中國石化西南石油局研發(fā)致密油氣藏高效開發(fā)“中國智造”紀(jì)實(shí)

壓裂革命

如何破解低滲致密油氣藏高效開發(fā)的世界級(jí)難題?如何打破國際油服巨頭技術(shù)壟斷?中國石化西南石油局五年磨一劍，成功研發(fā)“井下全通徑無級(jí)滑套系統(tǒng)”，已在22口井推廣應(yīng)用成功，較常規(guī)壓裂技術(shù)平均單井產(chǎn)量提高60%，部分單井增產(chǎn)達(dá)2倍以上，實(shí)現(xiàn)了難動(dòng)用儲(chǔ)量的效益開發(fā)，鍛鑄了具有世界領(lǐng)先水平的“中國智造”。

壓裂無級(jí)限

中國石化西南石油局瞄準(zhǔn)國際前沿，立足自主創(chuàng)新，為推動(dòng)增產(chǎn)增效探索了全新路徑，成功研發(fā)井下全通徑無級(jí)滑套系統(tǒng)，讓原來無法動(dòng)用的非常規(guī)天然氣儲(chǔ)量轉(zhuǎn)化為效益產(chǎn)量。

大咖云集，智慧閃耀。

3月20日，來自全球65個(gè)國家和地區(qū)的2000家企業(yè)、18個(gè)國家展團(tuán)，齊集第十七屆中國國際石油石化技術(shù)裝備展覽會(huì)，捧出了自己壓箱底的最新產(chǎn)品和技術(shù)。

中國石化西南石油局只帶著一項(xiàng)技術(shù)而來。然而，就這一項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)足以讓西南石油人艷驚天下，俄羅斯、法國等國家的同行在現(xiàn)場就迫不及待地要談合作。

一技走天下。

這項(xiàng)技術(shù)就是“井下全通徑無級(jí)滑套系統(tǒng)”。中國石化西南石油局局長、西南油氣分公司總經(jīng)理甘振維說：“與世界頂尖的石油企業(yè)同臺(tái)競技，‘井下全通徑無級(jí)滑套系統(tǒng)’展現(xiàn)了無可比擬的技術(shù)優(yōu)勢和無限廣闊的應(yīng)用前景。利用這項(xiàng)技術(shù)，較常規(guī)技術(shù)致密氣平均單井產(chǎn)量可以提高60%。”

60%其實(shí)是一個(gè)非常保守的數(shù)字，有時(shí)可以達(dá)到100%、200%，或者更多。它意味著壓裂工藝技術(shù)的革命性顛覆，意味著一些因?yàn)闆]有效益而暫時(shí)沉睡的氣田可以開采了。2015年中國天然氣對(duì)外依存度達(dá)30.1%，而我國致密砂巖氣產(chǎn)量約占天然氣總產(chǎn)量三分之一，若其產(chǎn)量能有100%、200%的增長，把我國致密砂巖氣資源有效解放出來，就可望為我國實(shí)現(xiàn)天然氣消費(fèi)獨(dú)立提供有力保障!更不要說這套技術(shù)在常規(guī)油藏、頁巖油氣藏及油氣井的開發(fā)生產(chǎn)中同樣適用。

好雨知時(shí)節(jié)，當(dāng)春乃發(fā)生。一口井打出兩口甚至三口的產(chǎn)量。在低油價(jià)已經(jīng)延續(xù)兩年多、降本增效逐漸走到窮途的時(shí)候，“井下全通徑無級(jí)滑套系統(tǒng)”這套工藝創(chuàng)新恰如及時(shí)雨，驅(qū)趕著石油人心頭的陰云。

天道酬勤

2011年3月8日，在一個(gè)普通的招待所里，西南石油局局長、西南油氣分公司總經(jīng)理甘振維剛剛參加完國際壓裂技術(shù)推介會(huì)。推介會(huì)剛剛結(jié)束，他腦海中靈光一閃，一個(gè)困擾了七天的問題有了解決思路。

