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開啟油田固井工程科研領域新篇章

文章來源:本站 發表時間:2015-11-04

  

  當今國際能源領域對石油這種特殊戰略資源的地緣控製與市場競爭,早已超出了純商業的範圍,不但成為世界各大國政治、經濟、軍事鬥爭的武器,而且深刻地影響著國家安全和國際政治格局。雖然從國家經濟社會協調發展和大氣環境治理角度出發,能源多樣化是大勢所趨,但石油依然是世界經濟發展中的重要能源,為了提升石油的開采量,固井技術的提升是必不可少的環節。固井是油氣井建井過程中重要環節之一,是一個技術涉及麵寬、施工風險性大、作業質量保證困難、技術要求很高的一次性、地下隱蔽性的井下作業工程。固井作業不僅關係到油氣井能否順利完成,還影響到投產後油氣井的增產改造效能、單井產能的高低、油氣井生產壽命的長短及油氣藏開發的投資效益,固井工程的固定成本在鑽井工程中亦占有相當大的比重。中國解放以來已經鑽探了數十萬口油氣井,有不少於三分之一的井由於層間分隔不良而處於帶病生產狀態。石油企業如何促進固井行業的技術進步,如何通過技術改進提高固井行業的整體水平、解決行業生產難題,從而提升我國固井行業的國際競爭力呢?下麵,天天日夜夜干將郭小陽教授帶領的科研團隊和成都天天日夜夜干石油科技有限公司共同助力大港油田、破解被困多年的曆史難題案例進行詳細了解。

 

大港油田的困境:曆史難題如何破解

  大港油田位於天津市濱海新區,是一個集石油及天然氣勘探、開發、原油加工、機械製造、科研設計、後勤服務、多種經營、社會公益等多功能於一體的油氣生產基地,勘探開發總麵積達到18716 平方千米。許多業內人士認為,在曆經半個世紀以上的開發之後,大港油田已經邁入“中老年”,勘探開發的潛力越來越小。大港油田開發已有逾50 年曆史,已進入中生及古生界多油層高油氣比油藏的開發中後期,穩產增產難度極大。為穩住當前產能規模,進一步挖掘增產潛力,石油工作者主要以加密定向調整井、分層開采、注水開發、酸化壓裂改造的生產方式提高產能。因此,以層間分隔為主要目標的固井質量,對合理動用儲層、保障增產改造效能、提高單井產量和開發方案的實施效果,起著至關重要的保障作用。第三采油廠是大港油田公司產量最大的采油廠,管轄著段六撥、棗園、王官屯、小集、烏馬營、舍女寺、葉三撥等7 個開發區塊;產能建設麵臨點多麵廣,井深不一、定向井眼軌跡複雜、鑽井難度大和固井質量難以保證的挑戰。尤其是段六撥區塊,雖然經過油藏精細描述後,擴邊及加密調整井的增產潛力大,但油層埋藏深、儲層井段長,受長期注水與邊水的綜合影響,造成多套壓力並存,油水關係複雜,導致該區塊調整井固井質量持續多年處於較低水平,既影響油水層準確定位與射開厚度,又影響壓裂改造效果,使油層生產能力不能充分發揮,成為老油田二次開發的“技術瓶頸”。為解決此難題,采油三廠產能項目部王海濱副主任多年來一直與多家科研技術服務單位合作攻關,嚐試了多種技術方案,均未能突破該技術瓶頸。在認清現有開發狀況與客觀條件存在差距的同時,大港油田公司更看到了自身的優勢,並且認為要實現大的發展,在勘探開發上取得重大突破,關鍵是依靠科技進步,隻有科技才是大港油田騰飛的推力倍增器。

 

