從技術(shù)突破到高效開發(fā)

□ 本刊記者 俞國明 徐 徐 宗 鋼 張 瑤 張海霞

“中國石化川東南海相頁巖氣勘探開發(fā)技術(shù)是一流的，無論是頁巖氣綜合評價技術(shù)，還是水平井鉆井技術(shù)，以及分段壓裂試氣工藝技術(shù)，都已經(jīng)走在了世界前列。”

□ 2014年3月29日，江漢油田涪陵工區(qū)項目部技術(shù)人員在現(xiàn)場論證井位。 宋國梁 攝

與北美頁巖氣田相比，中國南方海相頁巖氣層具有自身的地質(zhì)特點，從國外直接引進的技術(shù)在實際應(yīng)用中常常“水土不服”。中國石化的科技人員通過消化吸收、自主研發(fā)，形成了3500米以淺的頁巖氣勘探開發(fā)配套技術(shù)系列，最長水平段達2130米、最多壓裂段數(shù)26段。在技術(shù)進步的有力支撐下，截至目前，涪陵工區(qū)投產(chǎn)的21口井，口口高產(chǎn)。

埃克森美孚的頁巖氣勘探評價專家評價：“中國石化川東南海相頁巖氣勘探開發(fā)技術(shù)是一流的，無論是頁巖氣綜合評價技術(shù)，還是水平井鉆井技術(shù)，以及分段壓裂試氣工藝技術(shù)，都已經(jīng)走在了世界前列。”

勇挑重擔，提供技術(shù)支撐

焦石壩地區(qū)近地表地質(zhì)條件復雜，溶洞多、暗河多、裂縫多，淺層氣多、地層出水，易發(fā)生井漏、井噴。沒有堅實的理論研究做基礎(chǔ)，后期工作很難開展。先期的理論突破是實現(xiàn)頁巖氣大開發(fā)的重要基石。中國石化科研院所面對重重難題，勇挑重擔，在各自領(lǐng)域取得一系列重大突破，為頁巖氣的勘探開發(fā)做出重要貢獻。

焦石壩頁巖氣三維地震勘探是中國石化開展非常規(guī)油氣勘探工作的重要戰(zhàn)略部署。負責先期地質(zhì)構(gòu)造技術(shù)處理任務(wù)的石油物探技術(shù)研究院技術(shù)人員第一時間就迅速進駐焦石壩工區(qū)進行現(xiàn)場監(jiān)控處理。通過自主創(chuàng)新，取得了一系列重大技術(shù)突破，創(chuàng)新研發(fā)了復雜山地資料的靜校正技術(shù)、低信噪比山地資料的去噪技術(shù)、提高分辨率技術(shù)、復雜山前帶成像技術(shù)等，成為頁巖氣高效勘探的“尖兵”，提高了焦石壩頁巖氣地層與地質(zhì)構(gòu)造的科學認識，有效支撐了頁巖氣的勘探進程。

石油工程技術(shù)研究院從2011年起，組建頁巖氣科技攻關(guān)領(lǐng)導小組，承擔中國石化大量頁巖氣關(guān)鍵工程技術(shù)的攻關(guān)任務(wù)。他們在多項核心技術(shù)上取得突破，申請發(fā)明專利50多項，基本形成了具有水平井段長2000米的鉆完井及20段壓裂能力的頁巖氣工程配套技術(shù)。工程院與勘探南方分公司、江漢油田、華東分公司等上游企業(yè)通力合作，應(yīng)用自主創(chuàng)新的頁巖氣工程技術(shù)，為集團公司頁巖氣的勘探突破、產(chǎn)能建設(shè)及業(yè)務(wù)發(fā)展提供了全面的工程技術(shù)支撐。

2013年初，石油勘探開發(fā)研究院成立了涪陵頁巖氣生產(chǎn)支撐團隊，充分發(fā)揮石勘院在地質(zhì)、測井、地理物理、開發(fā)、氣藏工程及經(jīng)濟評價方面的集成優(yōu)勢與經(jīng)驗，與江漢分公司進行了多次溝通，并在江漢分公司申請設(shè)立了“涪陵地區(qū)龍馬溪組頁巖氣藏描述與產(chǎn)能評價”項目。2013年5月，無錫所利用自主研發(fā)現(xiàn)場含氣量測定儀，在焦石壩地區(qū)焦頁2等4口井進行了頁巖含氣量測定。項目組還為涪陵頁巖氣產(chǎn)能建設(shè)和整體開發(fā)方案的編制提供了有力的技術(shù)支撐。

