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中国石油推进工厂化作业“四提”的观察与思考

国际石油网  来源:中国石油报  作者:周问雪  日期:2018-10-31
    编者按
 
    在提升国内勘探开发力度、保障国家能源安全的背景下,中国石油要打好勘探开发进攻仗,稳油增气增储上产,页岩气和致密油工厂化作业提速提质提效成为题中之义。

    工厂化作业不是新鲜事物,然而要在川渝、玛湖等非常规资源区域实现规模化工厂化开发,却绝非易事,需要克服的困难远多于常规钻井提速,可谓熟悉的题目,全新的挑战。

    形势紧迫,重任在肩。中国石油工程技术企业能否有质量、有效益做好工厂化钻井压裂“四提”这篇文章,关系到集团公司储量和产建目标能否有效实现,也关系到自我生存和发展。

    10月24日,川南威远、宜宾地区,页岩气开发上产正如火如荼:中国石油组织了130台钻机,1600多套各类设备,430支队伍近7000人,力争完成2020年120亿立方米产能建设目标。队伍设备不断增加,钻完井数不断增加,钻井周期不断缩减……

    在加大国内勘探开发力度的形势下,页岩气和致密油是中国石油增储上产最现实的资源。然而,以往常规钻井提速在加快非常规资源规模开发上空间有限,观念、技术、组织、流程上都需要做出改变。为此,中油油服在成都召开本年度第四次页岩气和致密油开发专题研讨会,聚焦非常规资源开发提质、提速、提产和提效。

    新一轮提速要求更高、任务更重。如何打好非常规开发提速战?工程技术如何破除目前技术和管理瓶颈,从非常规成为新常规?
 
 
    技术瓶颈如何突破?——自主研发利器 提高设备性能
 
    在规模开发需求下,今明两年油服企业将持续面临产能保障的压力,系统性矛盾凸显。
 
    今年中国石油国内上游动用钻机达到1980台,明年还需要增加440台。压裂水马力已经站在310万高位,明年还需要增加100万水马力。在页岩气区块,明年新开钻、完钻和压裂井数在今年工作量基础上还要增长近三成。届时,钻机、压裂车、连续油管等设备的需求量将再次刷新。
 
    而非常规提速不仅对数量有需求,更有突破技术瓶颈的质的需求。
 
    由于国内非常规油气藏地质情况的复杂特殊性,很多技术难题几乎没有经验和成熟技术可以借鉴。在页岩气区块,卡钻、漏失和套变3种主要事故复杂情况,不仅增加了钻井周期,也带来了风险,在北美却很少见。
 
    例如,目前国内套管变形数量呈明显上升趋势。中油油服副总经理李国顺指出:“水力压裂只是诱发套变的外因,对页岩地层机理认识不全面,导致天然裂缝与人造裂缝沟通中发生偏位才是内因。”这需要创新地质建模,提高地质套变风险点识别精度,建立以物探、测井、微地震监测及压裂为一体的综合体系,进而提高钻井工程质量。
 
    再如,水平段井壁不稳定导致卡钻频发,也没有现成的办法。部分专家指出,需要更高性能的钻井液,实现封堵性、抑制性和稳定性多重功能。川庆钻探钻井液公司二级专家李茂森认为,我国页岩气不同区块地质个性化差异大,对泥浆的针对性研发提出更高要求。目前油基泥浆不能完全满足要求,高性能水基泥浆尚处于试验阶段,更多价低性优的泥浆研制需要沉下心从基础研究做起。
 
    设备性能也面临较高要求。实现工厂化钻井提速和强化参数钻井,意味着大钻压、大排量、大扭矩和高转速、高泵压,对设备的持久性、稳定性都提出挑战。循环泵、固控等系统保持长时间连续运转也需要相应设备更新。高效个性化钻头,大功率、长寿命螺杆,大功率顶驱等是实现“一趟钻”的必需配置。
 
    川庆钻探副总经理伍贤柱指出:“中国石油基本形成了钻井六大类40多项技术系列,但是水平不够高。”此外,旋转导向、可溶桥塞等提质提速工具仍然处于攻关阶段。井下配套工具如何集成起来、发挥整体优势,这些都是需要依靠自主攻关解答的难题。
 

