陳 平，劉 陽，馬天壽

（油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點實驗室（西南石油大學(xué)），四川成都610500）

近年來，國內(nèi)外對頁巖氣勘探開發(fā)力度逐步加大。北美頁巖氣“井工廠”開發(fā)模式表明，“井工廠”技術(shù)能夠有效提高作業(yè)效率，縮短投產(chǎn)周期，降低開發(fā)成本?！熬S”鉆井技術(shù)作為“井工廠”技術(shù)的重要組成部分，在頁巖氣高效開發(fā)過程中發(fā)揮著重要作用?！熬S”鉆井是以叢式水平井組的安全、快速、高效鉆井為目標(biāo)，采用一系列先進(jìn)的鉆完井技術(shù)和裝備，利用可重復(fù)的井眼設(shè)計和對井下風(fēng)險情況的有效控制，實現(xiàn)高效低成本鉆井的一種作業(yè)方式。借鑒北美頁巖氣成功鉆井經(jīng)驗，結(jié)合國內(nèi)頁巖氣藏儲層特征和鉆井現(xiàn)狀，開展了國內(nèi)頁巖氣“井工廠”鉆井關(guān)鍵技術(shù)研究，以促進(jìn)我國頁巖氣商業(yè)化開發(fā)。

1 “井工廠”鉆井技術(shù)現(xiàn)狀

頁巖氣開發(fā)經(jīng)歷了直井、水平井、分支井、叢式井、“井工廠”開發(fā)的發(fā)展歷程。2002年以前，頁巖氣開發(fā)主要采用直井和水力壓裂技術(shù)；2002年，美國在開發(fā)Barnett頁巖時開始試驗應(yīng)用水平井和水力壓裂技術(shù)，顯著提高了氣井產(chǎn)量，且不明顯增加開發(fā)成本。隨后，為進(jìn)一步降低成本，減少環(huán)境和生態(tài)影響，提高資源及設(shè)備利用率，將“井工廠”理念引入頁巖氣開發(fā)，提出建立標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)的“井工廠”開發(fā)模式，以期通過全過程精細(xì)控制實現(xiàn)頁巖氣開發(fā)規(guī)模效益化，拉開了頁巖氣“井工廠”開發(fā)的帷幕［1－2］。目前，美國致密砂巖氣、頁巖氣開發(fā)，加拿大頁巖油氣開發(fā)，墨西哥灣及巴西深水油田開發(fā)等均采用“井工廠”技術(shù)［3］。美國Marcellus頁巖氣區(qū)自2007年采用“井工廠”技術(shù)后，垂深2 500m、水平段長1 300m的水平井鉆井周期僅為27d，2011年該氣區(qū)超過78%的井采用“井工廠”開發(fā)模式；加拿大Groundbirch頁巖氣開發(fā)中采用了“井工廠”技術(shù)，單個井場布井24口，鉆井過程中通過運(yùn)用學(xué)習(xí)曲線法則，單井鉆井周期從前期的約40.0d降至9.8d，單井平均使用鉆頭數(shù)量從17只降至3只，極大地縮短了鉆井周期、降低了鉆井成本。

我國在早期海洋石油鉆井過程中，受作業(yè)平臺面積限制，廣泛應(yīng)用了叢式井鉆井技術(shù)，形成了“井工廠”鉆井技術(shù)的雛形。近年來，陸上油氣田在頁巖氣、低滲透天然氣等非常規(guī)油氣資源開發(fā)中，逐步探索應(yīng)用“井工廠”作業(yè)模式。2011年以來，中國石化在鄂爾多斯大牛地氣田和勝利油田非常規(guī)區(qū)塊、涪陵頁巖氣示范區(qū)等開展了“井工廠”作業(yè)模式的探索與研究，取得了階段性成果，初步形成了適合地區(qū)特點的“井工廠”作業(yè)模式［3］。2012年以來，中國石油先后在蘇里格南合作區(qū)、蘇里格氣田蘇53區(qū)塊以及威遠(yuǎn)－長寧頁巖氣示范區(qū)等進(jìn)行了“井工廠”作業(yè)模式的探索與實踐，其中，蘇里格南合作區(qū)“井工廠”作業(yè)模式的應(yīng)用最為成熟。

2 頁巖氣“井工廠”鉆井關(guān)鍵技術(shù)

頁巖氣“井工廠”鉆井關(guān)鍵技術(shù)主要包括：復(fù)雜地表環(huán)境下井場地面布局及地下立體井網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計，三維叢式水平井組井眼軌道設(shè)計與井眼軌跡控制，重復(fù)風(fēng)險控制，鉆井液技術(shù)和長水平段固井技術(shù)等［4］。