百步穿楊，“牽出”地下氣龍

怎么安全順利擒獲“潛伏”于地下3000多米深處的頁巖氣龍？鉆機從地面打到頁巖氣層，再在頁巖氣層水平穿行1000多米，要經(jīng)歷許多難以預見的挑戰(zhàn)。

針對地質(zhì)復雜性和難以預見性，中國石化鉆井施工隊伍采用高密度電法對平臺近地表勘查，避開溶洞和暗河，確定井架基礎(chǔ)位置，避免井漏、污染等影響。同時，成功研制彈塑性固井水泥漿體系，優(yōu)化套管固井技術(shù)措施，強化錄井、測井資料分析預測，有效規(guī)避了鉆井安全風險。截至目前，在鉆井施工中，沒有一口井出現(xiàn)“糖葫蘆”。

鉆頭要在幾千米深的地層中找準靶點，猶如鼴鼠在地下找糧洞。“水平井鉆井最難也是最關(guān)鍵的，就是要確保斜井段下靶點、水平段最終點均落在優(yōu)質(zhì)頁巖氣層上。”勘探南方分公司川東南工作部主任孫坤忠說，“井眼越接近優(yōu)質(zhì)頁巖氣層的中心，對將來頁巖氣的開采量和開采年限就越有利。”

焦石壩地區(qū)勘探程度低。鉆探焦頁1HF井時，沒有可靠的地震剖面和二維測線，井眼軌跡控制完全靠“摸著石頭過河”。2012年7月15日，焦頁1HF井進入井斜段下靶點，將鉆出的巖屑與取芯導眼井的相關(guān)資料進行對比分析，發(fā)現(xiàn)地層提前。如果按原井眼軌跡控制方案鉆至水平段，很可能鉆穿優(yōu)質(zhì)頁巖層。技術(shù)人員經(jīng)過分析、計算和研究，決定將靶點垂深上提15米，最終實現(xiàn)了精確控制和準確中靶，氣層鉆遇率100%，為后期測試獲得高產(chǎn)奠定了良好基礎(chǔ)。

在開始產(chǎn)能評價后，為實現(xiàn)焦石壩頁巖氣效益開發(fā)，江漢油田確立長水平段“一趟鉆”的提速提效目標。江漢石油工程公司、中原石油工程公司等施工單位展開勞動競賽，結(jié)合地質(zhì)實際，不斷優(yōu)化鉆井工程工藝，優(yōu)選鉆頭鉆具，形成了空氣鉆、泡沫鉆、清水鉆、PDC+螺桿復合鉆等優(yōu)快鉆井技術(shù)系列，實現(xiàn)了1500米水平段一趟鉆鉆完井施工目標，鉆井速度明顯加快。焦頁1-2HF井創(chuàng)工區(qū)最短鉆井周期61天紀錄，比最初的鉆井周期縮短一半。中原石油工程公司西南鉆井分公司70117鉆井隊在焦頁1-3HF井施工中，刷新了涪陵工區(qū)機械鉆速最快、施工周期最短等6項鉆井指標。

臨門一腳，“踢開”氣庫大門

長水平段多級壓裂技術(shù)是非常規(guī)頁巖氣開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)。從地質(zhì)研究到鉆完井、試氣集輸?shù)恼麄€施工過程，壓裂是“臨門一腳”，裂縫間距、裂縫布局、壓裂規(guī)模等參數(shù)如何優(yōu)化，就好比一把鑰匙，必須與海相頁巖龍馬溪組這把門鎖相匹配。由于龍馬溪組頁巖的致密性和物質(zhì)分布不均勻，壓裂效果往往不理想，單純形成的縫網(wǎng)看似打開了通道，但猶如一條普通公路，一旦遇到大的車流量，終究會堵塞。因此，只有通過壓裂，建成頁巖氣流“高速路”，才能獲得高產(chǎn)。

