工厂化作业：油气生产大变革

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工厂化作业：油气生产大变革

编者按：近年来，随着油气勘探开发的深入，低渗透、致密油气等低品位储量比重逐年增加。如何转变开发方式，规模、经济、有效地动用这些难采储量，关系到集团公司未来的可持续发展。

　　工厂化作业提供了一个新方向。这种生产组织模式通过集成先进的技术、装备和管理手段，实现钻完井批量化和流水线施工，有效提高作业效率，降低作业成本。工厂化作业正孕育着油气生产领域的深层变革。

　　工厂化作业对我国油气资源开发意义何在？目前推广运行到何种程度？本期《新闻透视》对这些问题进行探讨。  

                               
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长庆油田安83井区安平54井组进行工厂化压裂施工。安静 摄

　　成功开发致密油气等低品位资源的关键何在？答案是规模化、低成本。

　　长庆油田安83井区安平54井组，通过实施工厂化作业，获得提速、降本的明显优势。截至9月15日，这个井组部署的6口水平井平均单井日产油12.8吨。6口井钻井总用时69天，压裂试油总用时45天，而去年这一地区1口水平井的钻井周期是31天，压裂试油周期达79天。井场共建、集中供水等节省的费用，几乎能再打1口新井。

　　储量低品位化趋势日渐明显，是石油企业不得不正视的严峻现实。今年年初以来，中国石油积极探索工厂化作业，在油气生产领域掀起一场全新变革。如同初升的旭日，工厂化作业正照亮低品位资源经济有效开发的道路。

　　由分散到集约：“标准化”思路加速规模建产

　　长庆油田苏东三区是中国石油设立的首批6个工厂化作业示范区之一。这个区块G0-7井场共部署3口直井和6口水平井。正在这里施工的川庆钻探50053钻井队队长王步宽感慨：“以前从没打过这么大规模的丛式水平井组。”

　　丛式布井是工厂化作业的基础理念。油气井由“独居”变为“群居”，在提高资源利用效率和作业效率等方面的好处显而易见。以G0-7井场为例，节约征地18亩，井场施工周期缩短58天；井架底座配套滑轨，50DB钻机搬家时间由3天下降至3个小时，极大减少等停时间。

　　“丛式布井只是第一步，标准化的技术系列和生产组织，对于工厂化实践至关重要。”中国石油勘探与生产分公司工程技术与监督处副处长毛蕴才认为，工厂化作业就是在地质认识基本清楚、油藏条件基本相似的区域，采用大平台布井方式，集中部署一批井身结构相似、完井方式相似的井，并且使用成熟的、标准化的技术系列和装备组合，以流水线的方式进行钻完井作业的模式。

　　中国工程院院士胡文瑞一言以蔽之：“标准化是工厂化作业的核心思想。”在他看来，只有达到标准化，才能真正触及工厂化的精髓，即实现批量化、流水线作业，从而最大限度地降本增效。

　　长庆油田苏里格南作业分公司正是由于抓住标准化这个关键因素，工厂化实践取得突出效果，做到1个井丛9口井上部表层批量施工一次完成，钻井、压裂交替作业，今年井丛建井周期同比缩短15%，压裂作业周期由2011年的52天缩短至目前的32天，单井压裂成本下降16%。

　　由正向到逆向：“全局视野”瞄准效益最大化

　　多名专家接受采访时，都不约而同地用“由正向思维到逆向思维的转变”，来阐释工厂化作业背后开发思路的调整。长庆油田工程技术管理部负责人说，传统油气生产在地质确定井位后，按部就班实施钻井、压裂等工序。工厂化作业则是紧紧围绕“开发效益最大化”的目标，反向系统优化井位部署直至后期投产等各环节。

　　苏东三区靖平06-6井组共部署2口水平井、1口直井和6口定向井。通过开挖蓄水池集中供水和使用大排量连续混配车等措施，9口井压裂试气周期由4个月减少至1个半月。川庆钻探长庆井下作业公司靖边项目部经理李富强介绍说，仅创造性地应用大尺寸连续油管进行通、洗井作业这一项措施，就节约24天时间。

　　“全局视野”下的系统优化，使工厂化作业特别要求地质与工程、地面与井筒、钻井与完井等多专业和工序的密切配合。中国石油勘探与生产分公司工程技术与监督处高级工程师叶新群说，考虑到丛式布井是工厂化的前提，这种作业模式适用于分布相对稳定的油气藏。目前，工厂化探索对于工艺技术的考虑较多，今后要在油藏部署上进一步深化理念，真正实现地质与工程的一体化。

