中石化江汉石油工程:做中国页岩气工程技术的“领跑者

  近日,涪陵国家级页岩气产能建设示范区再次传来喜讯,由中石化江汉石油工程公司承钻的焦页90-4HF井,完钻井深6303米,刷新世界最深页岩气水平井施工纪录。

  截至2018年6月,该公司在涪陵国家级页岩气示范区钻井220多口,单井钻完井周期、钻井综合成本大幅下降,钻井液及压裂返排液重复利用率100%,实现了页岩气清洁安全高效开发,为建成涪陵国家级页岩气示范区100亿方产能做出了突出贡献,为国内其他页岩气区块开发提供了成熟技术和示范。

  江汉石油工程公司2010年就开始页岩气工程技术的探索。从中国石化第一口页岩气水平井——建页HF-1井,到涪陵大安寨区块涪页HF-1井,开发效果都不理想。“上天容易入地难”,页岩气的开发难度本来就极大而且风险极高,其钻井深度远远高于常规油气井,普遍在4000米以上,包括2000米左右的水平井,同时需要大规模的分段压裂;伴随着页岩气开发的风险主要包括井塌、井漏、井喷、浅层气含有硫化氢等,其中任何失误都可能导致严重事故的发生。

  与美国相比,我国页岩气多在崇山峻岭间,埋藏深,构造复杂,优质页岩储层厚度小,开采难度远超美国。更为困难的是,国内在页岩气开发工程技术和设备方面几乎是一片空白。在建页HF-1井施工中,提供油基钻井液、水平段测井、桥塞和分级射孔技术服务的均为国际知名油服公司。

  “当时页岩气我们没干过,不会干,全靠老外来说,我们就在过程中学习、摸索。” 江汉石油工程公司总经理杨国圣回忆说。由于地质特征和开发环境的差距,国外页岩气工程技术在中国页岩气勘探开发中还存在“水土不服”现象,难以照搬应用。除了钻探效果不理想,这场“跨国的联姻”还面临着高昂的成本。

  核心技术绝对保密,关键装备只租不卖,就连每次设备售后维护都要付出昂贵的服务费。要想长远开发页岩气,关键技术成了‘卡脖子’的障碍,江汉石油工程公司以加快国产化步伐为已任,开始了真正意义上的自主创新实践。

  2012年,中石化江汉油田承担建设涪陵国家级页岩气示范区的任务,江汉石油工程公司作为页岩气开发主力军开赴重庆涪陵的崇山峻岭。一个大大的问号摆在他们面前:面对非常规资源勘探开发施工周期长、工程成本高等难题,如何实现气田经济有效开发?

  “页岩气开发的关键是经济可采性,降低开发成本,最终惠及于民。”杨国圣介绍说,美国的页岩气革命出现,体现在两项关键技术的突破:水平钻井和分段压裂,而这也是公司攻关重点。

  在钻井工艺上,他们主要突破了“三大瓶颈”。一是建立了适合涪陵焦石坝构造页岩气水平井优快钻井的井身结构方案。在上部易漏井段采用清水钻进方式,成功解决了空气钻风险大、泡沫钻有环境污染等难题,一开井段机械钻速提高4-5倍。二是创新实现了大井距平行丛式水平井和鱼钩型井眼轨道控制。针对地质条件复杂情况下山地“井工厂”模式的应用,为保证优质储层的最大动用,通过优选钻具组合,研制出定向PDC钻头和配套螺杆等工具,实现了替代进口的旋转导向工具,满足了二开大井眼井段定向问题,解决了水平段牙轮钻头费用高、速度慢的难题,在水平段实现一只钻头一根螺杆一趟钻钻完。三是开发了高效油基钻井液清洗液、弹韧性胶乳防气窜水泥浆体系、低密度防气窜水泥浆体系,满足了页岩气开发大规模压裂对井筒高强度的要求,完井时间大幅缩短,固井质量明显提高。

  在长水平段分段压裂技术研究中,他们同样付出了诸多心血。桥塞的研发长时间阻碍着页岩气工程技术国产化的全面形成,他们通过研制组成桥塞零部件的材料,经历成百上千的材料试验,最终设计出了科学有效的部件结构。如今的桥塞已升级迭代数次,成为具有世界领先水平的关键设备。

  目前,公司页岩气规模开发关键工程技术实现“七大突破”,整体构建和创新了钻井、测录井、压裂试气、环保等页岩气开发成套工程技术。“我们有了自己的设备和技术,国外公司的价格马上下跌一半,甚至更多。”杨国圣说。

  2014年,焦页30号平台作为涪陵工区首个采用“井工厂”模式的钻井平台,成为万众瞩目的焦点。然而,仅过了一年,涪陵页岩气田“井工厂”施工平台达80%以上,施工纪录不断被改写,创造了令人惊叹的“涪陵速度”。

  从逐口井作业模式,转为平台批量化流水线模块作业模式,带来的是流程再造的挑战。该公司对传统施工流程进行分解,创新性地按时间、空间、设备进行重新组合,并建立了一套完善的行业规范,为标准化钻井、压裂施工提供了规范保障。

  除了实现全程国产化,创新团队还成功解决了页岩气开采的“环保”顽疾。“页岩气备受争议的原因之一就是环境污染。而我们涪陵气田,因为其喀斯特地貌,岩层多而且复杂,环保更是难上加难,”杨国圣介绍说。自2013年开始,经过两年多时间,他们破解了喀斯特地貌开采页岩气的环保技术难题。

  经过近7年的学习、吸收、攻关和探索实践,江汉石油工程公司形成了包括选区评价、“井工厂”设计、定向长水平井钻井、油基泥浆应用、高强度固井、泵送桥塞射孔联作、分段压裂、排采技术等在内的一套适合中国国情的、完整的、高质量、高性价比的页岩气开发技术系列;有国家专利54件,软件著作权13项,出版著作3部,发表论文181篇,制定标准规范25项。

  从零起步,江汉石油工程公司用6年时间,走完了美国30多年的技术攻关之路。他们从“跟跑”到“领跑”,成熟技术的不断推广应用,为中国页岩气田商业开发插上了翅膀。

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