從井筒工程降本增效看中國石油鉆采技術(shù)創(chuàng)新
國產(chǎn)化技術(shù)助力 勘探開發(fā)新騰飛
入地難，難于上青天。尤其在常規(guī)、易采和優(yōu)質(zhì)油氣資源日漸減少的今天，如何保障油氣資源低成本、優(yōu)質(zhì)、快速、高效勘探開發(fā)，越來越考驗(yàn)工程技術(shù)的創(chuàng)新和服務(wù)實(shí)力。
如今，油氣勘探開發(fā)的觸角已經(jīng)伸向深層、低滲透、非常規(guī)。數(shù)據(jù)顯示，我國新發(fā)現(xiàn)的油氣儲量中，深層、超深層及非常規(guī)油氣資源約占2/3，國內(nèi)剩余油氣資源（包括陸地和海洋）40%以上分布在5000米以下的深部地層，近年來新發(fā)現(xiàn)的11個大型油氣田中，深層占8個。隨之而來的難題猶如一座座大山，阻擋在增儲上產(chǎn)的道路上。
平均井深超過6000米的塔里木庫車山前地區(qū)，深刻反映出深井勘探開發(fā)之難。據(jù)了解，2010年，庫車山前地區(qū)一口井的建井周期長達(dá)近兩年。如何解決高陡構(gòu)造的防斜打直？如何攻破地下數(shù)千米的“鹽膏層”？如何克服窄密度壓力窗口挑戰(zhàn)？這三大難題不解決，建井的質(zhì)量、速度和效益將無從談起。
低滲透和非常規(guī)油氣更面臨著開發(fā)成本高和開采效益低的困局。水平井+分段壓裂在提高單井產(chǎn)量方面展現(xiàn)出獨(dú)特魅力，已替代直井成為低滲透和非常規(guī)油氣開發(fā)的主要方式。然而，由于水平井打長、打快、打好關(guān)鍵技術(shù)不完善，分段壓裂工具主體依靠進(jìn)口，一些核心技術(shù)被少數(shù)國外服務(wù)商掌控，國內(nèi)企業(yè)不得不購買其“天價”服務(wù)，導(dǎo)致建井成本居高不下。
核心技術(shù)創(chuàng)新呼聲愈發(fā)強(qiáng)烈：只有把核心技術(shù)掌握在自己手中，才能真正掌握競爭和發(fā)展的主動權(quán)。中國石油通過多年不懈攻關(guān)，一批批井筒工程技術(shù)利器頻頻亮相生產(chǎn)一線：建井和維護(hù)成本下降了！勘探開發(fā)進(jìn)程加快了！油氣增儲上產(chǎn)插上了騰飛的翅膀！
一項(xiàng)項(xiàng)利器成為一張張閃亮的“中國制造”名片，在中國石油工程技術(shù)與裝備國產(chǎn)化進(jìn)程中熠熠生輝。
自動垂直鉆井系統(tǒng)是國產(chǎn)化技術(shù)助力氣井“揚(yáng)眉吐氣”的典范。這項(xiàng)技術(shù)解決了山前高陡構(gòu)造和逆掩推覆體的防斜打快難題，過去長期被國外公司壟斷，日服務(wù)費(fèi)高達(dá)上萬美元。中國石油自主研發(fā)成功后，國外公司日服務(wù)費(fèi)下降近1/3。目前，這個系統(tǒng)國內(nèi)市場應(yīng)用率已達(dá)40%左右，成為復(fù)雜深井鉆井提速主力軍。
精細(xì)控壓鉆井技術(shù)是解決窄密度窗口鉆井難題最有效的手段，可大大降低“漏噴同存”風(fēng)險(xiǎn)，減少泥漿漏失。早期由于沒有利器在手，中國石油不得不依賴國外公司服務(wù)，但幾十萬元的高額日服務(wù)費(fèi)讓企業(yè)不堪重負(fù)。當(dāng)中國石油自主研發(fā)的精細(xì)控壓鉆井系統(tǒng)問世，國外公司立即大幅下調(diào)服務(wù)價格，最終退出中國陸上市場。這項(xiàng)技術(shù)在塔里木、川渝和海外等地區(qū)已推廣應(yīng)用200余口井，產(chǎn)品和技術(shù)服務(wù)價格比國外同類產(chǎn)品降低50%以上。
水平井建井成本高一直束縛著油田增儲上產(chǎn)的步伐。為突破水平井儲層改造關(guān)鍵技術(shù)瓶頸，實(shí)現(xiàn)水平井規(guī)模化應(yīng)用，中國石油組織系統(tǒng)攻關(guān)，自主研發(fā)形成了水平井裸眼分段壓裂、分簇射孔、投球滑套、快鉆橋塞等系列工具，替代進(jìn)口，同比降低成本30%至50%，成為降本增效的新利器，加快了長寧和威遠(yuǎn)、昭通等國家級頁巖氣示范區(qū)建設(shè)，引領(lǐng)頁巖氣等新興戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。
