工厂化作业 

                             ——石油施工和生产作业方式的变革！

    
工厂（factory）是西方工业革命的产物。工厂是一类用以生产制成品的大型工业场所。工厂是以大型机器或设备构成的用机械化劳动代替手工劳动的生产作业线。最初的工厂并没有大型的自动化机器，纯粹是一大群从事手工业的工人聚集起来，一起由工头或工长靠随机调派进行的生产活动。这种做法使工序与工序之间易于管理，生产原料也能更有效更及时地分配。原始的工厂雏形，可能要追溯到中国历史上秦汉以前的“制铜业、制铁业、制酒业和盐业”
的原始作坊。

     
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作业线方式，用以石油开采，特别是非常规油气资源的发现和开发，为了降低成本，提高劳动生产效率，则得到广泛应用。工厂化通俗的定义是：石油施工或生产采用类似工厂的生产方法或方式，通过现代化的生产设备、先进的技术和现代化的管理手段，科学合理的组织油气钻井、压裂（包括试油、试气）采油、采气等施工和生产作业。

   
工厂化作业的概念，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。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，都采用工厂化作业的方式。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和作业，使开采成本大大降低和投资者的效益最大化。

   
工厂化作业概念，在中国并不陌生，工厂化作业广泛应用于农业生产。如现代化的育苗、蔬菜、花卉种植的温室化农业工厂，通过高度集中的机械化、自动化装备，先进技术和科学管理方法及手段，调节和控制蔬菜、花卉、育苗的生长、发育、繁殖过程中所需的光照、温度、水分、营养物质等。工厂化农业既可以使农业生产完全摆脱或减轻对自然环境的依赖，又可大大改善劳动者的生产环境和工作条件，同时，在扩大了农业生产的空间规模和产品种类，有效的提高了劳动生产效率和农业现代化生产水平，使中国农业现代化看到了新的希望。

    中国传统的石油勘探开发施工作业，是生产队式的分散作业模式，效率低，不易管理，单兵作战。移植工厂化作业模式，是分散的作业模式最大限度的集成和集约，而工厂化作业在中国石油是近几年的事，主要是低渗透天然气和页岩气等非常规天然气开发，“工厂化”和“工厂化作业”才被有限应用。最新的例子是苏里格南气田开发，采用工厂化作业的方式，油气井表层钻井批量化施工一次完成，钻井、压裂双机交叉联合作业，每钻完一口井钻井，120——170吨钻井设施，包括钻井机房，整体通过轨道滑动式平移系统移动到下一口井，时间不超过4小时，大大缩短了施工周期，是石油施工作业方式发生了质的飞跃。

   
工厂化作业的适用范围，从专业讲适用于钻井、压裂、试油、试气和采油、采气作业；从钻井讲适用于大型、超大型丛式井组、丛式水平井组。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。这种作业方式相对于传统的石油钻井、压裂、生产方式，无疑是一次进步，是一条探索性的创新之路。

   
工厂化作业的基本要素：

   
一是工厂化作业的理念，基于丛式井（水平井）工厂化开发，批量化钻完井作业，由传统到现代，由分散到集中，由低效到集约。如钻上部表层批量化钻井，一次完成，表层以下采用双钻机联合作业，批量化钻井，同时，也为下道工序压裂、试油、试气批量化作业创造了条件。

   
二是现代化的装备，一般的讲工厂化，必然伴随着大生产，而大生产必然依靠大机器。石油钻井和压裂，包括试油试气，集中了行业最先进的技术装备。没有现代化的大机器，谈不上工厂化作业，落后的传统钻井、压裂装备实现不了工厂化的作业。

   
三是先进的技术，高度集成的工厂化作业，必然依靠先进的技术做有力的支撑。工厂化作业的平台是先进的技术和技术体系作为基础，才有可能实现工厂化的作业。通过简化优化，苏里格开发技术从方案设计、钻头、井眼轨迹控制、泥浆、离线设施等配套技术;TAP阀连续分层压裂，压裂液在线连续混配大容量集装箱式储水罐，压裂后快速放喷，多相流量计在线计量等技术，有效地支撑了钻井等工厂化作业。

