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长庆的技术内功
2017年07月13日 15:28 来源于     作者:本刊记者 赵 玥/南喜阳        打印字号
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  千里大漠,黄土峁梁。西部大地,从未平静。

  3000年前,西周《易经》形容此处“泽中有火”。这“火”,即是石油。

  泽中有火,却不得见。横跨陕、甘、宁、内蒙古、晋五省(区)的长庆油田落地于此,试图让深埋的熊熊之“火”重见天日。如今,经过长庆油田在这片荒原大漠和黄土高原边缘地区的攻城略地,历经艰辛、饱经风霜的5万多口油气井,承担着我国每年近1/8的产油量和1/4的天然气产量。

  从上产到稳产,近10年间,5000万吨犹如烙印深深镌刻在长庆油田。这烙印是荣耀,亦是压力。

  2016年,全球经济持续低迷、国际油价依旧低位运行,上游领域的日子仍旧难过。然而,长庆油田却实现了油气造当量5300.57万吨的成绩。逆势稳产为“十三五”打造良好开局,为保障国家能源安全、企业稳健发展以及当地经济社会发展做出了突出贡献。

  事实上,自稳产以来,长庆人从来不敢松懈半分。过去的成绩已经刻在长庆的辉煌历史中,未来的5000万吨将从哪里来?长庆人不断地寻求着答案。

  长庆人深知,外部环境凶险、瞬息万变,唯有提升技术手段、练好内功才有出路。为此,长庆油田在2016年启动了5000万吨持续高效稳产关键技术研究与应用专项攻关工作,开展了低渗透油藏二氧化碳驱油与埋存关键技术的研究与应用,形成了具有国际领先水平的低渗透、低压力、低丰度“三低”油气藏勘探开发理论和配套技术体系。

  自主研发“电饭锅”煮饭

  “去年,我们完成了国内最长的水平井钻井工程,将近2740米。”长庆油田油气工艺技术研究院副总工程师张矿生兴奋地比划着,试图让记者在脑海里清晰地勾勒出这近3公里的距离。

  这样的情绪不能不感染人,尤其是在对长庆油田稍作了解之后—近3000米的水平井,意味着对“磨刀石”的又一次有力征服,也意味着实现5000万吨稳产的技术突破。

  在长庆油田的岩心库里,各种岩心样本被一米一格地做好标记,有序地陈列在七八米高的货架上。在外行人眼里,它们平平无奇;而在长庆人看来,一块块石头承载着他们的最大希冀:每年5000万吨的油和气,就是从这样的石头中挤出来的。

  纵观马岭、安塞、靖安、西峰、苏里格和超低渗等油气田的石头,可以清晰地看出从致密到极端致密的纹理走向。也正是这样的纹理,把长庆从“绝路”推向了一个个更加广阔的发展高度。

  长庆油田是有名的特低渗透储层,原油丰度极低。“肉眼只能看到一点点油迹,很多时候能有点暗色就算不错了。”张矿生说。

  当初,长庆人将这样的岩心送到远在大洋彼岸的美国权威实验室进行检验,负责检测的美国人连连摇头:这样的储层根本出不了油!

  外国专家说不行,长庆人却偏偏说行。长庆人不仅从这些“不可能”的储层里挤出了5000万吨,而且保持稳产至今。

  “原油丰度高的区块基本没有了,现在储量里约9成都是难动用区块。”长庆油田科技处副处长方国庆说。

  根据今年初发布的《石油发展“十三五”规划》、《天然气发展“十三五”规划》,到2020年,国内石油产量要达到2亿吨以上,天然气综合保供能力则要达到3600亿立方米以上。

  这对于承担着我国每年近1/8产油量、1/4天然气产量的长庆油田来说,压力之大可想而知。当前,摆在长庆人面前的现实是:开采难度越来越大,开发手段必须不停地提高。

  一直关注最前沿技术的他们把目光投向了水平井。由于过去基本以打直井为主,打水平井的工具不匹配,技术也跟不上,导致一个钻井队五六十人即使是披星戴月的工作,钻一口井也要三四个月时间。

  “储层就像千层饼一样,好的油层只有那一层。想要采油必须精确,但在地下钻井,达到100%精确并不容易。有时突突突地钻了半天,把带上来的碎石取出来检测,发现偏了,这一天就白干了。”张矿生形象地比喻道。

  效率低、速度慢,长庆人急得夜里睡不着觉。和国外成熟的水平井钻井技术相比,张矿生形容,“就像他们已经用电饭锅煮饭,我们还在用柴火烧饭。”