泥漿作為鉆井的“血液”，是打成井、打好井、打快井、降低鉆井成本的主要技術(shù)瓶頸。中國石油通過系統(tǒng)攻關(guān)試驗(yàn)，創(chuàng)新形成油基鉆井液、大位移井鉆井液、高溫高密度有機(jī)鹽鉆井液等特色配套技術(shù)和服務(wù)能力，大幅提高了復(fù)雜深井鉆井液技術(shù)水平。油基鉆井液技術(shù)填補(bǔ)了國內(nèi)空白，逐步取代進(jìn)口成為復(fù)雜深井和頁巖氣水平井的安全快速鉆井關(guān)鍵技術(shù)。頁巖氣水平井高性能水基鉆井液在昭通、長寧和威遠(yuǎn)地區(qū)試驗(yàn)應(yīng)用10余口井，主體技術(shù)指標(biāo)達(dá)到油基鉆井液水平，在滿足環(huán)保要求的同時，與使用油基鉆井液相比，成本降低一半以上。
高溫、高壓且含有大量有毒硫化氫的井下環(huán)境給試油測試技術(shù)帶來很大挑戰(zhàn)。由于我國試油測試裝備技術(shù)水平和能力不足，深層天然氣資源勘探開發(fā)遭遇瓶頸。105兆帕試油測試作業(yè)系列裝備的研發(fā)迎來了天然氣資源勘探開發(fā)的春天，為高溫高壓高含硫氣井的試油測試提供了安全保障。目前，已在我國塔里木、川渝等地區(qū)取代進(jìn)口,推廣應(yīng)用超過400口井，社會經(jīng)濟(jì)效益顯著。
工欲善其事，必先利其器。國內(nèi)石油行業(yè)進(jìn)入低谷期，更需要利器創(chuàng)新闖出一片新天地。（記者 廖秋雯）
數(shù)讀新聞
精細(xì)控壓鉆井系統(tǒng)大大降低單井漏失量和復(fù)雜時效
亮點(diǎn)技術(shù)
21/35MPa氣井帶壓作業(yè)技術(shù)與裝備
突破了氣井環(huán)空動密封技術(shù)瓶頸，研制試驗(yàn)定型了21MPa/35MPa氣井帶壓作業(yè)機(jī)，形成了配套工藝技術(shù)，具備了21MPa氣井帶壓作業(yè)能力，覆蓋了中國石油60%左右的氣井，打破國外壟斷，降低成本50%，現(xiàn)場應(yīng)用146井次，使一批老氣井恢復(fù)生產(chǎn)、隱患得以消除，經(jīng)濟(jì)及社會效益顯著。其中，在長寧、威遠(yuǎn)和焦石壩頁巖氣井作業(yè)68井次，成為頁巖氣井完井試油測試安全作業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)，與使用國外技術(shù)相比，累計(jì)節(jié)約作業(yè)成本億元以上。
105MPa試油測試成套裝備
研制成功105MPa/180攝氏度的試油測試成套裝備，具備數(shù)據(jù)與視頻全程自動監(jiān)控記錄功能，綜合性能達(dá)到國外同類產(chǎn)品水平，在塔里木、川渝、華北等地區(qū)成功替代進(jìn)口，推廣應(yīng)用40余套、作業(yè)400多口井，創(chuàng)造直接經(jīng)濟(jì)效益5億元以上，為“三高”氣井試油測試的安全控制和精確計(jì)量提供了自主技術(shù)裝備保障。
水平井儲層改造工具系列
研發(fā)了水平井裸眼分段壓裂、分簇射孔、投球滑套、水力噴射、快鉆橋塞等水平井多段壓裂系列工具，為水平井經(jīng)濟(jì)有效分段壓裂提供了自主技術(shù)支撐，成為復(fù)雜油氣藏有效動用的關(guān)鍵技術(shù)。2011年以來，中國石油采用自主工具共實(shí)施水平井分段壓裂3832口，占施工總井?dāng)?shù)的89%。長慶蘇里格氣田水平井壓裂改造后單井初期日產(chǎn)量為5.7萬立方米，達(dá)到直井的3倍以上，僅占總井?dāng)?shù)10%的水平井產(chǎn)量貢獻(xiàn)達(dá)到32%。
自動垂直鉆井系統(tǒng)
通過國際合作與自主研發(fā)相結(jié)合，研制成功BH-VDT和XZ-AVDS系列自動垂直鉆井系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)井下主動糾斜、保持井壁垂直，通過解放鉆壓，提高機(jī)械鉆速，縮短了鉆井周期。整體性能達(dá)到國際先進(jìn)水平，打破了國外壟斷，大幅度降低了技術(shù)使用成本。
