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增储上产践行者的极致探索
2024年11月13日 19:38 来源于 中国石油石化    作者:本刊记者 王海坤        打印字号
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  面对世界级难题,他们一个个破解,就像一场远征。

 

  川东盆地近千平方公里险峻山地中的页岩气资源;渤海之滨千万年前沉积的古近系页岩油资源;新疆塔里木盆地茫茫戈壁地下万米的油气宝藏……

  这些,都是油气勘探开发领域的世界级难题。

  却在过去的十几年,被中国石化一个个地破解了!

  就像是一个个奇迹,在惊艳了世人的背后,并非命运之神的眷顾,而是中国石化人积年累月的长久钻研、极致探索,是中国石化人枕戈待旦,是他们的精诚所至、金石为开……

  “当今世界正经历百年未有之大变局,外部环境不确定性、不稳定性明显增加,保障国家能源安全面临新的挑战和更高要求,必须要着力提高能源自主保障能力,从根本上保障国家能源安全。”年初的座谈会上,中国石化董事长、党组书记马永生如是说。

  而事实上,在全球经济格局变迁、国际能源新体系正逐步形成、能源发展迎来新挑战的大背景下,为了牢记殷切嘱托,为了保障国家能源安全,着眼于全局与未来的中国石化,很早就出发了。

  “涪气”西来

  “中国天然气的对外依存度已经超过40%。”中国石化江汉油田、涪陵页岩气田首席专家刘尧文说,“国内页岩气的勘探开发和增储上产对国家能源安全意义非常。十几年前,我们就认识到了这一点。”

  2012年11月28日,中国石化在重庆市涪陵区焦石坝区块部署钻探的焦页1HF井试获日产20.3万立方米页岩气。自此,涪陵页岩气田勘探开发的大幕徐徐开启……

  此后十几年,涪陵页岩气田为长江经济带沿线中下游的6个省、2个直辖市,累计70多个大中型城市、上千家企业、2亿多居民送去了页岩气这种绿色清洁能源。

  涪陵页岩气田的“涪气”已成为万千民众的“福气”。

  然而,这背后却是身处大山深处的中国石化人年复一年地极致探索。

  页岩气是一种非常规天然气资源。它们主要位于暗色泥页岩或高碳泥页岩中,是以吸附或游离状态为主要存在方式聚集的天然气。可以说,页岩气实际上是成藏还未发育成熟的一种天然气,在页岩层中大量存在,却难以开采。

  21世纪初,美国“页岩气革命”取得了巨大的成功,不仅有效降低了其工业生产中的能源成本,进而带动美国制造业复苏,拉动了可再生能源产业的发展……页岩气革命推动美国从能源进口国转变为出口国,一举改变了世界能源格局。

  中国具有“富煤、贫油、少气”的资源特点,页岩气的勘探开发对优化我国能源结构具有重要战略意义。

  然而,相比美国页岩气大多位于平原地带、埋藏深度小于2000米、气藏构造简单等有利开采条件,中国的页岩气探明地质储量按可采储量计算为世界第一,但中国的页岩气比美国要深得多,大多都在2000米到4000米左右,甚至更深。

  中国的页岩气藏开采难度与美国不可同日而语。川东近千平方公里险峻山地中的页岩气藏犹如被摔碎了深埋在大山中的“瓷盘”,优质页岩储层厚度小而且十分凌乱,地下暗河、溶洞分布不均,生态环境复杂敏感,在页岩气勘探开发的过程中,气藏不但难以采出,而且任何小失误都可能导致事故发生……

  这里一直都是世界级地质、气藏开发的难题!但为了增储上产,为了国家的能源安全,中国石化扛起了破解这一世界级难题的重任。

  十几年间,中国石化从零起步,探索形成了南方海相页岩气“二元富集”理论,创新集成以页岩气地质综合评价技术、开发设计与优化、水平井组优快钻井、长水平井高效压裂、采气工艺配套、绿色开发为主的六大技术体系。同时,充分发挥全产业链优势,自主研发网电钻机、全电压裂机组等装备工具,打破国外技术垄断,实现关键设备全部国产化,有力支撑引领了我国页岩气产业的高质量发展。