  当时,水平井技术被斯伦贝谢等国际知名公司垄断。他们不仅拥有自主研发的专业设备,而且拥有雄厚的研发队伍。为保持这一垄断优势,这些公司对仪器设备实行严密“封锁”。

  “一开始我们尝试300米的水平井,只有一半的成功几率。”张矿生说。钻井每前进一米,对工具就是一次考验,也是对技术的一次挑战。这就像赛车,想在风驰电掣中安全抵达终点,不仅车的引擎要强、配置要精良,赛车手的技术也要通过多次训练,几个方面缺一不可。

  为此,长庆人对不同区域的岩石可钻性、钻头破碎规律进行分析,并结合岩心、测井等资料,减小钻头震动,提高钻头抗冲击能力及耐磨性。有时在钻井过程中会遇到长段泥岩坍塌,又研发了强抑制无土相新型钻井液体系,才实现安全穿越泥岩段300米以上。

  随着自主研发工具的不断成功,长庆人的水平井钻井技术突飞猛进。张矿生告诉记者:“去年,长庆油田成功的打出近3000米的水平井,并且都在油层里,没有发生偏离。最重要的是,钻井周期只用了30多天。”

  过去,长庆油田达到稳产目标,靠的是“多井低产”,水平井的技术攻关改变了油气藏低丰度造成的低产现实,让长庆的稳产成功实现“单井高产”的转变。

  方国庆向记者透露,目前,长庆油田约有2000余口水平井,相比直井,产量提高四到五倍。单井日产油从2吨上升6~8吨,气田单井产气量较直井增加3~5倍。

  长庆油田迈进了“少井高产”的新时代。

  体积压裂铸造“地下高铁”

  张矿生所说的那口近3000米的水平井,产量已经达到100多吨。在长庆油田这种先天地质条件不足的情况下,这口井的产量甚至已经赶上地质条件优越的中东国家的油井产量。

  去年,长庆油田以“提单产、提累产、降递减”为总体目标,不仅在水平井钻井自主研发工具上实现突破,内陆油田最长水平段水平井可溶桥塞体积压裂技术也在陇东油田试验成功,创造了国内陆上油田水平段最长、压裂段数最多、入地液量最大的新纪录。

  截至今日,压裂纪录仍在被长庆人不断地刷新着。今天,体积压裂已然成为长庆油田的核心技术。

  在方国庆眼里,长庆油田吃的是“压裂饭”。

  由于“三低”(低压、低渗、低丰度)等先天缺陷,长庆油田一直面临着“井井有油,井井不流”的困境。

  电视片中黑色石油喷射而出、汩汩而流的情景,在长庆油田是想都不敢想的天方夜谭。

  “油藏的压力系数大于1,油井才会有自然产能。而在长庆油田,这个系数一般都在0.6~0.8之间。”方国庆介绍道。同时,由于净产量的递减速度极快,大多数情况下,一口油井三个月后的产量便会呈几何级数的下降,这意味着油井的经济效益降低或者根本没有经济效益。

  国际上,把渗透率小于50毫达西的油田称为低渗透油田,而长庆油田70%的储层渗透率小于1毫达西。

  “业界普遍认为1毫达西已是开发极限。”张矿生笑笑说,“不过,我们现在正在攻克的是0.3毫达西。”

  这让人有些想象不到,面对如此“恶劣”的地质条件,长庆人把自己逼到什么境地。

  磕下渗透率为0.3毫达西的油藏,靠的一项重要技术就是体积压裂。方国庆认为,从点状的压裂过渡到线性压裂直至现在的体积压裂,是思维到技术的很关键的一步,这决定着长庆油田5000万吨的前景。

  如果把中东地区的油藏储层比作“高级公路”,那么长庆油田的油藏储层就是“羊肠小道”。而压裂技术就相当于在地层里修了一条高速公路,在最短时间内让油聚集,从而提高产量。

  理论就在这儿,但实施起来谈何容易。

  美国的页岩油开发得如火如荼,但长庆油田一考查,发现无法照搬使用。“他们的岩层易碎,一锤子下去便是碎块,我们却只能砸开一条缝。”张矿生说。另外,压裂用的关键工具、化学剂也不相匹配。