這個(gè)問題就是如何打破外國公司的技術(shù)封鎖，自主開發(fā)壓裂工藝技術(shù)，突破目前水平井分段壓裂只能限制在12～13段的極限。

工欲善其事，必先利其器。

1859年，隨著Edwin L. Drake油井鉆探成功，現(xiàn)代石油工業(yè)誕生了。接下來的100多年時(shí)間里，包括石油在內(nèi)的化石能源枯竭論一次一次提出，又一次一次地因?yàn)橛蜌饪碧介_發(fā)技術(shù)的進(jìn)步被擊退。川西產(chǎn)能建設(shè)及勘探項(xiàng)目部經(jīng)理、石油工程技術(shù)研究院原院長戚斌說：“地質(zhì)還是那個(gè)地質(zhì)，但用了新工藝技術(shù)后，我們老區(qū)的產(chǎn)量從以前幾千萬立方米漲到現(xiàn)在的30億立方米。所以，工程技術(shù)對(duì)于產(chǎn)量提升非常重要。”

得益于工程技術(shù)進(jìn)步，當(dāng)今世界油氣行業(yè)正向深海、大漠、山地等環(huán)境復(fù)雜區(qū)進(jìn)軍，向致密氣、致密油、煤層氣、頁巖氣等難度大的油氣存儲(chǔ)區(qū)進(jìn)軍。

這種進(jìn)軍并非一帆風(fēng)順。在致密氣這個(gè)天然氣增儲(chǔ)上產(chǎn)的重要領(lǐng)域，由于單井產(chǎn)量低、經(jīng)濟(jì)效益差，我國至少一半以上的致密氣儲(chǔ)量無法動(dòng)用。當(dāng)成本難以繼續(xù)降下去的時(shí)候，通過技術(shù)進(jìn)步提高產(chǎn)量成為致密氣效益開發(fā)的不二手段。

地下巖石和水泥地一樣，非常致密，天然氣無法溢出。壓裂就像在水泥地上打一個(gè)縫，然后氣體像小溪一樣慢慢匯聚到大河中。以前的常規(guī)工藝改造之后，2寸7的油管柱只能分成12段，這樣1000米長分12段只能80米左右出一條縫隙。條數(shù)不多、支狀河流不密，很多致密氣儲(chǔ)量就動(dòng)用不了。可以說，水平段分段壓裂段數(shù)直接關(guān)系著低滲致密油氣藏的產(chǎn)量，成為世界級(jí)難題。

目前，國際油服巨頭壓裂技術(shù)可以突破傳統(tǒng)水平井12段的分段限制，達(dá)到20～30段，可以大幅提高單井產(chǎn)量。當(dāng)然，價(jià)格也令人咋舌。

“外國人能研究出這項(xiàng)技術(shù)，中國人為什么不行?”甘振維認(rèn)為，在關(guān)鍵領(lǐng)域我們不能受制于人。

不限級(jí)壓裂國際主流技術(shù)有兩種：橋塞分段和連續(xù)油管拖動(dòng)。但這兩種辦法一是成本高，二是不能一次性投產(chǎn)完井，同時(shí)存在施工工序多、施工周期長的弊端。

能否綜合連續(xù)油管尺寸不變和滑套便捷的優(yōu)點(diǎn)，制造出不受油管內(nèi)徑限制的滑套?甘振維開始思索。

有一種科學(xué)，叫做想象力。

看著招待所的房門，甘振維抓住了關(guān)鍵的一點(diǎn)：房間鑰匙大小相似，但一把鑰匙只能打開其所對(duì)應(yīng)的鎖。如果每個(gè)滑套有一把專門的“鑰匙”，那自然能突破12級(jí)分段的限制?

