■聚 焦

    黃予劍 孫繼軍 陳四平

    近日，湖北省政府表彰了2016年度科技成果，由中石化江漢石油工程公司完成的《頁巖氣規(guī)模開發(fā)成套工程技術(shù)及應(yīng)用》項(xiàng)目榮獲省科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。

    頁巖氣是低碳、清潔能源，2011年經(jīng)國務(wù)院批準(zhǔn)，頁巖氣正式成為我國油氣資源家族中第172位成員，成為獨(dú)立新礦種。“從零起步，我們用6年時(shí)間，走完了美國30多年的技術(shù)攻關(guān)之路。”公司總經(jīng)理?xiàng)顕プ鳛榧夹g(shù)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)的主要負(fù)責(zé)人，回顧了其間的艱辛歷程。

    摸索：走自主創(chuàng)新之路成為必然

    江漢石油工程公司2010年就開始頁巖氣工程技術(shù)的探索。從中國石化第一口頁巖氣水平井——建頁HF-1井，到涪陵大安寨區(qū)塊涪頁HF-1井，開發(fā)效果都不理想?！吧咸烊菀兹氲仉y”，頁巖氣的開發(fā)難度本來就極大而且風(fēng)險(xiǎn)極高，其鉆井深度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于常規(guī)油氣井，普遍在4000米以上，包括2000米左右的水平井，同時(shí)需要大規(guī)模的分段壓裂；伴隨著頁巖氣開發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)主要包括井塌、井漏、井噴、淺層氣含有硫化氫等，其中任何失誤都可能導(dǎo)致嚴(yán)重事故的發(fā)生。

    與美國相比，我國頁巖氣多在崇山峻嶺間，埋藏深，構(gòu)造復(fù)雜，優(yōu)質(zhì)頁巖儲層厚度小，開采難度遠(yuǎn)超美國。更為困難的是，國內(nèi)在頁巖氣開發(fā)工程技術(shù)和設(shè)備方面幾乎是一片空白。在建頁HF-1井施工中，提供油基鉆井液、水平段測井、橋塞和分級射孔技術(shù)服務(wù)的均為國際知名油服公司。“當(dāng)時(shí)頁巖氣我們沒干過，不會干，全靠老外來說，我們就在過程中學(xué)習(xí)、摸索?！?nbsp;技術(shù)團(tuán)隊(duì)成員、公司副總工程師張良萬回憶說。由于地質(zhì)特征和開發(fā)環(huán)境的差距，國外頁巖氣工程技術(shù)在中國頁巖氣勘探開發(fā)中還存在“水土不服”現(xiàn)象，難以照搬應(yīng)用。除了鉆探效果不理想，這場“跨國的聯(lián)姻”還面臨著高昂的成本。

    核心技術(shù)絕對保密，關(guān)鍵裝備只租不賣，就連每次設(shè)備售后維護(hù)都要付出昂貴的服務(wù)費(fèi)。要想長遠(yuǎn)開發(fā)頁巖氣，關(guān)鍵技術(shù)成了‘卡脖子’的障礙，江漢石油工程公司進(jìn)一步堅(jiān)定了加快國產(chǎn)化步伐的決心，開始了真正意義上的自主創(chuàng)新實(shí)踐。

    攻關(guān)：破解頁巖氣開發(fā)工程關(guān)鍵技術(shù)之困

    2012年，中石化江漢油田承擔(dān)建設(shè)涪陵國家級頁巖氣示范區(qū)的任務(wù)，江漢石油工程公司作為頁巖氣開發(fā)主力軍開赴重慶涪陵的崇山峻嶺。一個(gè)大大的問號擺在他們面前：面對非常規(guī)資源勘探開發(fā)施工周期長、工程成本高等難題，如何實(shí)現(xiàn)氣田經(jīng)濟(jì)有效開發(fā)？

    “頁巖氣開發(fā)的關(guān)鍵是經(jīng)濟(jì)可采性，降低開發(fā)成本，最終惠及于民。”公司高級專家龔起雨介紹說，美國的頁巖氣革命出現(xiàn)，體現(xiàn)在兩項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)的突破：水平鉆井和分段壓裂，而這也是公司創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)攻關(guān)重點(diǎn)。

    在鉆井工藝上，技術(shù)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)主要突破了“三大瓶頸”。一是建立了適合涪陵焦石壩構(gòu)造頁巖氣水平井優(yōu)快鉆井的井身結(jié)構(gòu)方案。在上部易漏井段采用清水鉆進(jìn)方式，成功解決了空氣鉆風(fēng)險(xiǎn)大、泡沫鉆有環(huán)境污染等難題，一開井段機(jī)械鉆速提高4—5倍。二是創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)了大井距平行叢式水平井和魚鉤型井眼軌道控制。針對地質(zhì)條件復(fù)雜情況下山地“井工廠”模式的應(yīng)用，為保證優(yōu)質(zhì)儲層的最大動(dòng)用，通過優(yōu)選鉆具組合，研制出定向PDC鉆頭和配套螺桿等工具，實(shí)現(xiàn)了替代進(jìn)口的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具，滿足了二開大井眼井段定向問題，解決了水平段牙輪鉆頭費(fèi)用高、速度慢的難題，在水平段實(shí)現(xiàn)一只鉆頭一根螺桿一趟鉆鉆完。三是開發(fā)了高效油基鉆井液清洗液、彈韌性膠乳防氣竄水泥漿體系、低密度防氣竄水泥漿體系，滿足了頁巖氣開發(fā)大規(guī)模壓裂對井筒高強(qiáng)度的要求，完井時(shí)間大幅縮短，固井質(zhì)量明顯提高。