2.1 井場布局及井網(wǎng)優(yōu)化

國外“井工廠”鉆井普遍采用叢式水平井組的鉆井方式，井場布置和井網(wǎng)優(yōu)化是其關(guān)鍵問題之一［5］，直接影響著鉆完井效率、儲層改造效果以及投產(chǎn)周期。國外針對“井工廠”鉆井的井場合理布局問題，提出對鉆井施工（包括鉆前施工、材料供給、鉆機(jī)移動、電力供給等）、儲層改造（包括通井、洗井、試壓等）和油氣井維護(hù)等進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化，強(qiáng)調(diào)各施工環(huán)節(jié)間的連續(xù)性和可調(diào)整性［6－7］，同時利用三維地震技術(shù)對水平井進(jìn)行立體化部署。Horn River頁巖氣區(qū)“井工廠”鉆井井場布置情況如圖1所示，該井場采用排狀井網(wǎng)布井，每一井排包括12口井，井槽間距為8m，圓井深度為5m，確保采油樹總成能完全坐落于圓井中而不影響地面鉆機(jī)移動。

曾保全等人利用數(shù)值模擬方法進(jìn)行了布井方式研究［8］，結(jié)果表明（見圖2），排狀正對井網(wǎng)略優(yōu)于其他2種井網(wǎng)形態(tài)；同時，排狀正對井網(wǎng)有利于實現(xiàn)“井工廠”鉆井，且能通過學(xué)習(xí)曲線法則提高待鉆井眼的鉆井效率，也便于管理和后期調(diào)整，因此，“井工廠”鉆井宜選用排狀正對井網(wǎng)。

2.2 三維水平井軌道設(shè)計與井眼軌跡控制

國外叢式水平井設(shè)計經(jīng)驗表明，水平井組井口距離為3～5m，水平段間距為150～200m，需要設(shè)計大靶前位移三維水平井，以滿足井網(wǎng)部署要求［7－8］。目前國內(nèi)大靶前位移三維水平井軌道設(shè)計主要存在以下難點［9］：1）缺乏行業(yè)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，相關(guān)參數(shù)設(shè)計缺乏依據(jù)，如方位變化率等；2）因扭方位引起井眼軌跡控制難度增大，井眼質(zhì)量變差，井眼凈化困難等；3）摩阻扭矩大，井眼軌道優(yōu)化困難。

圖1 Horn River頁巖氣區(qū)“井工廠”作業(yè)井場布局Fig.1 The diagram of a typical factory well site layout in Horn River area

圖2 不同布井方式數(shù)值模擬結(jié)果Fig.2 Numeric simulation results of different well pattern

圖3 大靶前位移三維水平井井眼水平投影圖Fig.3 The horizontal projection of large offset horizontal well

大靶前位移三維水平井井眼水平投影如圖3所示，靶點A和靶點B與井口坐標(biāo)不共線，OD為偏移距，OA為水平段的靶前位移，AD為實際有效靶前位移，φ為水平井設(shè)計方位角，φA與φB分別為靶點A與靶點B的閉合方位。國外提出按生產(chǎn)全過程進(jìn)行一體化設(shè)計的思路，利用三維地震資料進(jìn)行井眼軌道設(shè)計，并在有利甜點區(qū)內(nèi)結(jié)合伽馬射線和密度測井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行軌道優(yōu)化設(shè)計。井眼軌道設(shè)計要滿足鉆完井工程、儲層改造要求，利用高造斜率旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)和隨鉆測井近鉆頭地質(zhì)導(dǎo)向工具實現(xiàn)井眼軌跡的平滑與實時控制，確保在目標(biāo)區(qū)內(nèi)鉆井［10－11］。井眼軌道設(shè)計為“勺形”井眼，以使水平段長度和儲層接觸面積盡可能大，且水平段微微上翹，便于排水。

長寧－威遠(yuǎn)頁巖氣示范區(qū)也開展了叢式水平井組的設(shè)計與施工，利用測井、地震、壓裂等資料獲得目標(biāo)區(qū)地應(yīng)力特征，井眼軌道設(shè)計兼顧井壁穩(wěn)定和儲層改造要求，提出水平段井眼軌跡沿最小水平主應(yīng)力方向延伸和與最小水平主應(yīng)力方向夾角為30°～40°的方向延伸2套方案。設(shè)計造斜率為（5°～8°）／30m，采用井下動力鉆具＋MWD＋伽馬導(dǎo)向鉆井技術(shù)，降低長水平段水平井作業(yè)成本，提高對儲層地質(zhì)不確定性的應(yīng)對能力。同時，為避免叢式井組水平井眼相碰，在上部井段實行預(yù)造斜，使兩井間距不小于安全距離，初步形成了三維井眼軌道優(yōu)化設(shè)計及控制技術(shù)。