心動(dòng)不如行動(dòng)，沒有試驗(yàn)工具，甘振維用紙剪出一個(gè)簡易的物理模型。經(jīng)過幾次試驗(yàn)，被證明在理論上成立。

這就是“井下全通徑無級(jí)滑套系統(tǒng)”誕生的最初創(chuàng)意。它采用巧妙的設(shè)計(jì)和創(chuàng)新的結(jié)構(gòu)，施工過程中，通過鑰匙和滑套的編碼智能匹配，不用人為干預(yù)，應(yīng)該開的“絕不放過”，不該開的“一笑而過”，從而實(shí)現(xiàn)無級(jí)限和唯一性的完美結(jié)合。

很多人把這個(gè)創(chuàng)意歸結(jié)于偶然。其實(shí)，創(chuàng)意尤其是科學(xué)創(chuàng)意絕非人們所認(rèn)為的“靈光一現(xiàn)”，也不該用“妙手偶得”，而應(yīng)要用“天道酬勤”來解釋。“井下全通徑無級(jí)滑套系統(tǒng)”便是如此。如果沒有對(duì)行業(yè)發(fā)展動(dòng)向的深刻把握，沒有多年專業(yè)與非專業(yè)知識(shí)的積累，它絕不會(huì)在短短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)。“我平時(shí)總愛琢磨一些技術(shù)、生產(chǎn)管理上的問題，哪怕在飛機(jī)上也是這樣。”甘振維如是說。

勞其筋骨

每一棵橡樹都會(huì)結(jié)出許多橡樹種子，但只有一兩顆種子能長成橡樹。因?yàn)樗墒髸?huì)吃掉大部分的橡樹種子。絕大部分創(chuàng)意會(huì)被現(xiàn)實(shí)的壓力所摧毀。“井下全通徑無級(jí)滑套系統(tǒng)”從創(chuàng)意萌芽直到成功研發(fā)，科研人員付出了很多。

德陽的夏天有多熱?

你只要試試饅頭蒸熟揭開鍋后，把臉放上去的感覺就知道了。

可是就在德陽最熱的7月，位于德陽的西南油氣分公司石油工程技術(shù)研究院內(nèi)傳來了一陣陣叮當(dāng)叮當(dāng)?shù)?ldquo;打鐵”聲。

怎會(huì)有打鐵聲?

2011年7月，沒等試驗(yàn)場地建起來，“井下全通徑無級(jí)滑套系統(tǒng)”開發(fā)團(tuán)隊(duì)已經(jīng)開始進(jìn)行第一步試驗(yàn)。打鐵聲正是銅棒敲擊“鑰匙”的聲音。先期試驗(yàn)要驗(yàn)證能否讓鑰匙在通過滑套時(shí)只打開對(duì)應(yīng)的滑套而不發(fā)生誤開現(xiàn)象，因此要反復(fù)地讓一把把“鑰匙”通過滑套。

搞科研就是坐在辦公室吹著空調(diào)畫圖紙?

這是錯(cuò)覺。

20個(gè)滑套，每次試驗(yàn)最底下1號(hào)滑套的“鑰匙”分別要通過前面19個(gè)滑套，最后才打開1號(hào)滑套。2號(hào)鑰匙則要通過前面18個(gè)滑套。也就是說，每組試驗(yàn)20把“鑰匙”共需要通過滑套200多次。

“鑰匙”怎樣通過滑套?用銅棒敲!

“‘鑰匙’本來應(yīng)該靠水壓推動(dòng)，但我們沒有條件，只能用銅棒將鑰匙敲下去。每一把鑰匙順利通過滑套要受幾百斤的力才行，最少要敲1分多鐘才能下去。當(dāng)時(shí)在7月、8月、9月三個(gè)最熱的月份里，團(tuán)隊(duì)中僅有的兩三個(gè)男職工一遍又一遍舉起銅棒重重的敲擊著‘鑰匙’。他們的衣服汗?jié)竦镁拖褚环?lsquo;地圖’一樣。”原西南油氣分公司石油工程技術(shù)研究院管具技術(shù)中心主任王磊說。

短短三個(gè)月，1米長、60多斤重的銅棒兩頭都被敲得卷了起來。卷得不能工作了就送到工廠削掉，然后繼續(xù)工作。三個(gè)月下來，銅棒短了一大截。

銅杵磨成針之后，石油工程技術(shù)研究院井下工具研發(fā)室主任侯治民開始背著4公斤的“鑰匙”奔跑。

侯治民很好認(rèn)。

“現(xiàn)場最像民工的那個(gè)，戴著眼鏡的，就是他。”

他在干什么?