  压裂技术跟不上,经济效益就无从谈起。“一开始压裂成本很高,一口井压裂成本有200万元甚至高达500万元。”方国庆向记者坦言。

  决定体积压裂工艺的实用性和效果,正是体积压裂工具。直接从国外引进,除了花费甚多,还有一个弊病,就是“不接地气”。

  国外水平井体积压裂技术主要以快钻桥塞压裂工具为主,长庆油田引进后进行了现场试验,发现引进工具无生产通道或通道很小,需要连续油管钻磨后才能投产,直接导致试油周期较长、连续油管钻磨作业成本也较高。另外,由于长庆油田特殊的黄土地貌、油区道路路况复杂等原因,连续油管作业适应性较弱。

  针对这些问题,长庆油田围绕如何实现免钻和快速投产,成功研发出了一种新型快钻桥塞,得以推广运用。

  这只是长庆油田在体积压裂技术探索中的一个缩影。

  长庆人明白,核心技术是买不来的,只有靠自主研发才能取得真正的技术突破。目前,长庆自主研发的裸眼封隔器、新型套管分压配套工具打破了国外公司技术垄断。水力喷砂压裂技术在气田先后实现一次压裂改造5段、7段、10段和15段的目标,不仅成为我国首创,而且达到了国际领先水平。

  去年年底,一项以“低成本、低伤害、低摩阻、易返排、可回收”为代表的压裂液技术系列在长庆油田各大主力层系实现规模应用,这项科技利器目前已覆盖油田产能建设和压裂措施的95%以上,实现可回收利用30%以上,有效地缓解了当前持续走低的国际油价带来的不良影响。

  压裂技术的突破,让长庆油田的产量明显增长。

  0.3毫达西的难关仍在持续不断地攻克中,长庆油田又抽调骨干成立超低渗攻关项目小组,开始研究渗透率为0.1毫达西油藏的工作。

  “没有最低,只有更低。”长庆人用坚韧和创新一次次刷新了行业认知。随着长庆油田不断地挑战极限,也许“高速公路”将变成“高铁”,油藏的经济开发,未来便依仗于此。

  和二氧化碳“联姻”

  “水平井+体积压裂”的新技术组合,给长庆带来产量,也带来一系列技术的革新。

  大强度的体积压裂一方面丰富了油层的裂缝发育,打开了原油采出通道,另一方面也加剧了水平井水淹现象的发生。

  针对此类问题,技术人员在“水平井+体积压裂”的基础上,采取了“吞吐注采”。所谓“吞吐注采”,就是既能给油层注水增能,又能实现原油开采目的。

  据不完全统计,目前长庆油田采取“吞吐注采”措施的油井见效率达到了100%,受益于此的油井平均单井产量提高0.3吨。

  开发效率还能不能再提高?已经“挤”过的油藏,能不能再榨点油出来?

  在长庆油田,人们总是希望看得更深一点,考虑得更远一点,准备得更充分一点。为了回答上述问题,现在,长庆人正在为三次采油进行技术储备。

  从世界范围来看,大部分油田经过注水开发后,一般会采取二氧化碳驱油技术进一步提高采收率。

  二氧化碳的捕集与封存一直是全球能源业界高度关注研究的话题。数据显示:根据美国的有关研究报告,目前的二氧化碳驱油技术已可使石油采收率提高10%~15%,而新一代二氧化碳驱油技术可以将这个数字进一步提高到30%以上。

  在国内,吉林油田于上世纪90年代就进行了试验。多年来的试验结果显示,将含有二氧化碳天然气田中的二氧化碳分离后,注入到油田驱油,可使原油采收率提高约10%以上。

  长庆油田本身也有地域优势。据统计,陕甘宁地区可供开发的石油资源与二氧化碳具备一定匹配性,未来增储上产潜力大。而鄂尔多斯盆地的煤化工产业基地与已开发油田相邻,二氧化碳的捕集、输送与油田利用具有地理联动优势。

  方国庆估计,长庆油田周边的煤化工企业每年大概可提供1000多万吨二氧化碳,数量十分可观。

  尽管数字耀眼,但对长庆油田而言,要复制其他油田的经验依然很难。仅运输一项便无法照搬。陕甘宁地区非平原地区,山多路陡,难以像东部油田那样顺利地用罐车运输二氧化碳。为此,长庆几番易址才选中试验地。

  另外,地貌、地质、水质等方面的特殊性,迫使长庆油田一次又一次地反复实验,异常小心谨慎。“我们这里水硬、风沙大、冬季寒冷,夏季多暴雨,所有的工艺、配套工具都要考虑这些因素。”方国庆说。