　　尽管每个项目优化方案不尽相同，但都充分体现出工厂化作业的优势。首先，批量、流水化作业有效提高施工效率。其次，资源优化配置实现经济和环保效益双赢。再次，充分发挥机器设备效用解放劳动力。最后，施工队伍共享经验整体提升技术水平。

　　今年年底，苏东三区有望提前1年基本建成30亿立方米产能。长庆油田采气一厂副厂长、产能建设项目组经理王振嘉说：“成绩的取得，工厂化作业功不可没。”

　　由粗放到精细：抓管理“灵魂”实现多方协作

　　精细化管理是工厂化作业的灵魂。正如经济技术研究院高级工程师田洪亮所说，工厂化作业是利用管理学优化方法对整个建井过程进行集成创新的结果。它的意义不仅是集成应用随钻测量等一系列先进技术和装备，而且是利用科学的管理方法对油井建井各项因素进行最优化处理，为推动整个油气勘探开发工程的降本提效提供了思路和借鉴。

　　现阶段，尽管我国的工厂化作业已经取得初步成效，但总体来说尚处于起步摸索阶段。毛蕴才认为，今后要发展得更好，必须着力解决两个问题。

　　首先，要深化理念上的认识，不能浅尝辄止、随意滥用工厂化标签。他说：“工厂化本身很严谨、很科学，但如果把单一的批钻或者泥浆重复利用都叫工厂化，就会影响对其内涵的准确把握，进而影响工厂化效用的充分发挥。”

　　第二，要做精做细管理。工厂化作业不同于传统生产队式的分散作业模式，根本上是一个集成性的管理平台，覆盖钻井、压裂等多个专业，同时也涉及油气田公司、钻井承包商及工程技术服务公司等多家单位。毛蕴才说，在这个过程中，公司要当“指挥家”，演奏好工厂化作业这部盛大的“交响曲”。一方面，在油气田公司内部，要加强油藏地质、工程工艺、地面流程等多专业协作，不仅仅是现场生产方式的变化，也需要地质油藏研究等方面的转变和调整。另一方面，要在加强油气藏研究、优化调整井位井场部署的基础上，加强现场组织和甲乙方的团结协作。

　　相关阅读

　　什么是工厂化作业？

　　工厂化作业是应用系统工程的思想和方法，集中配置人力、物力、投资、组织等要素，以现代科学技术、信息技术和管理手段，用于传统石油开发施工和生产作业。

　　专家视点

　　胡文瑞（中国工程院院士）

　　工厂化，可能起源于北美，最早是美国人移植大机器生产的流水线作业方式，用以石油开采，特别是非常规油气资源的发现和开发。为降低成本，提高劳动生产效率，渐得到广泛应用。

　　现在，美国致密砂岩气、页岩气开发，英国北海油田、墨西哥湾和巴西深海油田，都采用工厂化作业方式。比如，陆上一个井场钻 50 多口井，海上一个钻井平台钻 100 多口井。高度集中的流水线施工作业，使开采成本大大降低，也使投资者实现效益最大化。

　　工厂化作业便于施工、生产和管理，特别适用于低渗透、低品位非常规油气资源的开发作业。工厂化作业需要满足一些基本要素。首先是基于丛式井开发的理念。批量化钻完井作业实现由传统到现代、由分散到集中、由低效到集约的转变。其次是现代化的装备。工厂化必然伴随着大生产，而大生产必然依靠大机器。再次是先进的技术。高度集成的工厂化作业，必然依靠先进的技术做有力支撑。最后是现代化的管理手段和方法。主要是以信息化为基础，系统设计，同性化作业，倡导团队精神。

　　邹才能（中国石油勘探开发研究院副院长兼总地质师）

　　工厂化作业的本质，主要体现在批量布井、标准模块建设、流水作业、压裂液重复利用和少井高产五个方面。

　　工厂化作业特别适用于页岩气、致密油气等非常规油气资源的开发。一方面，非常规资源单井产量低，百万吨产能建井数量多，通过工厂化作业可以高效建产；另一方面，非常规资源分布比较稳定，可以满足工厂化作业批量布井的前提。