2.3 重復(fù)風(fēng)險控制

風(fēng)險控制的基本原理是學(xué)習(xí)曲線法則，即在一個合理的時間段內(nèi)，連續(xù)進(jìn)行固定模式的重復(fù)工作，工作效率會按照一定的比率遞增，使單位任務(wù)量耗時呈現(xiàn)出明顯的遞減趨勢［12－13］?！熬S”鉆井技術(shù)作為標(biāo)準(zhǔn)化的作業(yè)模式，所鉆井眼地質(zhì)特征、井眼軌道、施工參數(shù)、工作液性能等均具有一定的相似性。因此，通過重復(fù)風(fēng)險控制，既有利于提高鉆井作業(yè)的熟練程度和效率，又便于利用鄰井鉆井資料對待鉆井進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，確保鉆井風(fēng)險最低，有效降低單井鉆井成本。

2.4 鉆井液技術(shù)

目前，國內(nèi)外頁巖氣開發(fā)主要應(yīng)用油基鉆井液和合成基鉆井液，在防止頁巖地層、尤其對軟泥頁巖地層［14］井壁失穩(wěn)方面具有一定的優(yōu)勢。其優(yōu)勢表現(xiàn)在：1）抑制性強(qiáng)，能防止和減少水敏性地層的水化、膨脹、分散而引起的井壁垮塌；2）在鉆遇石膏層、鹽層及水泥塞時，具有較強(qiáng)的抗Ca2＋、Mg2＋、Na＋等離子污染的能力；3）由于以油為外相，油基鉆井液潤濕效果較好，能大大降低鉆進(jìn)及起下鉆時的扭矩及阻力，減少井下故障；4）對鉆井設(shè)備無腐蝕；5）具有極好的油氣層保護(hù)性能；6）濾失速率較小，濾液基本不會引起黏土礦物水化膨脹；7）濾液進(jìn)入親水型硬脆性泥頁巖阻力大，能較好地穩(wěn)定泥頁巖地層。需強(qiáng)調(diào)的是，對層理發(fā)育的頁巖地層，可能引起塌漏共存問題，必須采取有效的封堵措施，但封堵材料可能影響MWD的信號傳遞。

相比油基鉆井液，水基鉆井液更環(huán)保且成本低，具有很好的應(yīng)用前景［15］。水基鉆井液在硬脆性泥頁巖地層適應(yīng)性良好，其技術(shù)關(guān)鍵是：抑制性、封堵性、潤滑性、穩(wěn)定性以及井眼清潔能力。國外仿油基鉆井液的水基鉆井液研制已取得了階段性成果，研發(fā)了PERFORMAX、SHALEDRILL－H、SHALEDRILL－B和甲基葡萄糖苷等多種水基鉆井液［16－17］，并成功應(yīng)用于Barnett、Haynesville等頁巖區(qū)鉆井。我國在長寧頁巖氣區(qū)鉆井中也開展了水基鉆井液的研究與試驗應(yīng)用，但鉆至造斜段（井斜角為60°）時換用油基鉆井液，水基鉆井液配方為：3.00%膨潤土＋0.40%KOH＋0.20%PAC－LV＋4.00%SMP－2＋2.00%RSTF＋2.00%KHm＋3.00%封堵劑 A＋1.00%CaO＋4.00%RH－220＋ 7.00%KCl＋650g重晶石＋3.00%超細(xì)碳酸鈣＋3.00%封堵劑B。

2.5 長水平段固井技術(shù)

調(diào)研分析Barnett等北美頁巖氣區(qū)水平井固井技術(shù)資料發(fā)現(xiàn)，固井過程中普遍存在的技術(shù)難題為：1）油基鉆井液置換及界面清洗困難；2）套管串安全下入和套管居中難度大；3）對水泥漿性能要求高；4）提高頂替效率難度大。

為了高效清除附著在井壁上的油基鉆井液，國外在研制高效表面活性劑的基礎(chǔ)上，開發(fā)了一系列性能優(yōu)良的前置液［18］，如Ronald的可固化隔離液、Nilsson的沖洗用表面活性劑體系和S.L.Berr的乳化隔離液等。國內(nèi)適用于油基鉆井液的前置液的研究剛起步，目前缺乏性能優(yōu)良、成熟的前置液，譚春勤等人開發(fā)的潤濕反轉(zhuǎn)前置液可基本滿足部分地區(qū)頁巖氣水平井固井要求［19］。