    在長水平段分段壓裂技術(shù)研究中，創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)同樣付出了諸多心血。橋塞的研發(fā)長時(shí)間阻礙著頁巖氣工程技術(shù)國產(chǎn)化的全面形成，他們通過研制組成橋塞零部件的材料，經(jīng)歷成百上千次的材料試驗(yàn)，最終設(shè)計(jì)出了科學(xué)有效的部件結(jié)構(gòu)。如今的橋塞已升級迭代數(shù)次，成為具有世界領(lǐng)先水平的關(guān)鍵設(shè)備?！耙坏┪覀冇辛俗约旱脑O(shè)備和技術(shù)，國外公司的價(jià)格馬上下跌一半，甚至更多?！饼徠鹩暾f。

    目前，公司頁巖氣規(guī)模開發(fā)關(guān)鍵工程技術(shù)實(shí)現(xiàn)“七大突破”，整體構(gòu)建和創(chuàng)新了鉆井、測錄井、壓裂試氣、環(huán)保等頁巖氣開發(fā)成套工程技術(shù)。

    推廣：為氣田商業(yè)開發(fā)插上翅膀

    2014年，焦頁30號平臺作為涪陵工區(qū)首個(gè)采用“井工廠”模式的鉆井平臺，成為萬眾矚目的焦點(diǎn)。然而，僅過了一年，涪陵頁巖氣田“井工廠”施工平臺達(dá)80%以上，施工紀(jì)錄不斷被改寫，創(chuàng)造了令人驚嘆的“涪陵速度”。

    從逐口井作業(yè)模式，轉(zhuǎn)為平臺批量化流水線模塊作業(yè)模式，帶來的是流程再造的挑戰(zhàn)。創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)對傳統(tǒng)施工流程進(jìn)行分解，創(chuàng)新性地按時(shí)間、空間、設(shè)備進(jìn)行重新組合，并建立了一套完善的行業(yè)規(guī)范，為標(biāo)準(zhǔn)化鉆井、壓裂施工提供了規(guī)范保障。

    除了實(shí)現(xiàn)全程國產(chǎn)化，創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)還成功解決了頁巖氣開采的“環(huán)保”頑疾?！绊搸r氣備受爭議的原因之一就是環(huán)境污染。而我們涪陵氣田，因?yàn)槠淇λ固氐孛玻瑤r層多而且復(fù)雜，環(huán)保更是難上加難?！睏顕ソ榻B說。自2013年開始，經(jīng)過兩年多時(shí)間，他們破解了喀斯特地貌開采頁巖氣的環(huán)保技術(shù)難題。

    經(jīng)過近6年的學(xué)習(xí)、吸收、攻關(guān)和探索實(shí)踐，公司形成了包括選區(qū)評價(jià)、“井工廠”設(shè)計(jì)、定向長水平井鉆井、油基泥漿應(yīng)用、高強(qiáng)度固井、泵送橋塞射孔聯(lián)作、分段壓裂、排采技術(shù)等在內(nèi)的一套適合中國國情的、完整的、高質(zhì)量、高性價(jià)比的頁巖氣開發(fā)技術(shù)系列；有國家專利74件，軟件著作權(quán)2項(xiàng)，出版著作7部，發(fā)表論文181篇，制定標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范36項(xiàng)。

    從“跟跑”到“領(lǐng)跑”，成熟技術(shù)的不斷推廣應(yīng)用，為涪陵頁巖氣田商業(yè)開發(fā)插上了翅膀。截至2016年12月，該項(xiàng)目在涪陵國家級頁巖氣示范區(qū)等地區(qū)應(yīng)用310口井，單井鉆完井周期、鉆井綜合成本大幅下降，鉆井液及壓裂返排液重復(fù)利用率100%，實(shí)現(xiàn)了頁巖氣清潔安全高效開發(fā)，為國內(nèi)其他頁巖氣區(qū)塊開發(fā)提供了成熟技術(shù)和示范，為建成涪陵國家級頁巖氣示范區(qū)一期50億方產(chǎn)能和二期產(chǎn)建順利推進(jìn)做出了突出貢獻(xiàn)，取得了良好經(jīng)濟(jì)和社會效益。

    ［本文轉(zhuǎn)自《科技日報(bào)》2017年 4 月  14日第 7 版。］