　　回顾我国非常规资源开发历程，工厂化开发是理论创新、技术创新和管理创新的集大成，具有革命性意义。早年，连续性油气聚集理论的创新，发现了非常规资源；随后积极开展水平井加体积压裂攻关，实现技术上能够动用这些难采储量；现在，推进工厂化作业的实践探索，集成地质认识、先进技术、现代化装备及管理手段等，来解决非常规资源开采成本高、难以经济有效动用的难题。

　　总体来说，工厂化作业是一种思想，是油气资源经济有效开发的方向。未来，工厂化作业会由单一层系发展为多层、多类型，会由侧重非常规发展为常规与非常规并重。

　　田洪亮（中国石油经济技术研究院高级工程师）

　　目前，我国工厂化作业尚处于试验起步阶段，跟国外相比存在一定差距。

　　在应用技术上，国内目前压裂段数及井下工具性能相对较差，导致作业效率不高。在应用规模上，国外单井场作业井数量已达32口，未来可达64口，而国内目前已经进行了6口井的工厂化压裂，但10口井乃至更多井的同步作业仍需要进一步研究和推进。在远程监测和控制、多口井建井中的各方协调作业和系统优化等方面，国外已广泛应用精益管理方法，整体系统不断优化，推动成本不断降低，而国内仍正在研究。

　　要缩短这些差距，需要从以下几方面下功夫。首先，加强对地下油气资源和相关地层的认识，为进一步推动各地区工厂化作业打下基础。其次，要加大对导向技术、分段压裂技术等核心关键技术的攻关和应用。再次，应推动工厂化作业中的系统优化，针对大规模工厂化作业钻完井建井过程，进行井场设计、远程监控、协调作业等管理和技术优化，最终实现资源上可行、技术上先进、管理上协调，达到提效降本的效果。

　　延伸阅读

　　工厂化作业的七大特征：

　　1.系统性。工厂化作业是一个开放的技术系统，不仅包括组织结构和技术因素，而且包括管理方法和手段。系统性在于把分散的个体要素整合成整体要素，彼此既相互联系，又互为条件。

　　2.集成性。工厂化作业的核心是集成运用各种知识、技术、方法与工具，开展满足施工和生产作业要求的一系列管理活动。

　　3.流水线。移植工厂流水线作业方式，大大简化了复杂的施工工序衔接过程，为石油钻井、压裂等批量化施工和作业创造了基本条件。

　　4.批量化。首先要实现技术整合。其次要做到流水线上人和机器的有效组合。不论是在线作业还是离线作业，都要充分体现人的能动性和设备的灵活性，即使是非同步性的作业也要以柔性的方式做到有机组合，才能实现批量化作业链条上的技术要素在各个工序节点上不间断。

　　5.标准化。在相对可控的资源配置条件下，利用成套设施或综合技术使资源共享，摆脱传统的石油施工作业理念和方式的束缚，借助于大型丛式井组实施工厂化作业，实现集约高效和可持续发展的现代化石油施工和生产作业向批量化、规模化方向转变，比如定制标准化专属设备、标准化井身结构、标准化钻完井设备及材料、标准化地面设施等。

　　6.自动化。中国石油工厂化作业仅处在初级阶段，需要探索的问题很多，例如工厂化作业需要建立自动化平台。

　　7.效益最大化。工厂化作业的最大目的是降低成本和提高效率。

　　它山之石

　　工厂化钻井是指在同一地区集中布置大批相似井，使用大量标准化的装备或服务，以生产或装配流水线作业的方式，进行钻井和完井的一种高效低成本的作业模式。

　　工厂化钻井是钻井作业模式的一次重大突破，2008年开始应用于美国页岩气开发以来，应用规模迅速扩大，有力地推动了美国水平井钻井数量和进尺的快速增长。工厂化钻井对北美页岩气开发的降本提效起到了关键性作用。

　　斯伦贝谢

　　斯伦贝谢在墨西哥某油田实施工厂化钻井，作业现场应用12台快速移动式钻机，平均单井建井周期从原来的22天缩减到7天至9天，平均钻机月速从每台6000米提高到每台1万米。

　　美国西南能源公司

　　2006年至2011年，美国西南能源公司在Fayetteville页岩气产区的水平井钻井数从189口增至650口，平均水平段长度从701米增至1474米，平均钻井周期却从18天缩减至8天，其中104口水平井的钻井周期不超过5天。

　　加拿大Encana公司

应用工厂化钻井后，加拿大Encana公司在Piceance 盆地的页岩气水平井的平均单井钻井成本从2006年的大约220万美元下降到2010年第一季度的大约170万美元。