在水泥漿方面，國外以保證層間封隔和水泥環(huán)完整性為目標(biāo)，開發(fā)了多種水泥漿［20－21］，包括泡沫水泥漿、酸溶性水泥漿、泡沫酸溶性水泥漿以及火山灰＋H級水泥漿等。同時，針對地層破裂壓力低引起井漏和完井后套管帶壓等情況，研發(fā)了低密度水泥漿、膨脹柔性水泥漿等。國內(nèi)頁巖氣水平井固井主要應(yīng)用彈韌性水泥漿［22］，其配方為：G級高抗水泥＋5.00%SFP－1＋0.10%DZH ＋1.5%DZS＋6.00%FSAM＋0.20%SFP－2＋44.00%水。

在固井工藝方面，國內(nèi)外均從套管串安全下入能力、提高套管居中度和頂替效率等方面進(jìn)行了研究［23］，先后提出了水平段安裝套管滾輪扶正器、套管漂浮技術(shù)、套管抬頭下入等工藝技術(shù)，來降低水平段下套管的摩阻，但仍不能滿足固井需要。目前，迫切需要研發(fā)能夠主動適應(yīng)儲層特性、滿足開采要求的低成本個性化固井工具及配套技術(shù)。

2.6 “井工廠”鉆井關(guān)鍵設(shè)備及工具

確?！熬S”鉆井作業(yè)順利實施的主要設(shè)備包括：快速移動鉆機(jī)和先進(jìn)的導(dǎo)向鉆井工具。

2.6.1 快速移動鉆機(jī)

北美頁巖氣藏埋深各異，多數(shù)頁巖氣藏埋深1 000～2 500m，少數(shù)氣藏埋深超過3 000m，且作業(yè)區(qū)地勢平坦，因此北美地區(qū)快速移動鉆機(jī)的鉆深能力較小，但靈活度更強(qiáng)。目前，北美地區(qū)自動化鉆機(jī)按移動方式分為滑移式鉆機(jī)和行走式鉆機(jī)［24］?；剖姐@機(jī)包括Savanna移動鉆機(jī)、Versa－Rig300鉆機(jī)、Rack and Pinion鉆機(jī)和Sparta模塊式鉆機(jī)等，行走式鉆機(jī)包括GES型8向行走鉆機(jī)、Nabors快速移動鉆機(jī)、Landshark快速移動鉆機(jī)、Flex rig陸地鉆機(jī)和APEX等。2009年問世的Savanna鉆機(jī)的鉆深能力超過4 000m，在北美深部頁巖區(qū)具有廣泛的作業(yè)優(yōu)勢，目前有650、651、652E和653E等4種型號。快速移動鉆機(jī)的技術(shù)優(yōu)點為：1）鉆機(jī)實現(xiàn)全過程交流電自動控制，作業(yè)安全性全面提高；2）鉆機(jī)運(yùn)移速度達(dá)12.19m／h，僅需1.5h便可從一個井位移動到另一井位；3）鉆機(jī)具有集成滑移系統(tǒng)、自動送鉆系統(tǒng)、自動化坡道及自動化電腦監(jiān)測控制與診斷系統(tǒng)等配套設(shè)施，作業(yè)效率顯著提升。

2.6.2 導(dǎo)向鉆井工具

“井工廠”作業(yè)模式對井眼軌道設(shè)計及井眼軌跡控制的要求很高，頁巖氣水平井水平段較長（一般為1 000～1 500m），鉆井作業(yè)中存在井眼質(zhì)量差、摩阻扭矩大、機(jī)械鉆速較低等問題。因此，必須采用性能優(yōu)良的低成本導(dǎo)向鉆井工具，以滿足井眼軌跡實時精確控制的要求，降低單井作業(yè)成本。國外油田服務(wù)公司在高造斜率、低成本導(dǎo)向工具研發(fā)方面已取得突破性進(jìn)展，相繼推出了PowerDrive Archer RSS系列和Motary Steerable定向控制系統(tǒng)。

PowerDrive Archer RSS的技術(shù)創(chuàng)新體現(xiàn)在以下幾方面：1）具備與傳統(tǒng)容積式馬達(dá)相媲美的超高造斜率（達(dá)17°／30m），在井眼軌道設(shè)計中可以進(jìn)一步下移造斜點，使造斜段變短，水平段更長，從而增大油層泄油面積，提高氣井產(chǎn)能；2）導(dǎo)向鉆進(jìn)時連續(xù)旋轉(zhuǎn)，大大提高了井眼清潔能力，摩阻扭矩變小，有利于水平段延伸，且大幅降低了卡鉆的風(fēng)險，降低了單位進(jìn)尺的鉆井成本；3）造斜平穩(wěn)，井眼光滑，有利于后期完井作業(yè)施工，且成本更低；4）為減少起下鉆次數(shù)，進(jìn)一步提高井眼質(zhì)量和井眼清潔程度，縮短非生產(chǎn)時間，研發(fā)了專用的Steel－body PDC鉆頭，鉆頭使用壽命等各項指標(biāo)得到優(yōu)化［25－26］，在Permian盆地一口小井眼水平井應(yīng)用中，一趟鉆完成了造斜段和水平段的施工。

