马春芳

（大庆钻探工程公司钻井工程技术研究院，黑龙江大庆 163413）

水平井钻井是一种高效的油气开采技术手段，虽然水平井的施工成本是直井的1.5～2.5倍，但其产量通常可以达到直井的4～6倍[1-2]。大庆外围区块具有较好的已探明油气储量，但该类区块储层物性较差，用常规水平井技术进行开采，其开采成本仍然相对较高。工厂化水平井通过对施工流程和平台部署的优化，可以在同一井场实现水平井的批量钻井作业施工，进一步节约钻井施工成本和土地占用成本，从而提高了难采区块的开采经济效益。此外，通过对钻井液的高效回收利用在降低成本的同时还降低了对环境的污染。

1 工厂化水平井的国内外技术现状

21 世纪初，美国为了进一步降低非常规油气资源的开发成本，最早开始了工厂化水平井的作业模式，大幅度提高了开采效益降低了作业时间，目前已成为非常规油气储层开采的主要技术手段之一。该类水平井通常采用三层井身结构；水平段长度通常在1200m 以上；为了减少钻井空白区域的出现，通常采用小曲率的井眼轨道设计方案；根据实际情况选用裸眼筛管完井方式或者套管完井方式[3-4]。

根据施工情况同一施工平台少则部署6口井，多则部署十几口井，最高可实现一个平台36口井的连续化施工作业，部分钻机具有整体移动功能，钻机自动化程度相对较高，大部分已经实现了数字化操作。

国内的工厂化水平井施工开展的相对较晚，相关配套设备尚未完全成熟，施工经验相对较少，距离国外先进油服公司的技术水平仍有差距。

2 工厂化水平井钻井技术难点分析

采用工厂化水平井的钻井模式进行钻井施工，需要从全盘考虑钻井、完井、压裂、试采和后期管网建设，相关的影响因素较多，需要多部门协同工作。进行工厂化水平井施工需要重点考虑如下情况：

（1）井口布置和井眼轨迹。在同一平台上，如果井间距设计较大则不利于钻机在完钻后的搬迁作业，但如果设计的井间距过小，则井下防碰撞问题较为突出。

（2）满足后续压裂施工。使用工厂化水平井的施工方案，相关配套设备较多，占地面积较大，为了减少场地占用和节省资金，应该在进行场地布局设计时考虑为后期压裂施工留下相应的压裂场地。

（3）增大与储层接触面积，减少“死油区”。由于工厂化水平井的防碰撞要求，会产生一定的“死油区”，因此在进行钻井设计和井场布局时，要充分考虑减少这些钻井空白区域的出现，通常采用小曲率的井眼轨道设计方案。

3 工厂化水平井钻井关键技术

3.1 平台部署与作业优化

平台部署过程中重点考虑钻机的移动方式、钻井管网的配套、基础建设施工量、压裂场地共用。在提高钻井施工效率和钻井液利用率的情况下实现整体施工的降本增效。

作业过程中采用批量施工流程，先统一进行一开和二开钻井施工，最后统一进行三开钻井施工。一开和二开共用钻井液和钻具组合，三开共用一套钻井液体系和钻具组合，这样可以减少钻具组合的变更和拆甩，节约钻井液的配制量和维护费用，在降低施工成本的同时还降低了作业劳动强度。

3.2 钻机配套改造

根据实际情况，给钻机配套轨道式或步进式的滑轨式整体快速移动装置，从而简化钻机搬迁流程，节约钻机搬迁时间；给施工用钻机配套相应型号的顶驱装置，提高钻井施工效率。

3.3 钻具保障措施

根据地层不同情况和施工的井段，进行相应的钻头优选，在上部可钻性较好的地层主要使用PDC钻头来提高机械钻速。

在水平井段的后半段施工过程中，可以考虑使用旋转导向工具来提高机械钻速降低综合使用成本。经推算，当使用LWD+马达+螺杆的钻具组合的实际机械钻速低于使用使用旋转导向工具的60%时，其总体费用已经不具备经济性。

在水平段施工过程时，在钻具组合中加入可以减小摩阻和扭矩的水力振荡器，从而减少钻具组合和井壁之间的摩擦和静态接触时间，使钻压可以更好地传递到钻头，提高机械钻速并延长钻头的使用寿命[5-6]。水力振荡器的使用效果统计见表1。

表1 水力振荡器的使用效果统计

从表1 数据可以得知，使用水里振荡器后，平均摩阻可将降低20kN 左右，与同区块的临井相比，提速效果明显，最高提速可以达到30%以上，而且水力振荡器的使用成本相对较低、后期维护也相对简单，适宜进行全区块的推广应用。

3.4 钻井液设计优化

早期在进行水平井的工厂化施工过程中为了提高机械钻速、减小井下复杂情况的发生，三开井段通常使用油基钻井液，并且通过优化利用，油基钻井液的重复利用率达到了90%以上。随着工厂化施工工艺的逐步成熟，三开井段主要使用水基高性能钻井液，并且为了更好地满足现场施工需要，对已有的高性能钻井液进行了进一步优化设计，目前该套体系的各项性能已经与油基钻井液类似，并且达到了国内外同类钻井液的水平。表2 为优化后的水基高性能钻井液和国外同类钻井液的基础性能对比；表3为优化后的水基高性能钻井液和国外同类钻井液的抑制性对比；表4为优化后的水基高性能钻井液和国外同类钻井液的润滑性对比。

表2 高性能钻井液与国外同类钻井液流变性能对比表

表3 高性能钻井液与国外同类钻井液抑制性能对比表

从表2数据可知，大庆油田使用的高性能钻井液体系具有较好的动塑比，API 失水和高温高压失水均较低，流变性能和国外的贝克休斯等公司相近。

从表3数据可知，大庆油田使用的高性能钻井液体系具有较好的抑制性，滚动回收率已经接近油基钻井液，和国外公司相近。

从表4数据可知，大庆油田使用的高性能钻井液体系具有较好的润滑性，和国外公司相近。

表4 高性能钻井液与国外同类钻井液润滑性能对比表

4 结论和建议

（1）工厂化水平井通过平台统一部署和施工作业优化，可以在同一井场实现水平井的批量钻井作业施工，进一步节约了钻井施工成本和土地占用成本，从而提高了难采区块的开采经济效益。

（2）通过钻头优选、水力振荡器使用和旋转导向工具的分井段使用，可以进一步提高钻井施工效率，降低作业成本。

（3）钻井液性能的好坏和成本的高低对工厂化水平井的综合推广效益有着重要的影响，经优化改进后的高性能钻井液具有良好的性能，可以满足工厂化水平井的施工需求。