中石化江漢石油工程：做中國頁(yè)巖氣工程技術(shù)的“領(lǐng)跑者”

近日，涪陵國家級頁(yè)巖氣產(chǎn)能建設示范區再次傳來(lái)喜訊，由中石化江漢石油工程公司承鉆的焦頁(yè)90-4HF井，完鉆井深6303米，刷新世界最深頁(yè)巖氣水平井施工紀錄。

截至2018年6月，該公司在涪陵國家級頁(yè)巖氣示范區鉆井220多口，單井鉆完井周期、鉆井綜合成本大幅下降，鉆井液及壓裂返排液重復利用率100%，實(shí)現了頁(yè)巖氣清潔安全高效開(kāi)發(fā)，為建成涪陵國家級頁(yè)巖氣示范區100億方產(chǎn)能做出了突出貢獻，為國內其他頁(yè)巖氣區塊開(kāi)發(fā)提供了成熟技術(shù)和示范。

摸索：走自主創(chuàng )新之路成為必然

江漢石油工程公司2010年就開(kāi)始頁(yè)巖氣工程技術(shù)的探索。從中國石化第一口頁(yè)巖氣水平井——建頁(yè)HF-1井，到涪陵大安寨區塊涪頁(yè)HF-1井，開(kāi)發(fā)效果都不理想。“上天容易入地難”，頁(yè)巖氣的開(kāi)發(fā)難度本來(lái)就極大而且風(fēng)險極高，其鉆井深度遠遠高于常規油氣井，普遍在4000米以上，包括2000米左右的水平井，同時(shí)需要大規模的分段壓裂；伴隨著(zhù)頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)的風(fēng)險主要包括井塌、井漏、井噴、淺層氣含有硫化氫等，其中任何失誤都可能導致嚴重事故的發(fā)生。

與美國相比，我國頁(yè)巖氣多在崇山峻嶺間，埋藏深，構造復雜，優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖儲層厚度小，開(kāi)采難度遠超美國。更為困難的是，國內在頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)工程技術(shù)和設備方面幾乎是一片空白。在建頁(yè)HF-1井施工中，提供油基鉆井液、水平段測井、橋塞和分級射孔技術(shù)服務(wù)的均為國際知名油服公司。

“當時(shí)頁(yè)巖氣我們沒(méi)干過(guò)，不會(huì )干，全靠老外來(lái)說(shuō)，我們就在過(guò)程中學(xué)習、摸索。”江漢石油工程公司總經(jīng)理楊國圣回憶說(shuō)。由于地質(zhì)特征和開(kāi)發(fā)環(huán)境的差距，國外頁(yè)巖氣工程技術(shù)在中國頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)中還存在“水土不服”現象，難以照搬應用。除了鉆探效果不理想，這場(chǎng)“跨國的聯(lián)姻”還面臨著(zhù)高昂的成本。

核心技術(shù)絕對保密，關(guān)鍵裝備只租不賣(mài)，就連每次設備售后維護都要付出昂貴的服務(wù)費。要想長(cháng)遠開(kāi)發(fā)頁(yè)巖氣，關(guān)鍵技術(shù)成了‘卡脖子’的障礙，江漢石油工程公司以加快國產(chǎn)化步伐為已任，開(kāi)始了真正意義上的自主創(chuàng )新實(shí)踐。

攻關(guān)：破解頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)工程關(guān)鍵技術(shù)之困

2012年，中石化江漢油田承擔建設涪陵國家級頁(yè)巖氣示范區的任務(wù)，江漢石油工程公司作為頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)主力軍開(kāi)赴重慶涪陵的崇山峻嶺。一個(gè)大大的問(wèn)號擺在他們面前：面對非常規資源勘探開(kāi)發(fā)施工周期長(cháng)、工程成本高等難題，如何實(shí)現氣田經(jīng)濟有效開(kāi)發(fā)？

“頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵是經(jīng)濟可采性，降低開(kāi)發(fā)成本，最終惠及于民。”楊國圣介紹說(shuō)，美國的頁(yè)巖氣革命出現，體現在兩項關(guān)鍵技術(shù)的突破：水平鉆井和分段壓裂，而這也是公司攻關(guān)重點(diǎn)。