Motary Steerable導(dǎo)向工具采用目標(biāo)鉆頭速度（targeted bit speed，TBS）導(dǎo)向技術(shù)［27］，充分發(fā)揮了容積式馬達(dá)和MWD的技術(shù)優(yōu)勢，可實現(xiàn)三維井眼軌跡的精確控制，顯著縮短滑動鉆進(jìn)時間，改善井眼質(zhì)量，降低長水平段水平井鉆井成本。當(dāng)造斜率為（0°～3°）／30m 時，TBS技術(shù)可以取代旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)作為低成本導(dǎo)向技術(shù)；當(dāng)造斜率較高時，又可快速實現(xiàn)模式轉(zhuǎn)換，直至獲得理想的造斜率。在Bakken頁巖區(qū)一口長水平段水平井鉆井中，試驗應(yīng)用了Motary Steerable導(dǎo)向工具，從井深2 870m開始連續(xù)鉆至井深5 984m，進(jìn)尺超過3 000m，滑動鉆進(jìn)時間從30%降至8%，鉆井時間縮短了7d，節(jié)省鉆井費用超過52萬美元。

此外，還需配備移動式鉆井液循環(huán)系統(tǒng)和固控設(shè)備，實現(xiàn)作業(yè)過程的連續(xù)性；配備離線作業(yè)設(shè)備，實現(xiàn)離線固井與測井，不占用鉆機(jī)時間，提高設(shè)備利用率；配備工作液回收處理系統(tǒng)，實現(xiàn)鉆井液、壓裂液等工作液的回收利用，降低成本。

3 “井工廠”鉆井技術(shù)主要特點

1）標(biāo)準(zhǔn)化井場設(shè)計和地面工程建設(shè)使多口井共用同一生活設(shè)施和井場道路，有效減少了井場面積，降低了生態(tài)影響和地面工程建設(shè)成本。

2）可實現(xiàn)批量鉆井（依次鉆開不同井的相同井段）、脫機(jī)作業(yè)（注水泥、候凝、測井過程分離）、遠(yuǎn)程控制、自動化作業(yè)、流水線作業(yè)等，從而有效提高設(shè)備利用率和鉆井效率，減少非生產(chǎn)時間，縮減人員配備，減少因鉆井周期長而帶來的一系列井下故障。Fayetteville頁巖氣區(qū)（埋深約為2 200m）2007—2011年“井工廠”鉆井情況的統(tǒng)計結(jié)果表明（見表1）［28］，通過學(xué)習(xí)曲線法則，鉆井時間減少了52%，水平段長度增加了84%，但鉆井成本未因水平段增長而增加，平均單井作業(yè)成本控制在280～300萬美元。

表1 Fayetteville頁巖2007—2011年鉆井情況統(tǒng)計結(jié)果Table 1 The drilling results of Fayetteville shale in 2007—2011

3）節(jié)約原材料，實現(xiàn)鉆井液、完井液、壓裂液等工作液的重復(fù)利用。統(tǒng)計表明，“井工廠”鉆完井作業(yè)可以實現(xiàn)廢棄鉆井液、廢棄壓裂液、天然放射物質(zhì)等廢物的綜合處理和資源共享，鉆井液回收利用率約為40%～50%，壓裂液重復(fù)利用率約為25%。

4）叢式井井場有利于進(jìn)行多口井批量化壓裂試氣作業(yè)，通過采用拉鏈?zhǔn)阶鳂I(yè)模式，同一井場一口井壓裂，一口井進(jìn)行電纜橋塞射孔聯(lián)作，2項作業(yè)交替進(jìn)行并無縫銜接，提高了設(shè)備利用率，縮短了作業(yè)時間，實現(xiàn)了壓裂的規(guī)?；土芽p的網(wǎng)絡(luò)化，極大地提高了壓裂試氣的效率，實現(xiàn)了效益的最大化。