  十几年间,涪陵页岩气田获省部级以上科技进步奖21项,其中“涪陵大型海相页岩气田高效勘探开发”获国家科技进步一等奖,先后制定158项页岩气勘探开发标准和规范,取得200件国家专利授权,立体开发、电驱压裂、重复压裂等技术处于国际领先水平,为页岩气勘探开发、技术装备、标准规范、产学研结合等方面提供了可复制、可推广的经验。

  经过多年的极致探索,中国页岩气实现了从无到有的重大突破,高效建成了长宁—威远、涪陵和昭通等国家级页岩气示范区。

  2022年,中国成为全球第二大页岩气生产国;

  2023年,中国最大的页岩气田——涪陵页岩气田累计产气量突破600亿立方米。

  “涪陵页岩气田的成功勘探开发走的是一条自主创新之路。”刘尧文说。

  那些人迹罕至的险地、那些深山大泽,往往是页岩气藏资源所在。唯有持续地探索、反复地一线实验和不断创新,才能将气藏有效益地开采出来。

  为此,中国石化人对每一块页岩气藏都“精雕细刻”,以永葆创新的思维在“无人区”探路。

  桥塞主要用于水平井“分割”,而水平井分段压裂技术被视作页岩气开采的“命门”。钻通桥塞的过程类似时下流行的电子游戏“天天爱消除”。但在地下3000米完成“游戏”的难度可想而知,它对桥塞的结构、材料提出了更高要求。

  在完成桥塞攻关之前,中国石化已经相继实现了页岩气钻井、压裂试气、测录井工程核心技术和国家科技重大专项——3000型成套压裂装备的国产化。

  但这小小的桥塞却久攻未下。因为,桥塞的性能要求“刚柔并济”:既要能够承受住地下的高温高压,又要容易被钻头钻通以便气体汇集,研发、制造难度极大。

  桥塞虽小,但意义重大。桥塞最终的成功应用完成了页岩气工程技术装备自主化、国产化的“最后一块拼图”。自此,中国石化也成为国内第一个全面掌握拥有自主知识产权的页岩气勘探开发技术装备系列的企业。

  为了打通开采“蓝金”页岩气的立体通道。如今,“国产钻具+国产随钻测井系统”已经成为涪陵页岩气产能建设示范区最常见的“组合”之一。安装了随钻测井系统的钻具好似有了“千里眼”,能够随时将“钻进沿途”的井下地质数据反馈至地面。工程师根据反馈的数据实时调整井眼轨迹,控制井下钻进方向,从而保证钻具可以像“贪吃蛇”一样在地下几千米深处“转向”穿行。并且,采用国产钻具的成本比进口的“旋转导向”系统低50%。

  经历了不断自主创新的中国石化人,用自己的集智、实干触摸那些技术前沿,比全球勘探开发工作探索走得更加高远。

  经过十几年的勘探开发,如今,在涪陵地下数千米的页岩层中,中国石化人建造出一段段长达几公里的“高速通道”,让页岩气能从地下几千米处顺利涌出,在山间蜿蜒的输气管道中静静地流淌……

  每天,这些页岩气大约可满足4600万户居民用气。有关数据显示,四川盆地累计页岩气探明储量已超万亿立方米,这又是一块保障国家能源安全的新阵地。

  唤醒“沉睡的宝藏”

  2021年11月3日,一则重要的消息从中国东部的渤海之滨传来。

  中国石化胜利油田部署在东部探区的4口页岩油探井获高产油流,其中,樊页平1井峰值日产油达171吨,创国内页岩油单井日产最高纪录。

  “这标志着中国石化胜利油田实现页岩油勘探开发突破。”胜利油田高级专家王学军说。

  仅仅三个月后,中国石化胜利油田投产的丰页1-1HF井再传好消息,其峰值日产油262.8吨,再次刷新了单井日产最高纪录!

  自此,渤海之滨千万年前“沉睡的宝藏”被唤醒。

  2022年8月26日,我国首个陆相断陷盆地页岩油国家级示范区——中国石化胜利济阳陆相断陷湖盆页岩油国家级示范区揭牌。

  时至今日,渤海湾盆地的济阳坳陷发现并落实了超十亿吨级陆相页岩油增储阵地。

  这无疑是一个重大突破!

