中石化江漢石油工程：做中國頁巖氣工程技術(shù)的“領(lǐng)跑者”

近日，涪陵國家級頁巖氣產(chǎn)能建設(shè)示范區(qū)再次傳來喜訊，由中石化江漢石油工程公司承鉆的焦頁90-4HF井，完鉆井深6303米，刷新世界最深頁巖氣水平井施工紀(jì)錄。

截至2018年6月，該公司在涪陵國家級頁巖氣示范區(qū)鉆井220多口，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%，實現(xiàn)了頁巖氣清潔安全高效開發(fā)，為建成涪陵國家級頁巖氣示范區(qū)100億方產(chǎn)能做出了突出貢獻(xiàn)，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。

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。“上天容易入地難”，頁巖氣的開發(fā)難度本來就極大而且風(fēng)險極高，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，同時需要大規(guī)模的分段壓裂；伴隨著頁巖氣開發(fā)的風(fēng)險主要包括井塌、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。”江漢石油工程公司總經(jīng)理楊國圣回憶說。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)備售后維護都要付出昂貴的服務(wù)費。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，江漢石油工程公司以加快國產(chǎn)化步伐為已任，開始了真正意義上的自主創(chuàng)新實踐。

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，如何實現(xiàn)氣田經(jīng)濟有效開發(fā)？

“頁巖氣開發(fā)的關(guān)鍵是經(jīng)濟可采性，降低開發(fā)成本，最終惠及于民。”楊國圣介紹說，美國的頁巖氣革命出現(xiàn)，體現(xiàn)在兩項關(guān)鍵技術(shù)的突破：水平鉆井和分段壓裂，而這也是公司攻關(guān)重點。

在鉆井工藝上，他們主要突破了“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)險大、泡沫鉆有環(huán)境污染等難題，一開井段機械鉆速提高4-5倍。二是創(chuàng)新實現(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用高、速度慢的難題，在水平段實現(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)模壓裂對井筒高強度的要求，完井時間大幅縮短，固井質(zhì)量明顯提高。

在長水平段分段壓裂技術(shù)研究中，他們同樣付出了諸多心血。橋塞的研發(fā)長時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)歷成百上千的材料試驗，最終設(shè)計出了科學(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。

目前，公司頁巖氣規(guī)模開發(fā)關(guān)鍵工程技術(shù)實現(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)。“我們有了自己的設(shè)備和技術(shù)，國外公司的價格馬上下跌一半，甚至更多。”楊國圣說。

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)首個采用“井工廠”模式的鉆井平臺，成為萬眾矚目的焦點。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)。該公司對傳統(tǒng)施工流程進(jìn)行分解，創(chuàng)新性地按時間、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。

除了實現(xiàn)全程國產(chǎn)化，創(chuàng)新團隊還成功解決了頁巖氣開采的“環(huán)保”頑疾。“頁巖氣備受爭議的原因之一就是環(huán)境污染。而我們涪陵氣田，因為其喀斯特地貌，巖層多而且復(fù)雜，環(huán)保更是難上加難，”楊國圣介紹說。自2013年開始，經(jīng)過兩年多時間，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7年的學(xué)習(xí)、吸收、攻關(guān)和探索實踐，江漢石油工程公司形成了包括選區(qū)評價、“井工廠”設(shè)計、定向長水平井鉆井、油基泥漿應(yīng)用、高強度固井、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、高性價比的頁巖氣開發(fā)技術(shù)系列；有國家專利54件，軟件著作權(quán)13項，出版著作3部，發(fā)表論文181篇，制定標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范25項。

從零起步，江漢石油工程公司用6年時間，走完了美國30多年的技術(shù)攻關(guān)之路。他們從“跟跑”到“領(lǐng)跑”，成熟技術(shù)的不斷推廣應(yīng)用，為中國頁巖氣田商業(yè)開發(fā)插上了翅膀。