4 我國頁巖氣“井工廠”鉆井技術(shù)面臨的技術(shù)瓶頸

我國通過幾年來在川渝地區(qū)頁巖氣藏的勘探開發(fā)實踐，已初步形成適合川渝地區(qū)頁巖氣藏開發(fā)的“井工廠”技術(shù)，主要包括快速安全鉆完井技術(shù)、儲層改造技術(shù)和實時隨鉆監(jiān)測與測量技術(shù)等，但與國外相比，還處在探索應(yīng)用階段，在配套裝備儀器方面還存在明顯的差距與不足。目前，我國“井工廠”鉆井技術(shù)面臨的主要技術(shù)瓶頸有：

1）儲層“甜點”區(qū)域識別和可靠的地質(zhì)特征獲取困難?！疤瘘c”往往存在于頁巖脆性較高、脆性指數(shù)較大的區(qū)域，同時又是鉆井時儲層易塌易漏層段，如何優(yōu)選“甜點”并獲取可靠的地質(zhì)特征，成為叢式水平井組鉆井所面臨的一個重要的問題。目前解決這一難點的常用手段是采用隨鉆測井實時判別儲層“甜點”區(qū)域，為井眼軌道設(shè)計和井眼軌跡控制提供依據(jù)；利用隨鉆成像測井判斷井壁原生裂縫、誘導(dǎo)裂縫的分布及形態(tài)，有效識別斷層，從而判斷儲層關(guān)聯(lián)性。

2）叢式井組地面布局和井網(wǎng)設(shè)計難度大，實踐經(jīng)驗匱乏?！熬S”鉆井技術(shù)提高鉆井效率、降低鉆井成本的主要途徑是可重復(fù)作業(yè)，即在同一井場同時進(jìn)行多口井的鉆完井施工。然而，我國頁巖氣區(qū)多分布在丘陵、山區(qū)，很難采取類似于國外的大規(guī)模井場布局。同時，井網(wǎng)設(shè)計參數(shù)缺乏可靠依據(jù)，很難降低井眼碰撞的風(fēng)險。因此，地面布局和井網(wǎng)設(shè)計不僅要廣泛借鑒和吸收國內(nèi)外“井工廠”作業(yè)理念和經(jīng)驗，更要探索出適合我國頁巖氣開發(fā)的井場布局和井網(wǎng)設(shè)計模式?？煽紤]采用狹長（最大寬度小于60m）、設(shè)備分區(qū)的柔性井場布局，以滿足地面限制條件，并利用高分辨率的三維地震分析技術(shù)進(jìn)行井位和井眼軌道優(yōu)化。

3）關(guān)鍵工具、材料對外依存度大，設(shè)備自動化程度低。快速移動鉆機(jī)是順利實施“井工廠”作業(yè)的關(guān)鍵設(shè)備，國外目前已研制出包括滑移式和行走式在內(nèi)的多套自動化鉆井設(shè)備，國內(nèi)仍處于對陸地鉆機(jī)的改裝階段；高造斜率旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)是提高鉆井效率的重要工具，國內(nèi)目前仍處于研發(fā)測試階段，還不能為“井工廠”作業(yè)提供服務(wù)；在對關(guān)鍵設(shè)備及工具進(jìn)行改裝應(yīng)用的同時，應(yīng)全面開展鉆完井工作液及工具研發(fā)，實現(xiàn)工作液和關(guān)鍵工具的國產(chǎn)化。

4）缺乏指導(dǎo)“井工廠”施工所需的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。我國頁巖氣儲層的成藏條件較美國復(fù)雜，對頁巖氣開發(fā)最為前沿的技術(shù)和理念認(rèn)識還比較粗淺，亟需對前期勘探開發(fā)經(jīng)驗進(jìn)行系統(tǒng)的總結(jié)和分析。如何有效地判別某項技術(shù)是否適合特定條件下的頁巖氣儲層，如何有效開展鉆完井后期參數(shù)評價，如何保證管理團(tuán)隊在“井工廠”作業(yè)運(yùn)作過程中的可靠性，目前還沒有統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。

5 我國“井工廠”鉆井技術(shù)發(fā)展建議

1）樹立全過程成本控制理念，組建協(xié)同工作專家組，確保各環(huán)節(jié)高效安全運(yùn)作。頁巖氣藏作為“三低”的非常規(guī)資源，新技術(shù)投入大，作業(yè)成本和投資風(fēng)險普遍較高。因此，必須樹立成本控制理念，從勘探評價、開發(fā)方案制定、地面工程建設(shè)到后期調(diào)整等方面精打細(xì)算，確保各項技術(shù)經(jīng)濟(jì)適用。同時，實現(xiàn)各環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)資源共享和資源循環(huán)利用，通過協(xié)同工作專家組對施工參數(shù)進(jìn)行評價，制定科學(xué)的調(diào)整方案，保證“井工廠”模式科學(xué)高效運(yùn)行。