 
    生产组织如何更高效?——打破体制壁垒 共享平台资源
 
    10月18日,川庆钻探在国内施工的最大规模丛式井白409井区钻井工程全部完工,钻完井73口,压裂完井74层。施工历时171天,钻、固、试、压一体化总包,多机联合、交叉作业,钻、压、投和地面建设同步进行,积累了“大井丛、多井型、多层系、工厂化”的经验。
 
    随着大量设备和队伍陆续云集川南、玛湖地区,如何提高生产组织效率,缩短钻机井均占用时间,是一个更大的问题。白409井区的工厂化作业实践为其他区块打了样。
 
    相比专注于地下提速,工程技术企业对地上生产组织重视不够。在页岩气工厂化钻井压裂中,问题愈加不容忽视。今年前9个月,中油油服井均占用钻机时间117天,除去钻井完井周期79天,还有近40天消耗在了钻前准备及搬家、拆装、转场上。
 
    大庆钻探工程公司副总工程师张书瑞表示,生产组织已经成为当前提速最有潜力的环节。“一口井靠技术提速,也不过节省5到7天时间。花大成本研发工具提速,最后全部被生产组织低效抵消了。”
 
    技术生产要提速,组织管理更要提速。在北美,工厂化作业重要特征就是系统优化、资源共享、多专业配套。这些也正是中国石油下一步革新的方向。
 
    专业化后勤保障,让核心装备动起来。由于上产区域集中,道路受阻,泥浆罐、固控系统运输车次多、时间长,准备时间超过20天,影响了核心设备的动用率。
 
    李国顺建议,前期工作必须早早做在前面。例如,拆搬安可以增配专门的队伍,倒换泥浆罐、固控系统,新老平台之间只需要倒钻机。钻井和压裂一些通用设备,也可以考虑共享。川庆钻探等企业也加快了2019年井场建设等配套工作进度,确保核心设备“即钻即走,即压即走”。
 
    管理提效还需打破体制和区域障碍,让资源真正流动起来,一体化优势发挥出来。
 
    今年,中国石油在页岩气区块开展了6口井平台双钻机工厂化钻井作业,实现了按照油、水基界面,开展批量钻井作业试验。然而要实现全面铺开还有许多工作要做。
 
    其中一个是平台资源共享的问题。川南页岩气130部钻机中有90多部是今年新上的。客场作战的队伍,来自不同公司,有的是外包队伍,对地质情况不熟悉,物资保障距离远,技术工艺流程不熟悉。要实现整体工厂化作业提速,打破壁垒,共享资源尤为重要。
 
    近年来,中国石油大力推行“集中采购、分散操作”运作模式,川南页岩气共享服务中心大力推进集中采购,前8个月合同签约数量同比下降77%,平均采购周期缩短至7天,提高了保障效率。川庆钻探、长城钻探通过以老带新,先进队伍和后进队伍同台施工,自营队伍和外包队伍混搭的模式,推进经验分享、资源共享,提升区块整体提速指标。
 
    中油油服总经理助理刘玉贵表示,下一步中国石油将建立油服层面统一的技术研究、地质工程一体化研究和后勤保障体系,打破“谁钻井谁压裂”的概念、公司和区域概念,实现“多个专业协同,一个大脑思考”,提升整体工厂化作业运行效率。
 
    推广工厂化模式还需要联手油田公司,推进平台井批量化作业。目前,部分区域受限于快速产建要求,采取钻完即压方式,平台井都是单个钻机一个个同时打。工厂化作业的理想遭遇产建进度的现实。
 
    李国顺认为,一方面要加强和油田公司协调,不断优化施工部署。另一方面还要不断整合各个专业生产工序,测录地质导向一体,完井固井压裂一体,在切实满足油田产建需求下,为作业方式变革争取时效资本。
 