   
四是现代化的管理手段和方法，主要以信息化为基础，系统设计，同性化作业，倡导团队精神，团队协作，整体行动。如钻井远程监控，联合交叉作业，一体化工作方式，同时，制定工厂化标准作业指南，统一指挥，统一行动，为规模化作业奠定了约定俗成的基础。

   
工厂化作业的特点：

   
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，而且还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，使高度集成化了的各要素，不再是单一的或某种孤立的要素，并经过系统优化加工，表现为整体行为要素，按照工厂化作业的一般规律和操作流程，科学地实施工厂化作业的生产活动。

   
2、集成性。工厂化作业的核心是集成运用各种知识、技术、技能、方法与工具，满足或超越对施工和生产作业的要求与期望所开展一系列管理活动。工厂化作业从一个项目的设计、启动、计划、执行、监控、结束和总结，可以让人一目了然地了解整个项目的进行过程。严格的讲工厂化作业就是一个集成性的管理平台，在统一号令下才能发威。

   
3、流水线。生产流水线的基本原理，是把一个生产重复的过程分解为若干个子过程，前一个子过程为下一个子过程创造执行条件，每一个过程可以与其它子过程同时进行。简而言之，就是“功能分解，空间上顺序依次进行，时间上重叠并行”。美国福特公司在20世纪初创立的生产流水线作业模式，使工厂化的发展向前迈进了一大步。其特点是每组工人只负责某产品生产的某一项工序，而且要整齐划一、团结一致、按照一定的程序和分工，在同一个平台上（流水线）按照统一的指令完成各自的动作。这样大大简化了复杂的施工工序的衔接过程，且具有稳定、高效、高产的特征，移植工厂流水线作业方式，也为石油钻井、压裂等批量化施工和作业创造了基本的条件。

   
4、批量化。何谓批量化作业，是指成批数量施工和生产作业，首先是技术整合问题，其次才能批量化作业。石油钻井、压裂等施工作业是高度的技术密集型作业，必须建立批量化作业的基础，而基础就是技术的高度集成，要做到流水线的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，既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。如批量作业性能，包括批量钻井、批量完井、多井同时返排和生产；离线作业性能，包括包括传统作业等时间的问题。

   

5、标准化。工厂化作业的高级层次是标准化，如钻井没有标准化的井身结构设计，就不可能实现批量化钻井作业，也不可能提高钻井作业的进度和缩短钻井作业的周期。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（包括水平井）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批量化、规模化方向转变，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。工厂化作业是综合运用现代高科技、新设备和管理方法而发展起来的一种全面机械化、自动化技术高度密集型生产作业，而自动化的最大特点是，能够在人工创造的环境中进行全过程的连续不间断的作业，从而摆脱传统作业方式的制约。工厂化作业在北美迅速发展，而在中国石油工厂化作业仅仅处在初级阶段，需要探索性的问题很多，如工厂化作业需要建立自动化的平台，而自动化的平台基础又是信息化，信息化的基础又是现代化的设备、先进的技术和现代化的管理，而这些又赖于高素质的人才队伍和一大批高素质的工程师。

   
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，苏里格南项目已经有了很好的实践。如工厂化作业的技术进步，使钻井大大提速，建井周期大大缩短。3500米左右的井深，从2011年43天缩短到目前的32天，其中直井由34.8天降低到28.8天，最快是20.74天，定向井由40.8降低到32.5天。同时，创造了多项钻井新记录，116-19H水平段871米，钻井周期6.9天，GWDC
50022钻井队实现年钻井10开10完。2011年平均建井周期108天，2012年平均建井周期只有65天等。

    工厂化，在世界近代史中泛指资本主义机器大生产，即使用机械化劳动代替手工劳动的资本主义工业场所。18～19世纪，经过工业革命，机器在生产中广泛应用，为资本主义生产方式奠定了坚实的物质技术基础。资本主义经济凭借机器化大生产，最终战胜封建经济和小商品经济，确立了自己的统治地位。

   
工厂化、工厂化作业，移植到中国石油渐渐放大到低品位非常规油气资源开采作业，不失为是一件大事好事，它的意义不在于石油开采，而在于是一种全新的作业方式，它影响到人们的观念和行为。规模宏大的非常规低品位油气资源开发，用应工厂化作业模式实现规模化开发，无疑是作业方式的变革，是解放生产力的标志性的事件，值得重视和支持。