2）借鑒吸收我國海洋平臺鉆井技術(shù)和蘇里格致密氣藏成功開發(fā)經(jīng)驗。國外“井工廠”技術(shù)已取得長足的發(fā)展，我國在學(xué)習(xí)借鑒國外“井工廠”先進(jìn)技術(shù)的同時，也要不斷總結(jié)分析國內(nèi)的成功經(jīng)驗，如海洋平臺叢式井鉆井技術(shù)和蘇里格模式，形成適應(yīng)我國地質(zhì)特征的頁巖氣“井工廠”開發(fā)模式。

3）開展個性化工具及配套技術(shù)的研發(fā)?！熬S”技術(shù)成功應(yīng)用的關(guān)鍵是先進(jìn)技術(shù)設(shè)備的推廣，只有配備針對性強(qiáng)的工具及完整的技術(shù)鏈，才能滿足頁巖氣藏“井工廠”技術(shù)的需求。

4）盡快制定適應(yīng)我國頁巖氣“井工廠”鉆井的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和鉆后評價體系?！熬S”技術(shù)是標(biāo)準(zhǔn)化、一體化和配套化的作業(yè)技術(shù)，標(biāo)準(zhǔn)化的施工方案是保障其高效優(yōu)質(zhì)施工的前提，如果缺少系統(tǒng)的指導(dǎo)方案，“井工廠”技術(shù)很難產(chǎn)生應(yīng)有的施工效果。此外，亟需建立“井工廠”作業(yè)的鉆后評價體系，通過鉆后參數(shù)評價，優(yōu)化和調(diào)整施工參數(shù)，進(jìn)一步提高作業(yè)效率和開發(fā)效果。

［1］蔣恕.頁巖氣開發(fā)地質(zhì)理論創(chuàng)新與鉆完井技術(shù)進(jìn)步［J］.石油鉆探技術(shù)，2011，39（3）：17－23.Jiang Shu.Geological theory innovations and advances in drilling and completion technology for shale gas development［J］.Petroleum Drilling Techniques，2011，39（3）：17－23.

［2］路保平.中國石化頁巖氣工程技術(shù)進(jìn)步及展望［J］.石油鉆探技術(shù)，2013，41（5）：1－8.Lu Baoping.Sinopec engineering technical advance and its developing tendency in shale gas［J］.Petroleum Drilling Techniques，2013，41（5）：1－8.

［3］張金成，孫連忠，王甲昌，等.“井工廠”技術(shù)在我國非常規(guī)油氣開發(fā)中的應(yīng)用［J］.石油鉆探技術(shù)，2014，42（1）：20－25.Zhang Jincheng，Sun Lianzhong，Wang Jiachang，et al.Application of multi－well pad in unconventional oil and gas development in China［J］.Petroleum Drilling Techniques，2014，42（1）：20－25.

［4］Demong K L，Boulton K A，Elgar T，et al.The evolution of high density pad design and work flow in shale hydrocarbon developments［R］.SPE 165673，2013.

［5］李文飛，朱寬亮，管志川，等.大型叢式井組平臺位置優(yōu)化方法［J］.石油學(xué)報，2011，32（1）：162－166.Li Wenfei，Zhu Kuanliang，Guan Zhichuan，et al.Location optimization for the drilling platform of large－scale cluster wells［J］.Acta Petrolei Sinica，2011，32（1）：162－166.

［6］Poedjono B，Zabaldano J B，Shevchenko I，et al.Case studies in the application of pad design drilling in the Marcellus shale［R］.SPE 139045，2010.

［7］El Sayed Moustafa Radwan，Magdy Ahmed H Hozayen，Sabry Lotfy Mahmoud.Seismic attribute utilization for FFDP well placement optimization，upper cretaceous fractured complex carbonate reservoir，onshore oilfield，UAE［R］.SPE 166015，2013.

［8］曾保全，程林松，齊梅，等.特低滲透油藏壓裂水平井新型布井方式研究［J］.西南石油大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2013，35（2）：115－120.Zeng Baoquan，Cheng Linsong，Qi Mei，et al.Novel well pattern for fractured horizontal well in ultra－low permeability reservoir［J］.Journal of Southwest Petroleum University：Science ＆Technology Edition，2013，35（2）：115－120.

［9］趙文彬.大牛地氣田DP43水平井組的井工廠鉆井實踐［J］.天然氣工業(yè)，2013，33（6）：60－65.Zhao Wenbin.Drilling practice of a well plant in the cluster horizontal wells of DP43in the Daniudi Gas Field，Ordos Basin［J］.Natural Gas Industry，2013，33（6）：60－65.