 
    非常规如何效益开发?——解放思想树立新思维
 
    非常规资源短期上产不容易,要实现可持续、有效益的开发更难。像页岩气这样投产两三年后递减较快的资源,更是难上加难。
 
    渤海钻探工程公司总工程师王合林指出,非常规资源需要非常规思维。页岩气和致密油没有现成路径,探索阶段更需要解放思想。
 
    上个世纪80年代贝克休斯公司在华北开展水平井试验时,采取短起下钻方法解决岩屑床问题。在10月24日研讨交流中,贝克休斯负责人表示,现在面对岩屑床,贝克休斯主要采取大排量、高密度泥浆循环清理,不再短起下,为的是更好保护井壁,为井下安全奠定基础。
 
    围绕产量与效益目标,不断改进甚至推翻既有的思路,是非常规探索的挑战,也是非常规开发的魅力所在。
 
    对于中国石油,工厂化作业新模式需要新思维新理念去适应,不断推陈出新,实现可持续开发。
 
    面对非常规资源效益目标和生产规律,需要树立新的作业思维。近年来,北美页岩气开发已经逐渐从依靠打井数量转向依靠单井产量来保持上产进度。“地上布井能省则省,而地下材料、工艺不仅不省钱,还要保持投入。”哈里伯顿公司亚洲区压裂施工负责人表示。
 
    提高单井产量,意味着要在储层精准认识、工程甜点识别、钻井和压裂工艺最佳组合等方面下更大功夫。西部钻探工程技术处处长屈刚指出,前期地质工作准备不充分,水平段将不可避免会频繁调整轨迹,大大影响平滑度和施工进度。
 
    近年来,中国石油强化工程设计,在玛湖和川南地区大力开展地质工程一体化研究,进一步摸清储层条件,科学编制工程设计和施工设计,确保地质设计准确率、优质储层钻遇率、井筒完整率和压裂符合率达到95%以上。
 
    在钻井工艺上,同在威远区块作业的贝克休斯公司认为,复杂地质下,最开始要尽可能“一趟钻”,哪怕短暂牺牲其他参数,也不能片面强调加快机械钻速和缩短时效。
 
    面对非常规开发低成本的需求,要树立不同的成本理念。传统上,油服企业普遍采取成本价格法,即从现有成本出发,加上相应利润,构成价格底线,低了就是亏损。而作业成本法,则是从现有市场价格出发,倒逼去降低原来成本,挖掘利润。
 
    刘玉贵指出,要从单企业成本价格法转向全产业链作业成本法,需在油田给的价格基础上,和总包各方一起来想办法,探讨怎么降成本。作业成本和非作业成本要统筹考虑。
 
    面对作业批量化、连续性特点,需要革新运营思路。
 
    例如,设备可靠性直接影响工厂化作业的质量和效率。目前,国内钻井队对设备保养普遍都是“事前不多问、坏了再维修”,缺乏设备全生命周期管理理念。近两年推行强化参数施工,变矩器、凡尔等零部件损坏次数明显高于往年。
 
    目前中国石油测井公司按照贝克休斯公司基地标准建设旋转导向工具维修基地,单串工具维修时间预计比贝克休斯公司节约30天,维修费用降低20%,逐步实现关键设备部件状态监测与预防维修问题。同时,各油服企业也在更换不适合连续运转的泵头、固控设备、电泵系统,逐步形成适合非常规运行的新一代装备体系。
 
    人员队伍同样面临“升级换代”。测井公司生产技术处处长张炳军表示,页岩气开发所需要的桥射联作队在设备、人员配备、施工工艺、流程与常规射孔队有很大差异。现有射孔队资质已不能满足桥射联作作业要求,需要创新作业队构建与作业模式,建立配备专业化队伍。相关队伍资质标准也仍然是空白,急需填补。
 
    尽可能缩短不同队伍水平的差距也需要创新手段。目前各油服企业主要通过大力推进提速模板,强化执行力和管理,提升指标。勘探与生产分公司工程技术监督处魏风奇表示,下一步可以借助信息化手段,将优秀队伍经验软件化、数据化,将工艺参数进一步规范明确,指导后来队伍快速上手。
 