在塔里木山前地區(qū)逐步替代國外產(chǎn)品，為解決高陡構(gòu)造和逆巖推覆體等復(fù)雜地質(zhì)條件下的防斜打快鉆井難題提供了自主技術(shù)支持。
精細(xì)控壓鉆井系統(tǒng)
自主研發(fā)成功的PCDS-I型、CQMPD—I和XZMPD-I精細(xì)控壓鉆井系統(tǒng)，井底壓力控制精度優(yōu)于國外同類技術(shù)，打破國外壟斷，迫使國外公司服務(wù)日費(fèi)由42萬元降低到24萬元且現(xiàn)已退出中國石油市場。這項(xiàng)技術(shù)在塔里木、川渝和海外等地區(qū)應(yīng)用200多口井，國內(nèi)服務(wù)日費(fèi)不到10萬元，為有效解決“漏噴同存”鉆井難題提供了經(jīng)濟(jì)實(shí)用技術(shù)，節(jié)約直接成本超10億元，成功開拓印尼等海外技術(shù)服務(wù)市場，具備與國際知名技術(shù)服務(wù)公司同臺競技的實(shí)力。
系列新型鉆井液
發(fā)展形成的系列新型鉆井液特色配套技術(shù)和服務(wù)能力，大幅提高了集團(tuán)公司復(fù)雜深井和頁巖氣水平井鉆井液技術(shù)水平、服務(wù)保障能力和國際市場競爭力。
油基鉆井液技術(shù)產(chǎn)業(yè)鏈和服務(wù)體系填補(bǔ)了國內(nèi)空白，逐步取代進(jìn)口；BH-WEI強(qiáng)抑制、高潤滑、大位移井鉆井液體系與使用進(jìn)口鉆井液相比，費(fèi)用減少50%，實(shí)現(xiàn)了低成本國產(chǎn)化目標(biāo)；頁巖氣水平井高性能水基鉆井液主體技術(shù)指標(biāo)達(dá)到油基鉆井液水平，與使用油基鉆井液相比，成本降低一半以上，有望成為頁巖氣開發(fā)降本增效和綠色環(huán)保的主體接替技術(shù)。
權(quán)威點(diǎn)評
填補(bǔ)國內(nèi)空白 躋身國際一流
中國工程院院士 羅平亞
隨著油氣勘探開發(fā)向深層、復(fù)雜地層發(fā)展，復(fù)雜地層深井鉆井井下復(fù)雜與安全問題日趨突出，成為我國鉆井液技術(shù)必須解決而國內(nèi)外都未能很好解決的重大技術(shù)難題，也是當(dāng)前鉆井及鉆井液技術(shù)發(fā)展的前沿課題。
中國石油組織全國優(yōu)勢力量進(jìn)行攻關(guān)取得重大成果，并形成有效解決這些重大難題的系列新型鉆井液體系與應(yīng)用技術(shù)。其中，油基鉆井液技術(shù)產(chǎn)業(yè)鏈填補(bǔ)國內(nèi)空白，完善了我國鉆井液技術(shù)體系，成為復(fù)雜深井和頁巖氣水平井安全快速鉆井的關(guān)鍵技術(shù)；BHW強(qiáng)抑制強(qiáng)潤滑鉆井液為我國復(fù)雜地層特殊結(jié)構(gòu)井的優(yōu)質(zhì)、快速鉆井提供了技術(shù)支持；BH-WEI高溫高密度有機(jī)鹽鉆井液成為塔里木、川渝和海外復(fù)雜深井安全提速提效的主體技術(shù)。這些技術(shù)總體上達(dá)到國際同類技術(shù)先進(jìn)水平，具有明顯的特色和優(yōu)勢，在顯著提高國際高端鉆井液技術(shù)市場競爭力的同時，豐富和發(fā)展了我國鉆井液技術(shù)水平。
突破我國“三高”氣井試油技術(shù)瓶頸
國家“863”項(xiàng)目首席科學(xué)家 劉合
目前，我國剩余油氣資源勘探開發(fā)面臨越來越多的高溫、高壓、高含硫油氣藏，“三高”油氣井測試作業(yè)一直是世界性難題。川慶鉆探自主研發(fā)的105MPa試油測試成套裝備，突破了高壓旋流除砂器、RD循環(huán)閥等核心部件技術(shù)瓶頸，填補(bǔ)國內(nèi)105MPa高溫防硫耐酸地面測試裝備的空白，在塔里木、川渝等地區(qū)試驗(yàn)和應(yīng)用了400多口井，使得這項(xiàng)裝備的技術(shù)穩(wěn)定性、可靠性大幅提升，形成了配套技術(shù)服務(wù)能力，達(dá)到國際先進(jìn)水平。