　　《案例》：中国石油新闻中心，8月6日在川庆钻探长庆靖安项目部水平井"工厂化"压裂作业现场看到的景象。

　　靖安项目部经理王文武介绍说，"工厂化"压裂就是像普通工厂一样，通过优化生产组织模式，在一个固定场所，连续不断地向地层泵注压裂液和支撑剂，以加快施工速度、缩短投产周期、降低开采成本。

　　2011年，靖安项目部对以往油井水平井作业施工模式进行实验论证和大胆探索，初步形成规模化、标准化水平井"工厂化"压裂模式。

　　今年通过实施这种压裂模式，最影响生产的用水用料实现了靠前保障--在化验合格的就近水源地采取水源罐车拉运或管线直接供水方式，每天可保证4000立方米生产用水（相当于一天压裂8段的压裂供水能力）。设立在施工区域中心位置的压裂支撑剂临时供应点，实行厂家直送直销，形成辐射多点、直达一线的后勤保障体系，破解了多年来因补给战线过长、交通安全风险增加等后勤保障难题。

　　华庆区块是靖安项目部今年水平井"工厂化"作业示范区。持续完善的"2000 1050 连续混配 环空套注车"型压裂设备组合和用环空套注车替代2台700型等压裂模式，成为提高施工效率的最佳组合。这种在同一区块采取两口水平井同时组织、交叉施工的生产组织模式，创造了连续6天交叉压裂12段和施工用水4440立方米水力喷射的施工新纪录。靖安项目部大力推广PSK多级水力喷射分段压裂工具，一趟钻压裂施工最高可达9段。水平井一次性压开技术已实现90%以上的层位不用酸一次性压开。

　　截至8月6日，靖安项目部累计完成试油压裂721层次、完井178口。继7月16日完成600层次之后，项目部19天之内又完成了一个百层跨越。其中，水平井完成415层次，完井35口，同比增加366%和191%。水平井"工厂化"压裂作业提高了产量，提升效率，油井水平井单井平均施工周期缩短至少5天。

阳平1井、阳平2井是一对相距600米的双水平井压裂施工，这也是国内首次针对致密油储层开展的双水平井水力喷砂分级多簇体积压裂。施工动用关键设备35台套，耗时33天，累计加砂1120立方米，连续混配配液2.6188万立方米，回收利用液体1.2348万立方米，最终两口井圆满完成26级52簇压裂改造，压后试油产量均在100立方米以上。

　　这样规模空前的数字，按原有的生产模式是难以想象的，更不可能实现。“我们通过优化生产组织、科学配置压裂设备、改进低压管汇连接、配备大容量储液罐、应用连续混配工艺、液体回收技术等‘工厂化’作业综合手段，首次对水平井改造过程实施了重大变革。”

　　“工厂化”作业模式是被逼出来的。上产、稳产的现实需要下，长庆油田水平井实施增长迅速。转型升级、抢抓高端市场的大好机遇面前，长庆井下公司却被水平井施工一系列问题所困扰，生产运行科科长冯军祥说：“施工平均加砂量都在300立方米以上，用液量3000立方米以上，从方案评估到设计优化、生产组织、储层改造施工、排液求产等工艺工序复杂，井控风险高，都存在很大的难度，最主要的问题在于资源需求量大，现有人员和设备难以满足多井同时施工。”

　　“自诊”之后，长庆井下公司总经理周丰下决心要实行一场革命——打破思维定势，在生产组织模式、优化资源配置、工艺技术创新等方面进行大的变革，摸索出一套适合长庆油田水平井高效、快速改造的施工作业模式，使施工效率提高50%。

　　为解决施工人员紧张问题，这个公司将低端业务、低效岗位的136名人员调整补充到生产一线。设备不足，就优化现有设备资源，对所有压裂机组实行跨区域调控，同时，修复一些停用设备，提高700型压裂车利用效率，投入环空注入车，减少无效占用。

　　现场备水时间长是影响施工进度的问题之一，他们将原有30立方米圆柱体大罐改进为50立方米、100立方米的矩形大罐，不但减少大罐搬迁费用，还可将大罐竖立放置或重叠放置，节省井场面积。

　　结合施工规模和水马力需求，姬塬、靖安、安塞、陇东等项目部推行“2000 1400”型、“2000 1050”型压裂设备组合模式，能提高2000型设备利用率20-30%。

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