20級(jí)井下全通徑無級(jí)滑套在試驗(yàn)場全部逐一打開，驗(yàn)證了井下全通徑無級(jí)滑套系統(tǒng)的設(shè)計(jì)合理。但這僅僅是開始。接著新的挑戰(zhàn)又來了!

井下生產(chǎn)和地面試驗(yàn)不同。“鑰匙”在井下滑套需要下放到數(shù)千米深的井下，還需通過千余米的水平段。所以，所有“鑰匙”均需要先做4000米的耐磨性試驗(yàn)，以得出準(zhǔn)確的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

“4000米的試驗(yàn)需要‘鑰匙’反復(fù)通過管道百余次。為了讓試驗(yàn)更準(zhǔn)確，侯治民和他的同事一個(gè)人投送‘鑰匙’一個(gè)在另一端接，然后用竹筐背著跑過來繼續(xù)投送。一把‘鑰匙’的一次試驗(yàn)，就是一次4000米的負(fù)重跑。”石油工程技術(shù)研究院黨委副書記楊靖偉介紹。

正如赫爾岑所說，科學(xué)不是可以不勞而獲的。在科學(xué)上除了汗流滿面，是沒有其他獲得成功的方法的。熱情也罷，幻想也罷，以整個(gè)身心去渴望也罷，都不能代替勞動(dòng)。

2011年6月到2014年6月，地面試驗(yàn)398次，20把“ 鑰匙 ”配套試驗(yàn)20多次，空井筒試驗(yàn)90余次。1000多個(gè)日夜讓“井下全通徑無級(jí)滑套系統(tǒng)”由簡單的紙制模型，成為一項(xiàng)日臻成熟的技術(shù)，耐磨、沖蝕、壓力……一系列的難點(diǎn)一一被突破。

苦其心志

世之奇?zhèn)ス骞址浅Ｖ^，常在于險(xiǎn)遠(yuǎn)，而人之所罕至焉，故非有志者不能至也。

石油工程技術(shù)研究院管具技術(shù)中心主任工程師胡順渠沒有想到，加入“全通徑無極滑套系統(tǒng)”研發(fā)會(huì)成為她人生路上一次百折不回的遠(yuǎn)征。

順風(fēng)順?biāo)牡孛嬖囼?yàn)結(jié)束后，2014年7月3日，挫折來了!

“首次生產(chǎn)試驗(yàn)，我們選擇在SF311HF井下入15支井下全通徑無級(jí)滑套進(jìn)行壓裂施工。在投入開第1號(hào)滑套的第一把鑰匙后，最上面的15號(hào)滑套直接就開啟了。”胡順渠說，“鑰匙錯(cuò)開滑套，就意味著試驗(yàn)遇到挫折了。”

獨(dú)上高樓，望盡天涯路。

壓力雖然很大，但是科學(xué)上沒有平坦的大道，真理的長河中有無數(shù)礁石險(xiǎn)灘。只有不怕巨浪的弄潮兒才能深入水底覓得驪珠。侯治民、胡順渠和同事們抖抖灰塵，開始全力分析故障原因，尋找解決辦法。

19天后，信心滿滿的工作人員在JS21-42HF井下入了19支井下全通徑無級(jí)滑套，進(jìn)行又一次的壓裂施工。然而，又一次在生產(chǎn)性試驗(yàn)中出現(xiàn)錯(cuò)開滑套的問題。

有人調(diào)侃說：“不是‘一把鑰匙開一把鎖’嘛，怎么你們打造的是‘萬能鑰匙’?”