為了實現(xiàn)涪陵頁巖氣開發(fā)試驗區(qū)的任務(wù)目標，股份公司組織工程技術(shù)專家，確立了示范建設(shè)目標和標準。在涪陵頁巖氣田開發(fā)實踐中，江漢油田與江漢石油工程公司、石油工程機械公司、中原石油工程公司、石油工程技術(shù)研究院及相關(guān)院校緊密合作、協(xié)同攻關(guān)，形成了水平井簇射孔、可鉆式橋塞分段、電纜泵送橋塞、連續(xù)油管鉆塞等配套工藝技術(shù)，研制并成功應(yīng)用了抗180攝氏度高溫低摩阻強攜砂油基鉆井液，實現(xiàn)了同一平臺兩井交叉鉆完井作業(yè)，具備了“一臺六井式”井工廠標準化設(shè)計能力，編制了13項頁巖氣工程技術(shù)標準，為頁巖氣經(jīng)濟有效開發(fā)提供了有力的技術(shù)保障。

江漢油田在涪陵區(qū)塊頁巖油氣勘探開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)、頁巖油氣層改造技術(shù)等項目中，根據(jù)龍馬溪組有機質(zhì)類型好、孔隙發(fā)育、含氣性好、可壓性強的特點，改變了以往壓裂的思路和做法，以樹狀裂縫為出發(fā)點，不斷探索適合焦石壩地質(zhì)特點的壓裂工藝，壓裂排量逐次增加，液量根據(jù)井眼規(guī)模該大就大，砂比根據(jù)地質(zhì)需要合理增減，形成了“主縫加縫網(wǎng)”的壓裂工藝理念和三段式壓裂液體系、三組合支撐劑體系，有力提升了壓裂質(zhì)量，踢開了“氣庫”大門，施工紀錄也不斷刷新。其中，焦頁12-4HF井成功完成了2130米水平段、26段超大型壓裂，創(chuàng)造了國內(nèi)頁巖氣水平井井段最長、分段數(shù)最多、單井液量最大、單井加砂量最大等新施工紀錄。

實踐打磨，提升施工能力和裝備水平

焦石壩會戰(zhàn)是大戰(zhàn)場，國內(nèi)外優(yōu)秀施工隊伍云集。針對工區(qū)施工技術(shù)復雜特點，工區(qū)項目部組織各專業(yè)服務(wù)公司和施工單位，圍繞鉆井、壓裂施工各關(guān)鍵環(huán)節(jié)和技術(shù)難點，認真開展交流與研討，開展擂臺賽，有力提升了各隊伍的施工能力。

泵送橋塞射孔和連續(xù)油管鉆塞施工是水平井分段壓裂施工的關(guān)鍵工藝。江漢石油工程井下測試公司針對施工中碰到的難題和關(guān)鍵技術(shù)，不等不靠，既虛心當學生，邀請專家授課、到兄弟單位造訪，學習借鑒國內(nèi)外先進經(jīng)驗，又抽調(diào)精兵強將常駐現(xiàn)場，在施工實踐中不斷探索、不斷積累、不斷優(yōu)化，施工技術(shù)能力顯著提升。

□ 壓裂施工前，隊員緊張工作。 宋國梁 攝

涪陵頁巖氣田開發(fā)建設(shè)有力地促進了國產(chǎn)壓裂裝備和完井工具的研發(fā)制造。在壓裂裝備上，石油工程機械公司針對大于3500米井深的壓裂工藝和工具裝備等瓶頸，成功研制出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的3000型壓裂車，已在焦石壩地區(qū)批量投入使用。設(shè)備各項指標達到設(shè)計要求，滿足了“連續(xù)施工、大負載、長時間”的頁巖氣壓裂需求，技術(shù)水平、安全可靠性和自動化水平大幅提升，為深層頁巖氣開發(fā)提供了壓裂裝備保障。其中，高壓系統(tǒng)檢測設(shè)備、氣密封檢測設(shè)備的研發(fā)生產(chǎn)，有效保障了施工生產(chǎn)安全。在完井工具上，為減少對外依賴，江漢油田全力推進泵送易鉆電纜橋塞自主研發(fā)，目前已取得成功，并在現(xiàn)場試驗中實現(xiàn)了橋塞簇射孔聯(lián)作工藝，與國外水平相當，具備了工業(yè)化應(yīng)用條件。該項技術(shù)徹底打破了國外專業(yè)化公司在非常規(guī)油氣開發(fā)領(lǐng)域的技術(shù)壟斷，有效降低頁巖氣等非常規(guī)油氣開發(fā)的成本，也為開拓非常規(guī)油氣市場打造了尖端武器。