［10］Nye R，Tommaso D Di.Well optimization using a LWD spectral azimuthal gamma ray tool in unconventional reservoirs［R］.OMC 2013－137，2013.

［11］Azike O.Multi－well real－time 3Dstructure modeling and horizontal well placement：an innovative workflow for shale gas reservoirs［R］.SPE 148609，2011.

［12］Maggi P，Brister R，Beattie S.Advancing the learning curve in drilling with casing technology［R］.OTC 18270，2006.

［13］Alves I A S，Aragao A F L，Bastos B，et al.SS：Pre－Salt Santos Basin C：well construction learning curve acceleration［R］.OTC 20177，2009.

［14］Oleas A，Osuji C E，Chenevert M E，et al.Entrance pressure of oil based mud into shale：effect of shale water activity and mud properties［R］.SPE 116364，2008.

［15］Young S，F(xiàn)riedheim J.Environmentally friendly drilling fluids for unconventional shale［R］.OMC 2013－102，2013.

［16］Meghan R，Emanuel S，Katherine P，et al.Novel water based mud for shale gas part II：mud formulation and performance［R］.SPE 152945，2013.

［17］Witthayapanyanon A，Leleux J，Vuillemet J，et al.High performance water－based drilling fluids－an environmentally friendly fluid system achieving superior shale stabilization while meeting discharge requirement offshore Cameroon［R］.SPE 163502，2013.

［18］辜濤，李明，魏周勝，等.頁巖氣水平井固井技術(shù)研究進(jìn)展［J］.鉆井液與完井液，2013，30（4）：75－80.Gu Tao，Li Ming，Wei Zhousheng，et al.The research progress of shale gas horizontal well cementingtechnology［J］.Drilling Fluid ＆ Completion Fluid，2013，30（4）：75－80.

［19］譚春勤，丁士東，劉偉，等.頁巖氣水平井固井技術(shù)難點分析與對策／／《2012年固井技術(shù)研討會論文集》編委會.2012年固井技術(shù)研討會論文集［C］.北京：石油工業(yè)出版社，2012：20－28.Tan Chunqin，Ding Shidong，Liu Wei，et al.Difficulty and countermeasures of shale gas horizontal well cementing technology／／Editorial board of the cementing technology symposium proceedings.The cementing technology symposium proceedings［C］.Beijing：Petroleum Industry Press，2012：20－28.

［20］Alane B J，Thomas W J，Lynne S F，et al.Focus on cement design and job execution increases success for shale cementing operations［R］.SPE 155757，2012.

［21］Williams R H，Khatri D K，Keese R F，et al.Flexible，expanding cement system（FECS）successfully provides zonal isolation across Marcellus shale gas trends［R］.SPE 149440，2011.

［22］譚春勤，劉偉，丁士東，等.SFP彈韌性水泥漿體系在頁巖氣井中的應(yīng)用［J］.石油鉆探技術(shù)，2011，39（3）：53－56.Tan Chunqin，Liu Wei，Ding Shidong，et al.Application of SFP elasto－toughness slurry in shale gas well［J］.Petroleum Drilling Techniques，2011，39（3）：53－56.

［23］閆聯(lián)國，周玉倉.彭頁HF－1頁巖氣井水平段固井技術(shù)［J］.石油鉆探技術(shù)，2012，40（4）：47－51.Yan Lianguo，Zhou Yucang.Horizontal well cementing technology of shale gas Well Pengye HF－1［J］.Petroleum Drilling Techniques，2012，40（4）：47－51.

［24］夏家祥，韓烈祥，朱麗華，等.北美移動鉆機(jī)技術(shù)現(xiàn)狀［J］.鉆采工藝，2013，36（4）：1－5.Xia Jiaxiang，Han Liexiang，Zhu Lihua，et al.The technical status of portable rig in North America［J］.Drilling ＆ Production Technology，2013，36（4）：1－5.

［25］Sulaiman A，Sumaida B.Systematic approach to optimize the rig move within Adco onshore field［R］.SPE 166781，2013.

［26］Peytchev P A，Crighton A，Upadhyay A，et al.Rapid rig design－a cost effective innovative design for field development［R］.SPE 148608，2011.

［27］Bassarath W D，Maranuk C A.Application of targeted bit speed（TBS）technology to optimize Bakken shale drilling［R］.SPE 163406，2013.

［28］Alexander T，Baihly J，Boyer C，et al.頁巖氣革命［J］.油田新技術(shù)，2011，23（3）：40－55.Alexander T，Baihly J，Boyer C，et al.The shale gas revolution［J］.New Technology of Oilfield，2011，23（3）：40－55.