海洋鉆井“神器”煉成記
煙波浩渺的南海上，鉆頭向下，越過冰涼的海水，穿透堅(jiān)硬的海底地層，進(jìn)入熾熱的巖層內(nèi)部，承受著越來越高的溫度和壓力，精準(zhǔn)找到天然氣……
海底往下4000米，是生命禁區(qū)、資源寶庫，更是技術(shù)禁區(qū)。面對(duì)高溫高壓鉆完井這一世界級(jí)難題，駐湛單位——中海石油湛江分公司牽頭組織技術(shù)攻關(guān)，研發(fā)的南海高溫高壓鉆完井關(guān)鍵技術(shù)及工業(yè)化應(yīng)用于近日獲得2017年度國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。
“整體水平國際先進(jìn)，多項(xiàng)技術(shù)國際領(lǐng)先！”2016年成果鑒定會(huì)上，9位院士作出高度評(píng)價(jià)。
這套躋身世界前列的高精尖技術(shù)，不僅在國內(nèi)廣泛應(yīng)用，還反向輸出海外，為踐行“一帶一路”倡議和海洋強(qiáng)國戰(zhàn)略寫下精彩注腳。
“大煉爐”里采“藍(lán)金”
他們向世界級(jí)難度發(fā)起挑戰(zhàn)
南海與美國墨西哥灣、英國北海并稱全球三大海上高溫高壓海區(qū)。
這里蘊(yùn)藏著豐富的“藍(lán)金”——油氣資源。國土資源部《全國油氣資源動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)》數(shù)據(jù)顯示，南海高溫高壓區(qū)域蘊(yùn)藏著近15萬億立方米的天然氣，約占南海總資源量的1/3。
但溫度和壓力，曾經(jīng)是無法破解的世界級(jí)難題。鉆井資料顯示，南海地層最高溫249℃，壓力系數(shù)2.38。
“壓力系數(shù)2.38，相當(dāng)于1.25萬噸的重物壓在1平方米的面積上。”中國海油湛江分公司總工程師李中說，“南海高溫高壓區(qū)是一個(gè)名副其實(shí)的‘大煉爐’。”
上世紀(jì)80年代起，由于技術(shù)實(shí)力不夠，我國不得已引進(jìn)6家國際石油公司前來“探寶”。他們耗資49.5億元鉆了15口探井，但許多井無法完鉆，更別提發(fā)現(xiàn)油氣。高溫高壓區(qū)天然氣勘探由此成為行業(yè)公認(rèn)的世界級(jí)難題。
“高溫高壓區(qū)域鉆井，主要難在作業(yè)安全與成本兩方面。”李中說，“高溫高壓對(duì)鉆具、鉆井液、固井水泥漿的性能以及作業(yè)方案、人員能力等都提出很大挑戰(zhàn)，搞不好就會(huì)船毀人亡。”
從上世紀(jì)90年代開始，中國海油決定自行探索。
李中回憶道，個(gè)中困難簡(jiǎn)直是“環(huán)環(huán)相扣”“層出不窮”：“因?yàn)楦邏撼梢驈?fù)雜，鉆前壓力預(yù)測(cè)誤差大，作業(yè)時(shí)地層壓力窗口窄、控制難，井眼報(bào)廢率高達(dá)30%。好不容易鉆下去了，又受地層高含量二氧化碳腐蝕影響，固井質(zhì)量差。探井完鉆，即使發(fā)現(xiàn)良好油氣顯示，也因海上平臺(tái)空間狹小，受臺(tái)風(fēng)、天然氣水合物、沖蝕、震動(dòng)等影響，測(cè)試作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)高，成功率低。而且鉆井周期長(zhǎng)、成本高。”
國產(chǎn)團(tuán)隊(duì)潛心攻關(guān)
智服深海“氣龍”
攻克世界級(jí)技術(shù)難題，是一項(xiàng)龐大的科研工程。對(duì)此，中國海油加強(qiáng)頂層設(shè)計(jì)，由旗下的湛江分公司、研究總院、中海油服、海油發(fā)展等系統(tǒng)內(nèi)單位縱向聯(lián)合，同時(shí)橫向攜手國內(nèi)石油院校、相關(guān)企業(yè)，共同攻關(guān)。以國家863研究項(xiàng)目、國家重大專項(xiàng)等項(xiàng)目為依托，由湛江分公司負(fù)責(zé)統(tǒng)籌引領(lǐng)。
一切從零開始，國內(nèi)外無現(xiàn)成的成熟經(jīng)驗(yàn)技術(shù)可借鑒。來自這支“清一色”國產(chǎn)團(tuán)隊(duì)的技術(shù)力量，在常人的視線和腳步無法抵達(dá)的大洋深處，試圖尋找、喚醒、征服海底沉睡的“氣龍”為我所用。
朝斯夕斯，念茲在茲，磨礪以須，及鋒而試。
技術(shù)人員曾在試驗(yàn)室徹夜不眠，曾在討論會(huì)上爭(zhēng)論不休，曾在鉆井現(xiàn)場(chǎng)揮汗如雨。特別是鉆遇目的層時(shí)，他們或24小時(shí)隨鉆，或如履薄冰精心操作。
經(jīng)過20多年的反復(fù)研究、實(shí)踐，到2010年前后，終于逐一克服技術(shù)難點(diǎn)，形成了高溫高壓鉆完井技術(shù)體系，實(shí)現(xiàn)了技術(shù)創(chuàng)新：