在鉆井工藝上，他們主要突破了“三大瓶頸”。一是建立了適合涪陵焦石壩構造頁(yè)巖氣水平井優(yōu)快鉆井的井身結構方案。在上部易漏井段采用清水鉆進(jìn)方式，成功解決了空氣鉆風(fēng)險大、泡沫鉆有環(huán)境污染等難題，一開(kāi)井段機械鉆速提高4-5倍。二是創(chuàng )新實(shí)現了大井距平行叢式水平井和魚(yú)鉤型井眼軌道控制。針對地質(zhì)條件復雜情況下山地“井工廠(chǎng)”模式的應用，為保證優(yōu)質(zhì)儲層的最大動(dòng)用，通過(guò)優(yōu)選鉆具組合，研制出定向PDC鉆頭和配套螺桿等工具，實(shí)現了替代進(jìn)口的旋轉導向工具，滿(mǎn)足了二開(kāi)大井眼井段定向問(wèn)題，解決了水平段牙輪鉆頭費用高、速度慢的難題，在水平段實(shí)現一只鉆頭一根螺桿一趟鉆鉆完。三是開(kāi)發(fā)了高效油基鉆井液清洗液、彈韌性膠乳防氣竄水泥漿體系、低密度防氣竄水泥漿體系，滿(mǎn)足了頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)大規模壓裂對井筒高強度的要求，完井時(shí)間大幅縮短，固井質(zhì)量明顯提高。

在長(cháng)水平段分段壓裂技術(shù)研究中，他們同樣付出了諸多心血。橋塞的研發(fā)長(cháng)時(shí)間阻礙著(zhù)頁(yè)巖氣工程技術(shù)國產(chǎn)化的全面形成，他們通過(guò)研制組成橋塞零部件的材料，經(jīng)歷成百上千的材料試驗，最終設計出了科學(xué)有效的部件結構。如今的橋塞已升級迭代數次，成為具有世界領(lǐng)先水平的關(guān)鍵設備。

目前，公司頁(yè)巖氣規模開(kāi)發(fā)關(guān)鍵工程技術(shù)實(shí)現“七大突破”，整體構建和創(chuàng )新了鉆井、測錄井、壓裂試氣、環(huán)保等頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)成套工程技術(shù)。“我們有了自己的設備和技術(shù)，國外公司的價(jià)格馬上下跌一半，甚至更多。”楊國圣說(shuō)。

推廣：為氣田商業(yè)開(kāi)發(fā)插上翅膀

2014年，焦頁(yè)30號平臺作為涪陵工區首個(gè)采用“井工廠(chǎng)”模式的鉆井平臺，成為萬(wàn)眾矚目的焦點(diǎn)。然而，僅過(guò)了一年，涪陵頁(yè)巖氣田“井工廠(chǎng)”施工平臺達80%以上，施工紀錄不斷被改寫(xiě)，創(chuàng )造了令人驚嘆的“涪陵速度”。

從逐口井作業(yè)模式，轉為平臺批量化流水線(xiàn)模塊作業(yè)模式，帶來(lái)的是流程再造的挑戰。該公司對傳統施工流程進(jìn)行分解，創(chuàng )新性地按時(shí)間、空間、設備進(jìn)行重新組合，并建立了一套完善的行業(yè)規范，為標準化鉆井、壓裂施工提供了規范保障。

除了實(shí)現全程國產(chǎn)化，創(chuàng )新團隊還成功解決了頁(yè)巖氣開(kāi)采的“環(huán)保”頑疾。“頁(yè)巖氣備受爭議的原因之一就是環(huán)境污染。而我們涪陵氣田，因為其喀斯特地貌，巖層多而且復雜，環(huán)保更是難上加難，”楊國圣介紹說(shuō)。自2013年開(kāi)始，經(jīng)過(guò)兩年多時(shí)間，他們破解了喀斯特地貌開(kāi)采頁(yè)巖氣的環(huán)保技術(shù)難題。

經(jīng)過(guò)近7年的學(xué)習、吸收、攻關(guān)和探索實(shí)踐，江漢石油工程公司形成了包括選區評價(jià)、“井工廠(chǎng)”設計、定向長(cháng)水平井鉆井、油基泥漿應用、高強度固井、泵送橋塞射孔聯(lián)作、分段壓裂、排采技術(shù)等在內的一套適合中國國情的、完整的、高質(zhì)量、高性?xún)r(jià)比的頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)技術(shù)系列；有國家專(zhuān)利54件，軟件著(zhù)作權13項，出版著(zhù)作3部，發(fā)表論文181篇，制定標準規范25項。

從零起步，江漢石油工程公司用6年時(shí)間，走完了美國30多年的技術(shù)攻關(guān)之路。他們從“跟跑”到“領(lǐng)跑”，成熟技術(shù)的不斷推廣應用，為中國頁(yè)巖氣田商業(yè)開(kāi)發(fā)插上了翅膀。