這項(xiàng)技術(shù)的研發(fā)過程整合了多學(xué)科領(lǐng)域的最新研究成果，自主設(shè)計(jì)，依托自主開發(fā)的試驗(yàn)平臺實(shí)現(xiàn)了高溫高壓工況下的模擬實(shí)驗(yàn)，也為石油裝備自主開發(fā)探索了一條具有借鑒意義的創(chuàng)新之路。
105MPa試油測試成套裝備的研發(fā)成功，打破了我國“三高”油氣藏高端防硫試油測試裝備一直依賴進(jìn)口的局面，為我國高溫高壓氣井試油測試提供了裝備保障，基本滿足了我國深層天然氣勘探試油的需要。
創(chuàng)新感悟
突破瓶頸 終獲成功
21/35MPa氣井帶壓作業(yè)技術(shù)攻關(guān)團(tuán)隊(duì)
近年來，氣井帶壓作業(yè)技術(shù)成為井下作業(yè)技術(shù)發(fā)展的新亮點(diǎn)，但由于作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)大、對裝備安全性和可靠性要求極高等因素，在國內(nèi)發(fā)展速度緩慢，是一塊名副其實(shí)的 “硬骨頭”。這樣的難題，激發(fā)起研發(fā)團(tuán)隊(duì)的創(chuàng)新斗志。
攻關(guān)過程中，技術(shù)攻關(guān)團(tuán)隊(duì)集中優(yōu)勢資源搞研究、破瓶頸，實(shí)現(xiàn)了關(guān)鍵技術(shù)持續(xù)突破。立足國內(nèi)氣井帶壓作業(yè)現(xiàn)狀，團(tuán)隊(duì)按照壓力級別從低到高穩(wěn)步推進(jìn)技術(shù)升級，穩(wěn)扎穩(wěn)打，一步一個腳印前進(jìn)。在一次次現(xiàn)場試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)問題，在不斷的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)中完善提高。無數(shù)日夜不懈奮戰(zhàn)，換來裝備技術(shù)水平的不斷提升。裝備和技術(shù)定型后，團(tuán)隊(duì)又抓住川渝地區(qū)頁巖氣大開發(fā)的機(jī)遇，迅速把技術(shù)成果推向市場進(jìn)行檢驗(yàn)。裝備投入市場后迅速轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，大大降低了壓井后的產(chǎn)量損失，有效保障了致密氣、頁巖氣等非常規(guī)油氣的開發(fā)效果。
勇于創(chuàng)新 打破壟斷
BH-VDT5000垂直鉆井系統(tǒng)研發(fā)團(tuán)隊(duì)
常規(guī)鉆井技術(shù)在西部油氣勘探開發(fā)中，遭遇到高陡構(gòu)造防斜打快的世界性難題，成為制約勘探開發(fā)進(jìn)程的瓶頸。面對外國公司的技術(shù)封鎖，研發(fā)團(tuán)隊(duì)吹響了自主創(chuàng)新的號角。
隨后，團(tuán)隊(duì)以大量細(xì)致認(rèn)真的調(diào)查為開端，悉心鉆研技術(shù)難點(diǎn)和破解之道。嚴(yán)峻的經(jīng)營壓力、引進(jìn)設(shè)備的不適應(yīng)、多輪實(shí)驗(yàn)的失敗，都沒有擋住創(chuàng)新的腳步。針對先導(dǎo)實(shí)驗(yàn)暴露出的缺陷，團(tuán)隊(duì)組織技術(shù)攻關(guān)改進(jìn)，一次不行就兩次，憑著這股韌勁，跨過一個又一個坎。從設(shè)計(jì)方案中技術(shù)參數(shù)的確定，到配套研究中子系統(tǒng)的改進(jìn)，研發(fā)團(tuán)隊(duì)以大量精細(xì)認(rèn)真的工作，實(shí)現(xiàn)了試驗(yàn)方式、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、電路設(shè)計(jì)的創(chuàng)新，最終使具有自主知識產(chǎn)權(quán)的垂直鉆井系統(tǒng)面世，中國石油成為國際上第三家可以提供這項(xiàng)高端技術(shù)服務(wù)的公司。
