到1120m3, 进行一级维护;施工液量达到3200m3, 进行二级维护。施工期间, 累计一级维护55次, 二级维护15次, 没有出现因压裂设备故障造成等停现象发生, 为连续施工打下坚实基础。
2. 罐区优化与低压管汇组合
盐227井组单层施工液量最大达到900m3, 立式罐要满足至少存储1000m3液体的量, 因此上45个立式储液罐用于主压裂施工;另上6个卧式储液罐分两组用于泵送桥塞液体储液罐。
3. 连续供液系统
盐227连续供液系统由3台大排量供水泵, 钢丝软管线、快速接头、1台大排量 (16方) 供液泵, 3个缓冲卧室罐、低压管汇等组成。考虑电潜泵供水因扬程低的原因无法直接给立式罐补满水, 于是安排上3个较低矮的卧式罐作为缓冲罐, 用电潜泵往里打水, 再上一台大排量电泵将缓冲罐内的水补充到45个立式罐中, 保证了供液的连续性。立式储液罐区采用三套低压流程连接, 每套流程之间采用两条管线串联, 混砂车从每套流程连接两条管线到混砂车上液端, 确保大排量施工的要求。
4. 连续混配系统
盐227“井工厂”压裂液体系采用乳液缔合型压裂液, 实验室前期论证该压裂液体系, 具有携砂能力强、耐剪切、抗温能力强、较现行瓜胶经济高效、易配易储运等诸多优点, 可以实现地表水即时混配泵注要求。所以在讨论方案时, 压裂大队没有上连续混配车、搅拌罐等连续混配设备, 只用采油院相关设备直接泵注至混砂车, 利用混砂车台上搅拌罐混配。该体系在现场应用中发现诸多问题:液体粘度高, 弹性差, 液体挂壁性强, 液体摩阻较大的特点。
5. 泵送桥塞注意事项及对策
泵送桥塞和射孔联作技术是目前先进的联作技术, 以其作业速度快和更经济高效的特点在北美和加拿大得到广泛应用。作业过程要求测井队伍和压裂队相互协调作业, 控制好泵入排量和电缆速度, 避免意外发生。泵送排量大小和电缆速度关系密切。排量过大和电缆移动速度过快可能会导致电缆弱点断开、桥塞意外座封和工具遇卡等事故。泵送桥塞施工顺利与否直接影响施工进度, 该项工序异常重要。压裂大队借鉴以往配合经验, 成功完成盐227井87次泵送任务。施工期间全程强化时效控制, 累计完成8口水平井共87段压裂施工任务, 设计泵送液量3900m3, 实际泵送液量2560m3;平均每天压裂施工3段, 较之前完成的非常规施工压裂运行时效有了很大提高, 同时还创出了单日压裂施工5段的高纪录, 达到了提速压裂施工运行时效的目的。
结论
井工厂 篇3
1 页岩气井工厂模式布置的关键问题
(1) 井场布局及井网优化国外井工厂一般利用丛式水平井组的钻井方式, 主要问题是布置井场和优化井网, 直接对钻完井效率、改造储层效果以及投产期造成了影响。国外针对井工厂钻井的合理布局井场问题, 提出了施工钻井、改造储层以及维护油气井实施系统优化, 突出了各个施工环节之间的连续性与可调整性, 同时采取三维地震技术立体化部署水平井。Horn River页岩气区井工厂布置钻井井场采取排状井网布井, 每一井排包含了12口井, 井槽间距是8m, 圆井深度是5m。
(2) 设计三维水平井轨道与控制井眼轨迹当前我国设计大靶前位移三维水平轨具体包括下列难点: (1) 缺少设计标准, 设计相关参数没有根据, 例如方位变化率等; (2) 由于扭方位增加了控制井眼轨迹难度, 井眼质量变差, 加大了井眼净化难度; (3) 摩阻扭矩大, 优化井眼轨道困难。
大靶前位移三维水平井井眼水平投影见图1, 靶点A与靶点B以及井口坐标没有共线, 偏移距是OD, 水平段的靶前位移是OA, 实际有效靶前位移是AD, 水平井设计方位角是φ, φA与φB分别是靶点A与靶点B的闭合方位。国外产生的一体化设计生产安全过程的思路, 通过三维地震资料设计井眼轨道, 同时在联系伽马射线与密度测井优化设计轨道。见图1。
设计井眼轨道为勺形, 尽量保证水平段长度与储层接触面积足够大, 并且水平段微翘, 有利于排水。
2 涪陵页岩气田焦石坝工区井工厂模式布置应用
将4口井布置焦页30平台上, 采用一部横向移动的电动钻机实行井工厂钻井模式布置试验。生产过程利用的是类似于流水线操作的工厂化模式, 总共分为四个轮次, 第一轮次完成一开操作四口井导管, 第二轮次完成二开操作四口井, 依次进行, 一共实行12次井架移动, 最终全部钻完四口井。
(1) 设备前期改造项目为了达到井工厂模式的钻井需求, 前期改造钻机和配套设备。