  “我国页岩油资源丰富,对‘端牢能源饭碗’具有重要战略意义。”中国石化董事长、党组书记马永生在今年两会期间指出。

  页岩油是指以页岩为主的页岩层系中所含的石油资源。我国页岩油资源勘探潜力巨大,是国家重要的战略资源。

  相关资料显示,全球已在21个国家75个盆地发现页岩油,可采资源量700亿~800亿吨。其中,北美页岩油革命实现了页岩油的大规模商业开发,深刻影响了世界能源格局。因此,加快国内页岩油勘探开发对保障我国能源安全意义重大。

  然而,我国的陆相页岩油,具有“低、深、厚、高”的特点。与具有两三亿年地质历史的北美海相页岩油相比,我国济阳坳陷陆相页岩油地质历史只有几千万年,却是目前国内陆相页岩油埋藏最深的油藏。其平均埋藏深度达3000~5000米,局部可达5500米;连续厚度也在国内最大,平均厚度达300~500米,局部厚度达千米以上。此外,该油藏高温高压,油藏储存空间比头发丝还细微,演化程度低、密度大、流动性差,开发难度非常大,给钻井、压裂等工艺技术带来了极大的挑战。

  这又是一个世界级难题。

  然而,中国石化胜利油田仅用3年时间就走完了北美页岩油10年技术迭代之路,彰显了中国石化“硬核”的科技力量。

  从“十二五”开始,中国石化就先后开展国家973、重大专项等各层级页岩油攻关课题40余项。十多年来,创新建立了陆相断陷盆地页岩油成藏富集模式,形成了页岩油优选评价技术,揭开了页岩油的“藏身之地”;研发形成了以合成基钻井液体系为核心的优快钻井技术,在地下3300米以下使得水平段超2000米以上的水平井得以高效钻进;创新形成了多尺度组合缝网压裂技术,让页岩油在人工制造的数百条毫米级“高速公路”上流出。

  特别是多尺度组合缝网压裂技术,实现了致密页岩的有效改造,极大提升了单井产能,屡次刷新国内页岩油产量纪录。

  这一系列关键技术,最终揭开了济阳页岩油的神秘面纱,将“沉睡了”千万年的页岩油“宝藏”唤醒。

  目前,胜利油田济阳页岩油初步测算资源量105.2亿吨,已落实预测储量12.91亿吨。

  不止如此,除济阳页岩油外,近几年间,中国石化在页岩油勘探开发领域可谓多点开花,多个探区取得了一系列突破——

  2021年1月,中国石化勘探分公司在重庆涪陵地区试获高产页岩油气井——泰页1井,初步预测该地区页岩气资源量2000亿立方米、凝析油资源量2800万吨;

  2021年12月,中国石化华东石油局在苏北盆地溱潼凹陷地区落实有利区面积420平方千米、页岩油资源量3.5亿吨;

  2022年7月,中国石化江苏油田在苏北盆地再获突破,页岩油探井花2侧HF井获日产油超30吨、天然气1500余立方米,标志着苏北盆地高邮、金湖凹陷的11亿吨页岩油资源量被激活。

  “从我国油气资源的总体情况看,页岩油是战略性接替资源,‘十四五’将成为原油稳产的重要支撑。我们要以地质理论创新引领勘探突破,以技术进步促进降本增效,有效推动页岩油担当油气增储上产主力军重任……”国家能源局党组书记、局长章建华说。

  而眼下中国石化正致力于继续锻造科技创新利器,走在践行这一使命的路上。

  向深地进军

  8000米超深层油气勘探是条“死亡线”!这是全球油气勘探开发界的共识。然而,面对世界级技术难题,中国石化率先跨越了过去。

  2020年10月23日,中国石化西北油田分公司所属顺北油气田再创纪录:顺北53-2H井完钻井深8874.4米,超过当年7月完钻井深8725米的顺北55X井,再创亚洲陆上最深定向井纪录。这一深度已经超过了世界最高峰珠穆朗玛峰的海拔高度,就像一座“地下珠峰”。