胡順渠和她的同事們開始被壓裂施工現(xiàn)場列入“不受歡迎”的名單：“大家壓力很大。”

經(jīng)過4個(gè)月的查找，問題找到了。侯治民說：“我們覺得這已經(jīng)是極限，再有問題我們也不可能解決了。”

然而，“功夫不負(fù)有心人”有時(shí)候其實(shí)是一種理想，現(xiàn)實(shí)比理想要?dú)埧岬枚??？茖W(xué)尊重的是事實(shí)，服從的是真理，不會(huì)因?yàn)槿魏稳说膲毫Χ咛зF手。

2014年11月23日，在JS24-9HF井下入15支井下全通徑無級(jí)滑套的壓裂施工，讓他們經(jīng)受了第三次挫折。功夫又一次負(fù)了有心人。

“連續(xù)三次試驗(yàn)，三次挫折。前兩次我們都找到了一個(gè)自己認(rèn)為的故障原因，但在信心滿滿的下一次試驗(yàn)時(shí)都慘遭挫折。”這段時(shí)間可以稱之為胡順渠40年生命征途中最黑暗的一段，“神經(jīng)不粗一點(diǎn)的人直接就崩潰了。”

衣帶漸寬終不悔，為伊消得人憔悴。

到底是“萬能鑰匙”還是有細(xì)節(jié)沒注意?管具技術(shù)中心全體技術(shù)人員開始排查問題原因，并對(duì)2014年以來的所有井下全通徑無級(jí)滑套壓裂數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、對(duì)比，查原因、找問題。

…………

眾里尋他千百度，驀然回首，那人卻在燈火闌珊處。

2015年3月17日，經(jīng)過4個(gè)多月的排查，三次挫折的原因被找出來，最大的難關(guān)順利渡過。接下來的試驗(yàn)一帆風(fēng)順。GM33-10HF井測試成功，JS33-19HF井30級(jí)滑套施工成功，XS21-46HF井試驗(yàn)成功……

“三次挫折的原因找到后，我們接下來的試驗(yàn)全部成功，保持了100%的成功率。”侯治民介紹。

如今，“井下全通徑無級(jí)滑套系統(tǒng)”，已在油氣開發(fā)中大顯身手。西南石油局川西氣田位于“成都—德陽—綿陽”這一四川省最具活力的高密度經(jīng)濟(jì)走廊上，工業(yè)發(fā)達(dá)、人口密集，對(duì)石油工程施工的安全環(huán)保要求極高。在20多口井成功推廣運(yùn)用這項(xiàng)技術(shù)，一大批氣井獲得高產(chǎn)。其中，JS33-19HF井實(shí)現(xiàn)了30級(jí)分段壓裂，創(chuàng)造了不動(dòng)管柱套管封隔器分段壓裂分段數(shù)世界紀(jì)錄。

效果彰顯

市場經(jīng)濟(jì)不相信眼淚。

油價(jià)長時(shí)間低迷的經(jīng)營環(huán)境，給石油企業(yè)帶來了巨大生存壓力。誰都明白，老辦法、老套路、老習(xí)慣，走不通了。創(chuàng)新、變革、突破，整個(gè)行業(yè)翹首以盼。誰能走出第一步，誰就將成為新時(shí)代的最大贏家。

西南石油局走在了前列。

離開德陽市區(qū)，沿著彎彎曲曲的山路驅(qū)車近一小時(shí)就到了位于中江縣的JS206姊妹井。兩井并排而立，于2016年8月投產(chǎn)。采用“井下全通徑無級(jí)滑套系統(tǒng)”新壓裂工藝的JS206HF井穩(wěn)產(chǎn)9.6萬立方米/天，采用舊工藝的JS206-1HF穩(wěn)產(chǎn)3.0萬立方米/天。

“兩井地層條件基本一樣，但前者不僅產(chǎn)氣量是后者的三倍多，而且后期工作非常簡單，滑套想開就開，想關(guān)就關(guān)，就是出水也不怕。”廣西采油廠生產(chǎn)技術(shù)科科長梁德成介紹，“這都得益于‘井下全通徑無級(jí)滑套系統(tǒng)’新壓裂工藝的巨大能量。”

對(duì)于“井下全通徑無級(jí)滑套系統(tǒng)”的意義，川西產(chǎn)能建設(shè)及勘探項(xiàng)目部經(jīng)理、原石油工程技術(shù)研究院院長戚斌最有直觀感受。2012年，西南石油局在四川盆地一口氣打了100多口井，但平均單井產(chǎn)氣量只有1.92萬立方米。“因?yàn)闆]有效益，之后就不敢打井。如今采用新的壓裂工藝技術(shù)，產(chǎn)量翻一倍達(dá)到三四萬立方米，效益就非?？捎^了。這項(xiàng)技術(shù)堪稱高效開發(fā)低滲致密油氣藏的殺手锏。”戚斌說。

