工厂化作业于21世纪初被移植到油气资源开采领域,主要用于钻井、压裂等大型施工方面^[1]。近年来，随着北美页岩气藏的成功开发，工厂化开发技术逐渐被应用到国内非常规油气藏的开发中^{[2, 3, 4, 5, 6]}。苏里格气田是目前国内最大的天然气田，也是国内致密砂岩气藏的典型代表。该气田的气藏主要受控于近南北向分布的大型河流、三角洲砂体带，含气层为上古生界二叠系下石盒子组的盒8段及山西组的山1段，具有低孔、低渗、低产、低丰度的基本地质特征^[7]。苏53区块位于苏里格气田的西北部，2010年采用水平井整体开发，2013年达到20×10⁸ m³/a天然气生产能力，成为苏里格地区唯一以水平井整体开发并取得显著成效的建产区块^{[8, 9]}。开发伊始，该区块始终以提高区块开发效果为目标，不断加强地质研究，引进先进开发技术。2013年，受工厂化开发理念的启示，结合水平井整体开发特色，在苏53区块优选区域开展了水平井工厂化现场试验。

1) 具有丰富的储量，能够满足水平井集中建产的要求，确保单井控制储量；

2) 不存在死气区和井间干扰，能确保开发井网完善、储量动用程度及采收率高；

3) 井控程度相对较高，对地质特征认识清楚，具有较高的产能；

4) 在实施过程中，根据地质情况变化，井位能够灵活调整，以确保开发效果及钻井成功率；

5) 以提高工作效率、气井产能贡献率，降低开发成本为最终目标。

充分利用勘探、开发过程中获得的地震、测井、测试、钻井及开发动态等资料，借助地震反演、三维地质建模等技术，建立了苏53区块气藏三相岩相模型和气藏属性模型，从不同角度对气藏特征进行精细描述和预测。结合优选原则，在苏53区块西南部优选出工厂化作业部署区。

在整体研究苏53区块的基础上，缩小研究范围，对井位部署区进行了模拟研究。平面上，部署区储层相对苏53区块其他区域较为发育，山1段、盒8段累计砂体厚度44～60 m，气层厚度14～60 m。其中，盒8段4、5、6小层全区分布，气层厚度均超过8 m，储量丰度1.50×10⁸ m³/km²。山1段气层厚度6～14 m，其中气层厚度大于9 m区域的储量丰度为1.15×10⁸ m³/km²。地质储量丰富，具备“双层系”开发的基础。

苏里格气田目的层山西组和石盒子组均属于河流相沉积^[11]。根据苏53区块河流展布特征，二叠纪时期部署区为河道交汇区域，多期河道相互叠加，心滩发育，形成了丰富的油气储集空间^[11]。在沉积时期，物源大致为北东方向，部署区在苏53区块距离物源最远，为储层具有较好的物性提供可能。通过分析区内已钻井资料，得知该区域山1段和盒8段含气饱和度均明显高于该区块产能建设区平均值，孔隙度和渗透率也略优于其他产建区域(见表1)。

苏里格气田属于低渗透气藏，为保证开发效果，所有生产井在投产前均需进行压裂改造^[12]。由于苏里格气田具有砂体分布零散、储量不集中的基本地质特征，要实现10口水平井工厂化作业，必须考虑同时动用山1段和盒8段两套层系^[13]。因此考虑后期压裂改造，需要对两套层系之间的隔层进行研究。通过研究得知，山1段和盒8段储层均较为发育，且砂体展布稳定，层系分隔明显。山1段与盒8段之间泥岩隔层发育，隔层平均厚度7.8 m，且分布稳定，具备分两套层系开发的地质条件。

储量的大小及分布规律     根据数值模拟结果及已钻井资料进行储量分析，核实储量，细化储量分布。根据山1段、盒8段储量的大小和分布特征，优化层系组合，确定各层系设计井数量，优化井位、水平段位置、方位、长度等基本参数。