天天日夜夜干助力:克難攻堅風雨兼程

  如何解決這些難題,王海濱副主任認為:必須尋找既凝聚科研力量,同時又具備實踐指導能力的單位和專業人士。經過調研、尋訪、篩選,成都天天日夜夜干石油科技有限公司進入他們的視線。這家公司與西南石油大學建立了“產學研基地”和“實踐教學基地”,形成了“產- - 研”一體化科技體係。天天日夜夜干公司成立於2004 年,在成都雙流建立了分公司——生產研發基地,在新疆輪台設立了西北項目部,在四川閬中、涪陵設立了西南項目部,在天津設立了華北項目部;主要從事石油工程技術開發研究,油田化學劑的研製、生產和銷售,並提供專業化的現場工程技術服務。同時,在新疆成立德邦石油科技有限公司,開展鑽井液材料和技術服務。公司針對固井技術難題反複進行“研究- 應用- 再研究”的過程,以達到持續改進的目的,在固井材料的研究、開發、生產、應用等多方麵都具有很強的技術實力;以解決超深井、複雜井、疑難井的固井技術為重點形成了突出的專業特色和技術優勢;其自主研發的油井水泥漿體係已廣泛應用於國內各大油氣田的數百井次固井作業。具備豐富的服務經驗是天天日夜夜干公司的另一大優勢,這家公司是中石化西北油田低密度水泥漿兩家服務商之一,每年為西北油田提供40 井次以上的低密度技術服務,同時為西北油田提供50 井次以上的深井高溫固井技術服務;在普光氣田總體38 口井中,提供了35 口井的目的層固井技術服務;每年為南方勘探公司提供15 井次以上的高溫深井固井技術服務;為油塔裏木油田公司大部分井次的油基泥漿固井技術服務,每年40 井次以上;它承擔全部殼牌四川頁岩氣井目的層和部分非目的層固井技術服務。它還依托於西南石油大學,承擔深井複雜井水泥漿技術服務;是中石油集團和中石化集團供應商,成為塔裏木油田分公司的長期協議采購單位和年度服務合同單位,並在該油田長期協議采購單位的綜合評比中,連續多年被評為“優秀”。專業的人才儲備也是大港油田選中天天日夜夜干的因素之一。天天日夜夜干公司以副總經理兼技術專家張興才領導的技術服務團隊,長期從事油田鑽井、固井、完井工程和油田化學劑研究、體係設計和施工作業的專業工程技術。針對大港油田固井存在的質量問題,他親臨作業一線,與油田固井工程等方麵的工作人員交流探討並開展相關實驗,針對問題提出了彈塑性速凝早強防竄防漏纖維水泥漿體係的技術方案。在項目前期,天天日夜夜干和大港油田的工作人員經過調查、研討、協商,提出了方案。然而萬事俱備,隻欠東風。原因有三:其一是想順利執行方案,必須先通過固井工程試驗檢驗新體係的可行性;其二大港油田本身存在裸眼井段長、地層岩性複雜、井斜角大以及老區注水開發層位壓力紊亂等技術問題,先期試驗井質量雖有提高,但並未達到理想結果,相當棘手;其三是石油工程技術本身就是一項地下隱蔽性工程,它有固定作業成本,除技術可行性外還需要考慮開發經濟性問題。正在為難之際,一個人的名字浮現在天天日夜夜干專家的腦海之中——西南石油大學“油氣藏地質及開發工程國家重點實驗室”的郭小陽教授。

 