  顺北油气田位于新疆阿克苏地区和库尔勒地区交界处,储层平均深度在8000米以上,经鉴定为亚洲陆上最深油气田,具有超深、超高压、超高温的特点,勘探开发难度极大。

  2016年以来,中国石化加大了科技攻关力度,数年之功,在这里攻克了一系列世界级技术难题,并打造了“深地工程·顺北油气田基地”。据称,这是我国第一个以“深地工程”命名的油气项目,被业界誉为“深地一号”。

  “‘深地工程’既是中国石化贯彻落实‘深海、深地、深空’战略的实际行动,也体现了打造深地技术原创策源地的阶段性成果。”2022年,中国石化董事长、党组书记马永生在为“深地一号”揭牌时说,“未来,中国石化将持续推进深地领域前瞻性、先导性、探索性技术研发和成果应用,为更好端牢能源饭碗提供战略科技力量。”

  中国石化俨然是“行之实者”。

  2023年11月15日,“深地一号”跃进3-3XC井测试获得高产油气流,日产原油200吨,天然气5万立方米。该井完钻井深达9432米,比珠穆朗玛峰的高度还要多584米,再次刷新了亚洲陆上最深井纪录!不仅如此,该井除了面临超深井具有的地质结构复杂、高温、高压等一系列难题,还设计有3400多米的水平距离,面临套管下入难、岩屑在水平段易形成“岩屑床”等新难题,施工难度国内外罕见。

  中国石化携科技创新利器,再次突破了这一从所未遇的勘探开发难题。

  有数据显示,截至2023年,中国石化顺北油气田已落实4个亿吨级油气区带,累计新增探明储量石油2.76亿吨、天然气2667亿立方米;区块内钻探深度超过8000米的钻井达95口。

  近年来世界新增油气储量60%来自深部地层。深层、超深层也已经成为我国油气重大发现的主阵地。数据显示,我国深层、超深层油气资源达671亿吨油当量,占全国油气资源总量的34%。以塔里木盆地为例,仅埋深在6000至10000米的石油和天然气资源就分别占其总量的83.2%和63.9%,勘探潜力巨大。

  习近平总书记强调,向地球深部进军是我们必须解决的战略科技问题。而深层油气资源勘探开发正是开展地球深部探测的重要组成部分。通过“大兵团”联合攻关,近几年来,中国石化在深地油气富集理论、深地油气勘探开发技术等方面取得了重大突破,并形成了配套的深地技术系列——形成超深层角度域成像技术,可以实现为地球做“CT”扫描,精准识别断裂带;超深层地震精细描述与断裂三维立体解析技术,可以实现断裂带的精细刻画,精准锁定有利区带;走滑断裂带断控储集体地质建模、缝洞体精细雕刻与三参数空间定位技术,可实现断裂带内部储集体结构解析,精准识别地下8000米断裂带内部的米级缝洞。

  中国石化还创新研发了微纳米封堵与化学胶结固壁协同防塌技术,构建高等级的钻井液体系,进一步把破碎地层粘结在一起,实现安全钻进。同时,公司自主研发了国内首套抗温200摄氏度、耐压207兆帕的高精度随钻测量仪器,成功打破国外技术垄断,做到了“指哪打哪”。

  “跃进3-3XC井的成功钻探再次证明中国深地系列技术已跨入世界前列,为进军万米超深层提供了重要技术和装备储备。”中国工程院院士、中国石化石油勘探开发研究院院长郭旭升指出。

  “当前,科技对国家命运、经济社会发展影响范围之大、程度之深前所未有……”中国石化董事长、党组书记马永生说。

  的确,跃迁之道,首在创新。特别是在如今全球经济格局的变迁、能源发展迎来新挑战的大背景下。

  科技创新是新质生产力的核心要素,也是产业发展的生命线。中国石化以实际行动将战略基点放在了科技创新上,不遗余力地进行极致探索,以强大的技术竞争力塑造新质生产力,进而激发出能源产业的新活力。

  责任编辑:石杏茹

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