井网井距     苏53区块为水平井整体开发区块，目前已经形成了比较完善的600 m×1 200 m菱形水平井开发井网。井网设计主要考虑区块沉积相特征及地层主应力展布方向，以确保储量动用程度和后期储层改造效果^[14]。工厂化水平井在设计中，要着眼全局，以提高气藏采收率为最终目的：一是优化水平段长度，既能保证储量的合理动用，又不会形成井间干扰；二是优化水平段方位，既要确保不会破坏井网，形成死气区，同时也要考虑地层主应力方向，确保储层改造的高效性；三是优化水平段间距，为后期进行大型体积压裂奠定基础。

工程施工难度及技术特点     水平井参数设计应确保现场施工的可行性。首先，通过综合论证，优选布井方式，确保工厂化规模施工和流水作业；其次，以地质研究为基础，以油气井地质设计规范及工程设计规范为指导，综合考虑钻井、压裂的技术特点，通过优化水平井设计参数，降低钻进过程中的摩阻与扭矩，从而降低钻井施工难度。同时考虑压裂施工的特点和技术优势，为后期压裂改造提供便利。

另外，工厂化井位部署还要综合考虑井场面积、地面管线施工、试采流程及气井管理等诸多因素，以实现整体优化，达到以最小面积的井场开发井网覆盖储层面积的目的^[15]。

综合考虑以上影响因素，工厂化平台共部署10口水平井、1口直井和2口定向井，控制面积5.6 km²，控制储量约18.5×10⁸ m³。

以山1段和盒8段为目的层的水平井分别部署4口和6口，平均设计井深4 550.70 m，水平段长度800.00～1 000.00 m，靶前位移400.00～870.00 m，相邻水平井水平段间距大于450.00 m，水平段在盒8段、山1段的方位角分别设计为347°和13°，最大偏移距677.00 m。

按照“地面服从地下，井场符合施工要求”的原则，根据水平井设计思路，考虑工厂化施工特点，对工厂化井场进行布置。井口分为南、北两排，东西向展布，井距和排距分别为15和50 m，井场规格为200 m×300 m；北排共6口井，最左侧为1口定向井；南排7口井，中部为直井，最右侧为1口定向井。双排井位中间均设计为30 m，以确保分批作业时的安全距离。

在非常规气藏水平井钻井过程中，地质导向技术是关键技术之一。准确入靶和水平段钻进是苏里格地区水平井地质导向的2个关键环节。苏53区块2010年开始实施水平井整体开发，2013年建成2 020×10⁸ m³/a产能，完钻108口水平井，入靶成功率100%，水平段平均砂体钻遇率86.52%，形成了一套完善的地质导向技术。关于苏里格气田的水平井导向技术，许多文献已有详细论述，在此不再赘述。针对工厂化平台的特点，水平井地质导向主要考虑以下2点：

1) 利用集中建产的优势进行导向。a.在区块地质模型的基础上，建立工厂化区域地质模型，根据邻井及区域内3口直井、定向井的动静态资料，对模型进行优化，提高模型预测的准确性；b.根据工厂化完钻水平井资料调整模型，进一步认识储层，同时总结工厂化水平井入靶及钻进特点，总体考虑横向对比，确保水平井钻进的高效性。

2) 考虑工厂化水平井靶前位移和偏移距大，定向施工和调整难度大等问题，优化导向技术，加强协调管理，确保高效钻进。

苏53区块工厂化水平井均实现一次性成功入靶，平均单井砂体钻遇率86.4%，有效储层钻遇率73.4%，有效储层钻遇率高于同期完钻水平井的平均水平(68.5%)，其中苏53-82-18H1井、苏53-82-19H井和苏53-8-20H井等3口水平井的砂体钻遇率达到100%。

基于工厂化作业理念，工厂化实施批量钻井、完井作业^[16]。由ZJ30型车载钻机批量实施表层钻井作业，两部50L钻机联合批量进行二开、水平段钻井作业，整个工厂化作业分两轮完成。第一轮集中钻西部7口井(如图1所示)，为录取地层资料，首先钻直井和定向井，同时ZJ30型车载钻机完成表层施工，施工顺序为3号井、2号井、7号井、8号井、9号井；接着由两部ZJ50型钻机同时批量进行二开作业，北排第一口钻3号水平井，向左回拖，南排第一口钻7号水平井，向右正拖，同时相向作业；最后批量进行水平段作业，施工顺序与二开一致。第二轮作业顺序与第一轮相同(见图1)，同时压裂第一轮完钻水平井。