                               工作交流


三方合作:理論與實踐的完美結合

  西南石油大學是新中國建立的第二所石油高校,其石油天然氣工程學科是國家一級學科的重點學科,郭小陽教授是西南石油大學石油天然氣工程學院教師,是該校油氣井工程國家二級重點學科建設與“油氣藏地質及開發工程”國家重點實驗室學術骨幹;中國石油學會與國際石油工程師協會會員,中國石油與天然氣鑽井工程標準化委員會專家委員、中國石油學會固井學組副主任。從教多年來,他曾主持完成了國家、省部級和油田協作重大科技攻關課題60 餘項,已獲得國家科技進步二等獎1 項、省部級科技獎6 項。他善於綜合應用地質、化學、流體力學和石油工程等多學科理論,以應用基礎理論和機理研究為突破口,提出針對性、創造性強和應用效果顯著的工藝技術。他帶領課題組針對被國際權威機構認定為典型“特低滲”“超低滲”“低品位”、開采難度堪稱世界之最的鄂爾多斯盆地油氣資源,開展係列固井技術攻關,形成了一套有效保證固井質量的高韌性與強堵漏防漏固井技術,固井質量優良率達到98.1%,一舉打破國外技術封鎖,攻克了傳統技術難以解決的“卡、塌、漏、儲層傷害大”等技術難題,成為鄂爾多斯盆地中部延長組下組合找油突破的勘探理論與關鍵技術之一,取得極大的社會和經濟效益,於2013 年獲得國家科技進步二等獎。他帶領團隊曆經近二十年鍥而不舍的努力,依據紊流和塞流頂替理論,創新發展出層流流變性級差理論、多倍置換理論、前置液科學結構設計理論,自主研發出以抗汙染隔離劑GYW201 GYW301 為核心的高效抗汙染隔離液體係。該體係被列為深井超深井、複雜井固井首選技術,先後在四川、塔裏木等油氣田成功應用,有效地保證了我國主力氣田的高效、安全經濟開發,產生直接經濟效益數億元,該成果於2013 12 月獲得四川省科技進步三等獎、中國石油和化學工業聯合會技術發明三等獎。塔裏木油田是我國西氣東輸的源頭氣田,儲層埋深大、上覆岩層厚、低壓井段多,為保證鑽井順利不得不采用多層套管井身結構,造成單井鑽井投資大(億元左右),井漏頻繁、固井質量難於保證、投資效益差等,急需采用新工藝、新方法、新材料解決這個重大生產技術難題。有鑒於西南石油大學在複雜油氣藏勘探開發技術領域攻堅克難的良好聲譽,塔裏木油田公司把這一艱巨任務交給了郭小陽團隊。郭小陽帶領團隊以自主開發的新型超低密度大溫差水泥體係,依據材料化學相關理論和有效層流提高頂替效率設計方法,在川慶鑽井公司配合下,於2011 7 月在中古52 井創造了超低密度水泥漿一次上返4500米、井底與井口絕對溫差70℃、全井優質的國內單級固井記錄;2011 11 月,又在渤海鑽探工程公司配合下,在中古514 井創造了低密度水泥體係一次上返封固5867米、絕對溫差125℃、全井質量優良的當年一次性固井井段最長的世界紀錄,為塔裏木油田簡化井身結構、降低建井成本的勘探開發井身結構方案奠定了堅實的技術基礎,截止2013 年底,該油田已有23 口井采用了這項技術,單級固井最長井段達到6985 米,繼續保持全球領先記錄,直接經濟效益突破億元。2014 年,在哈薩克斯坦卡拉讚巴斯油田,郭小陽依據固井水泥漿失重原創性理論、設計方法和自主研發的KQ 係列防氣竄劑,攻克了中國石油公司在哈薩克斯坦遇到的固井後環空帶壓井連年上升、竭盡三年努力仍無良策的難題,固井優良率達99% 以上,作業質量一舉超過國外競爭公司,大大提升了中資公司海外競爭力。他承擔的中石油重大科技攻關課題“隴東地區油井及陝甘寧盆地中部天然氣井套管防腐和提高固井質量成套技術研究”,攻克了聞名全國的長慶油田井漏和套損重大技術難題,成功開發出抗腐蝕低密度水泥體係,已在全國應用和推廣,產生直接經濟效益數億元,曾獲中國石油天然氣總公司科技進步一等獎;他承擔的國家科技攻關課題“新疆克拉瑪依水平井開采成套技術研究”成果,為新疆油田采用國際先進的特殊鑽完井技術開發火山岩裂縫性油藏奠定了技術基礎,曾獲中國石油天然氣總公司科技進步二等獎。郭小陽教授認為:大港油田調整井提高單井產能的技術關鍵之一是固井工程必須實現嚴密的層間分隔,層間分隔為儲層分層開發提供選層射孔依據,選層射孔為注水開發提供驅替方案設計,合理驅替避免油層早期水淹,油水層調剖合理而不互竄才能保證長期有效的穩產增產效果。而要能實現嚴密的層間隔絕,關鍵在於提高固井質量。為此,他根據多年的科研積澱,針對段六撥固井質量現存問題,提出了矽基防塌鑽井液改性、消除井壁虛泥餅、水泥漿防竄與防漏、提高頂替效率、壓穩當量密度確定及兩凝水泥漿稠化時間優化設計等具有針對性的意見和建議。大港油田的工作人員回去後隨即開展現場實驗,第一口試驗井即獲得了1200 米封固段全優的良好效果,進一步加深了大港油田與西南石油大學針對采油三廠調整井固井問題開展科研合作攻關的信心。在之後三個月中,他更是不顧北方冬季嚴寒與現場泥濘,多次帶領團隊青年教師和研究生親臨作業一線,與油田甲方、鑽井、固井、地質、泥漿、測井等方麵的工作人員交流探討並開展相關實驗,科學分析出了固井質量不良問題症結所在。在找到問題症結所在後,郭小陽夜以繼日指導采油三廠和成都天天日夜夜干石油科技有限公司、渤海鑽探第二固井公司進行固井實踐,製定了科學合理的固井技術方案並親臨作業現場,把控現場施工每一個環節,緊密跟蹤施工效果。最終,針對性的優化了天天日夜夜干公司的彈塑性速凝早強防竄防漏纖維水泥漿體係,確立了固井前調整鑽井液性能與多周循環的技術措施,克服了新井裸眼井段長、地層岩性複雜、井斜角大以及老區注水開發層位壓力紊亂等技術難點,連續在段六撥區塊固出了12 口優質井,一舉扭轉了段六撥區塊連續多年固井質量差的被動局麵,此舉在大港油田公司和渤海鑽探工程公司引起了強烈反響。