    它山之石

    美国页岩气开发势头何以更强劲
 
    过去十年时间里,美国页岩气年产量由1.99万亿立方米增长至2017年的19万亿立方米,复合增长率达到25.32%。最近两年,油价回暖向好,美国页岩气产量增长势头更加强劲。
 
    工厂化作业在提升产量、降低成本中扮演了重要角色。面对低油价,美国页岩气开发商最初依靠降低供应商材料成本,2015年压缩下游成本空间受限,开发商进而转向工厂化作业模式来降低单井成本,在优化工厂化作业模式上有了更多新的经验。2017年,多井口平台比例已经达到75%。
 
    地质功课做到家
 
    哈里伯顿公司认为,地质导向对于非常规开发非常关键。要努力摸清地层状况,知道工艺措施对地层究竟产生了什么改变,实现“睁着眼压裂”。在认清地质基础上,持续优化钻完井工艺,增加储层有效接触面积,提升产量。哈里伯顿采购定制的化学材料,混配压裂液,帮助降低摩阻,促进天然裂缝打开,延伸主裂缝,同时将储层的伤害降到最低。
 
    贝克休斯公司则认为,如果把储层认识好,可以用很小的代价获得很好的储量。公司有一支专门的地质团队,对储层的地质力学进行分析,实现工程和地质相结合。公司开发了Fracfit、Argos等软件,通过基于录井数据的软件,对岩屑做进一步分析,深化井筒认识,精准选择压裂位置,准确寻找地质工程甜点。
 
    对于可压性较好的甜点区,进行加密施工,最大限度增加产量。对于看似是泥岩、实际上没有烃类的地区,则建议甲方丢掉。通过这种方式可以获得最经济最大化增产效果。
 
    业务整合一体化
 
    据哈里伯顿公司统计,北美钻进成本中35%是通过提高机械钻速来节省,而65%来自减少非钻井时间,这是一个很大的空间。
 
    减少非钻井时间的一个重要途径就是横向整合核心业务,提高执行效率。
 
    斯伦贝谢公司将核心业务纵向整合。以水力压裂为例,泵送射孔、多级完井、连续油管、石英砂矿采购、运输等所有业务都是由一个团队完成。团队自主管理,有自我协调能力和定价权。
 
    斯伦贝谢公司整个北美区域压裂团队进行集中生产调度和资源管理。100人的调度中心,每年要调度5000多台重型设备,4.5万台车次,中心内部实现直接高效沟通。
 
    贝克休斯公司将钻头、钻井液、地质导向、旋转导向4个模块组合在一起,内部充分沟通,充分交底,确保泥浆、工具、钻头的选择最终目标都是以产量结果为导向。每次作业完成都会开一个总结会,把参数和步骤方法、工艺进行调整,积极建立学习曲线,充分发挥组合优势。
 
    设备高配性能佳
 
    在北美,58%钻机为高配,功率大于1500马力,钻井深度大于7620米。一台钻机配3台钻井泵,循环压力52兆帕。工作超过20年的超级压裂车,作业达到2400小时的不锈钢泵头,都不是新鲜事物。斯伦贝谢公司通过优化压裂车的引擎、传动器、柱塞泵组合,保证设备处在最佳状态。
 
    装备的改善在节约时效上发挥重要作用。以泵车为例,普通的碳钢泵头寿命是750个小时。2015年开始,斯伦贝谢公司加大液力端的优化力度,用不锈钢泵头替换碳钢泵头。虽然不锈钢成本比碳钢贵40%,但是作业时间达到2400多个小时,是碳钢的3倍。因此在北美,平均压裂35段才换一次泵头,而在我国6段就要换一次。相当于可以节约30段换凡尔的时间,每次大约2个小时。
 
    哈里伯顿公司表示,在北美,更看重压裂车的可靠性、持久性。大家宁可多上设备,也不会盲目增大单套设备的马力。因为设备是固定投资,而维修是无底洞。哈里伯顿公司所有压裂车都是自动控制,无人值守,保证性能的良好程度,可以用20年。
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