图 1 工厂化作业分批施工示意 Fig. 1 Schematic diagram of factory operation in batches

图选项

针对工厂化水平井存在的偏移距大和井眼轨迹三维空间旋转等技术难点，主要采取了以下技术措施^[17]：1)优化井身结构及井眼轨道。苏53区块初期二开采用ф241.3 mm钻头钻进，钻井速度较慢，通过优化，工厂化水平井二开采用ф222.0 mm钻头+ф215.9 mm钻头钻进，即直井段选用ф222.0 mm钻头，造斜段和扭方位段选用ф215.9 mm钻头，提高了机械钻速、降低了套管下入难度；通过优化井眼轨道，确定采用三维S形轨道，即“直井段+造斜段+稳斜段+扭方位段+入靶点”。2)根据苏里格地区不同地层储层参数，分井段优选PDC钻头，与单弯螺杆钻具配合进行复合钻进。采用润滑性、防塌性、抑制性好的GWSSL钻井液。3)钻机整体平移技术。采用地面棘爪式轨道液压推动方式移动钻机，15 m井距3 h内可完成钻机整体平移。

根据部署区的地质特征及水平井参数，考虑不同压裂方式的特点和技术优势，工厂化平台采取同步压裂和段内多缝体积压裂相结合的方式进行储层改造^{[18, 19]}。优选6口水平井实施双井同步压裂，其中以山1段为目的层的苏 53-82-3H井和苏 53-82-4H井实施段内多缝同步体积压裂。为保证储量整体动用，其余4口水平井实施单井段内多缝体积压裂。直井和定向井采用常规的分层压裂方式进行储层改造。

为验证同步压裂效果，运用微地震裂缝监测技术对苏 53-82-1H 井和苏 53-82-2H 井实施了实时裂缝监测。通过分析监测结果发现，两口井同步压裂前3级产生的裂缝形态与单井顺序压裂没有明显的差别，从第4级开始两井间区域的裂缝形态发生了比较明显的变化，开始产生明确的非对称裂缝，两翼之间存在一定的夹角，且区域内部裂缝形态趋向复杂，形成了比较复杂的网络裂缝(见图2)。

图 2 苏53-82-1H井和苏53-82-2H井微裂缝监测结果 Fig. 2 Effects of micro-fractures monitoring in Wells Su 53-82-1H and Su 53-82-2H

图选项

工厂化作业从钻井至投产历时211.0 d，累计进尺56 702.00 m，水平井平均单井完钻井深4 584.20 m，平均单井水平段长932.00 m，通过流水线作业，钻井效率明显提高：1)水平井平均单井钻井周期29.1 d，比苏53区块同年完钻的其他水平井平均缩短15.98 d；2)水平井平均机械钻速11.5 m/h，而2013年常规水平井的平均机械钻速为11.9 m/h；3)平均单井有效储层钻遇率73.4%，比同区块同期其他水平井平均值提高4.9百分点。

工厂化水平井平均单井试气无阻流量64.30×10⁴ m³/d，投产初期平均井口压力20.2 MPa，单井日产气量11.80×10⁴ m³/d，比苏53区块2013年投产水平井产气量高0.49×10⁴ m³/d，其中苏53-82-3H井初期产气量超过20.00×10⁴ m³/d(见表2)。

1) 苏53区块部分区域的储层特征符合水平井工厂化作业的地质要求。

2) 工厂化作业实现了缩短钻井周期、提高钻井效率、降低开发成本和效益最大化的目的。同时，为先进的压裂工艺提供了平台，节约了井场用地，便于集中管理。

3) 在工厂化水平井钻井完井过程中，形成的水平井工厂化钻井完井关键技术值得其他非常规气藏工厂化作业借鉴。

4) 建议强化地质研究，在苏里格气田优选工厂化作业区域，实施适度规模的水平井工厂化整体开发试验。