——?jiǎng)?chuàng)建了可以精準(zhǔn)預(yù)測(cè)壓力的海上高溫高壓安全鉆井技術(shù)，可以精準(zhǔn)識(shí)別地層異常壓力預(yù)測(cè)和有效控制；
——首創(chuàng)了海上高溫高壓高含二氧化碳?xì)饩亩嗉?jí)屏障井筒完整性技術(shù)；
——首創(chuàng)了海上多因素多節(jié)點(diǎn)高溫高壓測(cè)試技術(shù)，解決了平臺(tái)狹小空間內(nèi)安全測(cè)試難題；
——?jiǎng)?chuàng)新形成了海上高溫高壓鉆井綜合提速和儲(chǔ)層保護(hù)技術(shù)，既能提高效率，又能降低成本。
應(yīng)用這套技術(shù)體系，高溫高壓井鉆井成功率100%，測(cè)試成功率100%，平均單井鉆井周期由以前的175天降至52天，成本降低50%。
就在技術(shù)人員潛心攻關(guān)的同時(shí)，國外超高溫高壓勘探開發(fā)中仍然事故不斷。2010年世界最大海上鉆井平臺(tái)“深水地平線”在美國墨西哥灣沉沒。
對(duì)標(biāo)國際，這套技術(shù)體系許多指標(biāo)優(yōu)于國際同行：在四大技術(shù)中的11項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)里有8項(xiàng)處于世界前列。例如，壓力預(yù)測(cè)技術(shù)預(yù)測(cè)精度達(dá)95%以上，國際同行僅70%；多級(jí)屏障井筒完整性保障技術(shù)，能使井筒環(huán)空零帶壓，國際同行在該區(qū)域的鉆井，一半以上井筒帶壓；鉆完井液體系儲(chǔ)層保護(hù)效果好，單井費(fèi)用200萬元，外方效果欠佳，單井費(fèi)用高達(dá)5000萬元。
“鉆井神器”建功南海
中國技術(shù)反向輸出海外
掌握了技術(shù)利劍，南海天然氣勘探開發(fā)迎來春天。
應(yīng)用這套技術(shù)體系，2010年至今，中國海油湛江分公司已安全鉆探了54口高溫高壓井，支撐發(fā)現(xiàn)了5個(gè)高溫高壓氣田：2010年、2012年，先后發(fā)現(xiàn)東方13-1與東方13-2兩個(gè)大氣田，近年又先后發(fā)現(xiàn)了陵水13-2、樂東10-1等氣田。單井鉆井周期縮短80％，成本下降50％。
受益于這套技術(shù)，中國海油還高效開發(fā)投產(chǎn)了我國首個(gè)高溫高壓氣田東方13-1，鉆井工期較設(shè)計(jì)提前40％，節(jié)省費(fèi)用1.3億元。平臺(tái)、管線等工程建設(shè)安全、優(yōu)質(zhì)，總投資較計(jì)劃降低10％。氣田順利投產(chǎn)，天然氣實(shí)際日產(chǎn)能超過配產(chǎn)62％。
這套技術(shù)體系的適應(yīng)性很強(qiáng)，不僅適用于高溫高壓井，在常規(guī)探井中也能有效應(yīng)用，而且體系中的單項(xiàng)技術(shù)均實(shí)現(xiàn)推廣應(yīng)用，僅固井技術(shù)就已應(yīng)用于600口井。
這一技術(shù)成為推動(dòng)我國海洋石油工業(yè)進(jìn)步的關(guān)鍵技術(shù)，提升了中國海油在高溫高壓領(lǐng)域的國際競(jìng)爭(zhēng)力，更為中國能源企業(yè)踐行“一帶一路”倡議和海洋強(qiáng)國戰(zhàn)略奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
不只是湛江分公司，其他參與技術(shù)攻關(guān)的單位從這套技術(shù)體系也獲得了可觀的“紅利”：中海油服通過技術(shù)服務(wù)和產(chǎn)品銷售，累計(jì)創(chuàng)效28.67億元；海油發(fā)展通過設(shè)計(jì)技術(shù)和配套工具技術(shù)服務(wù)，累計(jì)創(chuàng)效7.84億元；深圳一公司創(chuàng)新的技術(shù)和產(chǎn)品，已創(chuàng)效2.11億元。
對(duì)于所在地湛江來說，更有著“破天荒”的意義——“湛江是中國海油湛江分公司的‘大本營(yíng)’，南海高溫高壓鉆完井關(guān)鍵技術(shù)及工業(yè)化應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了湛江市國家級(jí)科技大獎(jiǎng)‘零’的突破，成為湛江科技攻關(guān)、創(chuàng)新發(fā)展的典型。”市科技局局長(zhǎng)江向陽表示。
如今，這套技術(shù)體系已經(jīng)走出國門，在國外高溫高壓區(qū)塊48口井中成功應(yīng)用，其中美國墨西哥灣8口、英國北海7口、伊拉克米桑18口。
“最初我們無技術(shù)、無人才，只能全盤引進(jìn)外國石油公司的技術(shù)勘探南海，如今反向輸出技術(shù)，我們很自豪。”湛江分公司技術(shù)研發(fā)人員李炎軍說。
郭丹 盧志民 張光明
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