  目前,井筒、管道等已经经过多次试验论证,条件趋于成熟。

  数据表明,经中石油探明的低渗透储量超过80亿吨,但动用率仅50%。如何提高特/超低渗透油田开发,成为实现我国石油工业可持续发展的核心问题。

  而另一方面,我国已成为世界第一碳排放大国,碳排放量约占全球排放总量的1/4。根据科学评价,油气藏、地下盐水层和煤层是二氧化碳的理想埋存地。根据现有埋存标准及潜力评价体系测算,如果与驱油相结合,我国油藏埋藏二氧化碳的潜力约为130亿—150亿吨。

  虽然当前二氧化碳的价格对驱油技术应用可能产生制约因素,但从长远来看,这场“联姻”将给长庆油田乃至社会带来划时代的技术革新。

  “跑现场”是家常便饭

  长庆人常说,科技是牵油气出地宫的关键。截至4月10日,长庆油田已完成原油产量633.68万吨,稳踏完成全年生产目标步伐。

  之所以能有上述技术突破,离不开企业在科研创新激励方面的各种措施和体制机制方面的建立。

  “我在一线的时候……”在长庆油田的科研单位,科研人员的嘴里都会迸出这句话作为开头。

  在长庆人的眼里,技术攻关并不是成天把自己关在实验室里,远离生产实际。他们讲究技术攻关要“三结合”:地质、工艺和地面结合;室内研究及现场试验结合;自主创新和引进创新相结合。这种三结合的思路,着眼于实际和应用,极大地缩短了新技术的研发和推广应用周期。

  正因此,“跑现场”成为长庆油田科研工作者的家常便饭。

  “为了收集数据,我们先后有9批次的员工前往油田生产一线现场调研。”郭亚红是长庆科技工程有限责任公司的一名研究人员,国内首创一体化集成装置便出自她和同事。现场试验时,郭亚红为了把时间留给装置试验,吃了整整一个多月的方便面,直到现在,方便面的“阴影”还在。

  “到现场能更好地了解情况,随时进项目组讨论,效率高。”长庆科技工程有限责任公司工程设计项目管理科科长王荣敏说,这也是“一体两翼”生产构架。科研单位积极构建重点区域集中支撑、常驻项目组、突出问题专题调研制定方案等有效的支撑模式。

  除了激励机制,今年作为精细管理深化年,长庆油田将技术科研作为一大重点任务,对其中各项指标、奖惩制度进行细化。

  除了用制度推动科研,长庆油田还用科研本身来推动科研。

  “一体化研究,多学科协同”是勘探开发界早有的共识,但受限于管理模式和技术瓶颈,迟迟未能实现。今年年初以来,长庆油田紧跟工业互联网时代步伐,建立了一体化科研平台,成为新的“大科研”工作模式。这种模式一改传统的“孤岛式”研究,全油田科研人员可以在平台上同时开展工作,共享研究成果,实现跨地域、跨部门、跨学科的协同研究。也正因此,长庆油田先后在勘探开发理论、勘探开发一体化、油藏技术等方面取得了新突破。

  为了实现以技术提升开发水平、以科技含量提升经济效益,长庆人采取“分类管理、责任到人、开放研究、完善体系”的科研运行方式。让长庆油田研究机构的作用得到充分发挥、科技资源配置得到优化,形成高效合理的科技创新体系。

  长庆油田提倡创新,更看重创新氛围。油田举办的长庆科技大会重奖科技功臣,鼓励技术创新,鼓励技术人员立足岗位、立业。这样的机制让科技创新理念深入到每一位长庆人心中。

  让长庆人骄傲的是,2016年底,长庆油田的25个“五小”创新成果、9个公司级劳模创新工作室以及29个能工巧匠大讲堂优秀视频课件,闪亮登场2016国际创新创业博览会,在这个我国举办的首个以双创为主题的国际博览会上赚足了眼球,同时也将长庆油田全员创新创效的优秀成果展示给了世人。

  长庆油田激励面从管理人员、技术人员延伸到基层操作员工。通过方向引领、资金支持、政策扶持,涌现了一批又一批发明家和创新达人。2016年,油田进一步建立健全员工技术创新激励机制,出台了《五小成果评审奖励办法》,长庆油田“五小”创新活动领导小组负责人介绍说:“长庆油田立足岗位取得创新成果的员工已有1000余人,年均为企业创效超亿元。”

  纵观长庆油田的发展历程,每一次跨越都离不开科技创新的强力支撑。特别是一些颠覆性技术,往往都是在应对挑战的过程中破壳而出,这样的创新精神,将带领着长庆油田走向更强大的未来。

 

 

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