(1) 每侧在钻机导航增加3节, 每节10米, 增加24个导航连接螺栓、3根连接撑杆、10个连接销。 (2) 增加6节地面高压管汇, 每节10米, 增加配置2个弯头, 同时对阀门组和爬坡高压管汇更换2个油壬, 定做同样2根70MPa高压软管油壬。 (3) 增加反循环管汇30米。 (4) 增加高架槽出水管线30米, 每根10米, 全部采用法兰连接, 每增加一节高架槽设计二个出水管支撑架。 (5) 配置电缆转接房, 房中加设顶驱电源接口, 气源接口, 配置3个9米的电缆槽。 (6) 延长硫化氢探头数据线以及泵房视频探头数据线。 (7) 增加井控配套管线。
(2) 井场准备及安装钻机将井工厂井场建立在焦页30平台上, 统一实现4口井的钻前工程施工, 口井保持10米间距, 在焦页30-1井位置完成钻井设备的安装, 与此同时一次性安装导航到位, 符合4口井的平移要求。
(3) 生产施工过程第一轮次:本次实现4口井的导管以及一开操作。
焦页30-1井开导眼及一开, 表层固井之后保证12h候凝, 拆封井器以及有关设备、安装井口;平移井架至30-2井井口并且确定中心, 二次实现导眼以及一开操作, 依次实行, 做好30-3井和30-4井。
第二轮次:本次实现4口井的二开操作。
完成焦页30-4井导眼以及一开操作之后, 转变为泥浆, 完成二开操作, 技套固井保证12h候凝, 对井器进行拆封和有关设备、井口的安装, 向30-3井井口平移并且确定中心, 实现二次操作, 依次实行, 实现30-2井和30-1井操作。
第三轮次:本次实现4口井的三开操作。
实现焦页30-1井二开操作以后, 再次转变为泥浆实现三开操作, 实行井器拆封以及有关设备、井口的安装, 向30-2井井口平移且确定中心, 实现三开操作, 依次实行, 最终实现30-3井和30-4井的操作。
第四轮次:通井和试压等操作。
完成第三轮次操作以后, 在30-4井甩5寸钻杆, 连接2寸7小钻井, 实现了通井、电测和试压工作, 依次实行, 最终实现了30-3井、30-2井和30-1井的操作。
完成四口井的操作以后, 实现放井架和拆设备等相关操作。
(4) 移动井工厂设备平移钻机之前把设备划分为三部分: (1) 移动部分:钻机、井架和钻台底座; (2) 固定部分:井场外面野营房、泥浆循环罐、泥浆储备罐、机房、配电房、网电房等。 (3) 拆接部分:直通管、跑道、高压管线、高架槽、大门坡等。
根据施工具体要求, 一次平移井架: (a) 拆开拆接部门的连接点。 (b) 拆除防喷器, 利用游车吊起, 固定防喷器下部, 避免平移过程中出现摆动。 (c) 在二个300T液压缸的促使下, 横向平移钻机, 并且连接钻台底座整体在导轨上移动到新井口, 之后确定转盘和井口中心。 (d) 联系施工井口的所在位置, 重新连接拆接部分的连接点。 (e) 固定与调试全部设备。
3 井工厂钻井模式的效益
(1) 降低劳动强度假如分别钻完4口井, 需要拆迁4次钻机, 安、拆顶驱4次, 泥浆转换8次, 掏罐与清罐4次, 中完拆装放喷管线各安排4次, 接、甩工具分别是8次;利用井工厂模式, 4口井一共需要实行拆迁4次设备, 安拆顶驱各1次, 泥浆转换2次, 掏罐和清罐分别实施1次, 喷管线拆装放个需要1次, 钻具接甩2次。
(2) 节省搬安设备时间降低风险比较同一平台的4口井, 假如分别钻完以后实施同台小搬迁, 一共需要3次, 最快耗费12天时间, 井工厂模式下钻完以后通过液压动力移动钻机至下个井口, 再加之拆除、安装、调试拆除部分, 一共耗费5天, 相较于节省了7天。
焦石坝工区一般都利用了顶驱打钻, 假如分别钻完4口井, 4次拆装顶驱, 最快也需要8天, 而采取井工厂模式, 仅需要1次拆装顶驱, 耗费2天时间, 节省了6天。
(3) 节约了操作成本利用井工厂模式, 有效减少了拆迁设备与接甩钻具的次数, 降低了拆装钻机环节形成的安全风险, 此外也降低了使用吊卡车的次数, 进一步节约了搬用设备的成本。
4 结语
页岩气井工厂的开发充分表明其经济可行性, 其近些年来在发达国家的应用创造了巨大的收益, 我国目前页岩气开发还处于探索时期, 因此本文以涪陵页岩气田井工厂模式布置为例, 阐述了具体技术问题, 希望对我国页岩气的开发起到借鉴意义。
参考文献
[1]甘升平, 赵茂, 吴先忠.优化钻井技术在苏里格气田的应用[J].天然气工业, 2007, (12) .
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