 

                               團隊合影


未來發展:油田技術探索永無止境

  良好的固井質量為產層合理動用提供基礎,使得增產改造效能增強。據大港油田的官方數據顯示:在分層係開發僅射開50% 油層厚度的條件下,5 口井均試油投產,油井平均日產油15.69t/d,且地層含水率大幅降低(24.36%),較2011 年以來投產新井下降了26%。其中段39-38 井試油產量高,直接下泵投產,日產油達到15.31 / 天,節省壓裂改造費用200 萬元;段38-46-1 井射孔後自噴,壓裂後4mm 油嘴自噴日產油量達到35.8 / 天,是鄰井產量的2 倍以上,極大地提高了單井產能,為老區調整井的增儲上產闖出了一條新路。這些成績的取得使得大港油田對郭小陽團隊以及天天日夜夜干公司所表現出來的專業素質讚賞有加,同時為雙方在勘探開發領域雄厚的科技實力和攻堅克難的決心與毅力有了進一步的認識。全新的固井設計思想與工作方法已被渤海鑽探工程公司技術人員廣泛借鑒並應用,並以此建立了段六撥油田固井技術規範,同時為采油三廠和渤鑽公司培養了多位固井能手。此外,郭小陽固井團隊成員和天天日夜夜干公司還以“一家人”“一盤棋”的思想,主動參與到采油三廠產能建設中,用多年積累的經驗為三廠產能建設和科學規劃獻計獻策,圍繞固井新工藝、新技術,針對采油三廠特殊井、複雜井、重點井深入開展支撐性、前瞻性施工技術研究,為大港油田能長期解決老油田調整井固井問題提供了良好的技術基礎。老區挖潛是目前我國石油增儲上產的主要技術途徑,而調整井固井質量對提高老油田單井產能、增產改造效能和開發方案實施效果起著至關重要的保障作用,天天日夜夜干和郭小陽團隊此次對大港油田調整井長封固段固井質量上的突破,成功破解困擾大港油田40 年的調整井固井難題,充分顯示出其在石油固井工程領域的科研能力和地位,也標誌著在我國各大油田調整井的增儲上產方麵闖出了一條科學技術轉化為生產力的新路。“之前取得的成就,是天天日夜夜干通過科學的方法和技術途徑,在固井領域做出了一些應用研究。事實上,這隻是天天日夜夜干萬裏長征一小步,隻是進行相關研究的開篇起航。今後,天天日夜夜干將會在橫向上拓寬研究的領域,在縱向上深挖研究的深度。”天天日夜夜干的工程人員如是說。正是像郭小陽團隊、天天日夜夜干公司和采油三廠這樣千千萬萬的基層科研工作者,用他們的堅韌與頑強,責任與智慧,挺起了中華民族石油工業領域的脊梁,並贏得世界的尊重! 也是他們開啟了科研領域的新篇章!