“井下全通徑無級(jí)滑套系統(tǒng)”就是這么厲害。

分段無限級(jí)，可以無限制地分段壓裂，最大限度獲取資源。生產(chǎn)全通徑，為后期維護(hù)和作業(yè)提供了極大方便。單段可開關(guān)。如一些分段(采油氣通道)出水影響生產(chǎn)，可以針對(duì)性地關(guān)閉或開啟，避免了出水對(duì)開采油氣的影響;如果實(shí)施排水作業(yè)或油氣井維護(hù)后，又可以重新開啟再次投入生產(chǎn)。管柱一體化，常規(guī)的無限級(jí)分段壓裂，施工管柱與油氣井生產(chǎn)管柱不同，要在分段壓裂完成后重新下入生產(chǎn)管柱，這樣既增加了作業(yè)周期和作業(yè)成本，又會(huì)造成儲(chǔ)層的二次污染，影響油氣井產(chǎn)量。而井下全通徑無級(jí)滑套分段壓裂，施工管柱和油氣井生產(chǎn)管柱一體化，施工完成后可直接投產(chǎn)，縮短施工時(shí)間，降低施工成本。

不僅僅是針對(duì)致密氣。“我們這套技術(shù)的目標(biāo)是致密氣藏，但實(shí)際研究后才發(fā)現(xiàn)它在常規(guī)油藏、頁巖油氣藏及油氣井的開發(fā)生產(chǎn)中同樣適用。”石油工程技術(shù)研究院科技生產(chǎn)科科長雷煒說，“在壓裂施工這一牽出油龍氣龍、獲取油氣成果的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，這項(xiàng)具有國際領(lǐng)先水平的‘中國智造’，正帶來顛覆性的改變。”

不僅在產(chǎn)量提升上完敗舊工藝。“井下全通徑無級(jí)滑套系統(tǒng)”在施工成本和施工時(shí)間上也完敗同行。雷煒說：“與泵送橋塞相比，我們的技術(shù)節(jié)約施工時(shí)間保守估計(jì)40%以上。國外能實(shí)現(xiàn)全通徑的工藝單井成本大約1400萬元。而達(dá)到同樣效果，我們的技術(shù)只要700萬元左右，不僅節(jié)省一半施工成本，而且更有利于后期管理。”

戚斌說：“我們不滿足于將這項(xiàng)技術(shù)只用在四川盆地，今后要走出去承攬其他油氣田的完井工程。以高效和低成本占領(lǐng)市場，甲方應(yīng)該會(huì)優(yōu)先選擇我們施工。”目前戚斌正籌劃到國內(nèi)某工區(qū)一試身手，對(duì)利用這項(xiàng)技術(shù)盤活該區(qū)非常規(guī)天然氣資源開發(fā)充滿信心。

不僅僅是國內(nèi)市場。“井下全通徑無級(jí)滑套系統(tǒng)”在第十七屆中國國際石油石化技術(shù)裝備展覽會(huì)上一舉成名天下知。俄羅斯一家石油公司想依靠這項(xiàng)技術(shù)可開關(guān)的功能解決稠油生產(chǎn)中的堵水問題;法國一家石油公司看中了它無級(jí)限分段和井下全通徑的優(yōu)點(diǎn);中國石化總部想要在系統(tǒng)內(nèi)部全面推廣這項(xiàng)技術(shù)……

不僅僅是壓裂工藝技術(shù)體系。“井下全通徑無級(jí)滑套系統(tǒng)”還可用于油氣井開發(fā)過程中的生產(chǎn)管理，在堵水、調(diào)剖和產(chǎn)能測試等方面具有廣闊的應(yīng)用前景，讓壓裂從工程技術(shù)走向了管理藝術(shù)。這套技術(shù)只是一個(gè)平臺(tái)，只是第一步。它改變了石油人的思維方式、工作方式，能帶給石油開采工業(yè)一系列的變革。