在國內(nèi)首個大型頁巖氣田——涪陵頁巖氣田，中石化江漢石油工程運用自主研發(fā)的3000型壓裂車在焦頁9號平臺進(jìn)行國內(nèi)首次“井工廠”模式壓裂試氣。胡慶明/攝
3月24日，中石化集團(tuán)公司董事長傅成玉在中石化2013年業(yè)績發(fā)布會上宣布，中石化頁巖氣勘探取得重大突破，我國首個大型頁巖氣田——涪陵頁巖氣田提前進(jìn)入商業(yè)化開發(fā)階段。2015年將建成50億方產(chǎn)能，2017年將建成百億方大氣田，標(biāo)志著我國頁巖氣勘探開發(fā)實現(xiàn)重大突破，加速進(jìn)入商業(yè)化大規(guī)模開發(fā)階段。
一石激起千層浪。受地質(zhì)認(rèn)識和關(guān)鍵技術(shù)制約，2009年在國內(nèi)掀起的頁巖氣熱潮并未取得理想效果，到2012年，頁巖氣的發(fā)展前景甚至開始受到業(yè)界的質(zhì)疑，中石化何以逆勢突圍?
帶著疑問，記者近日來到中國首個頁巖氣示范區(qū)——中石化重慶涪陵頁巖氣田，深入兩江深處，穿行于高山峽谷之間，一探究竟。
探尋頁巖氣“大糧倉”
中國天然氣需求量一直呈上升態(tài)勢，而天然氣資源稟賦卻一直先天不足，無法滿足日益增長的消費需求，對外依存度連年攀升。但隨著技術(shù)進(jìn)步，近年我國關(guān)于對頁巖氣、煤層氣等非常規(guī)油氣資源種類和儲量豐富的消息不斷被證實，頁巖氣勘探開發(fā)被提上日程。抓住非常規(guī)油氣資源的“藍(lán)海”對近年傾力彌補上游短板的中石化而言是一個重要契機(jī)。
中石化稱，其早在2008年就開始涉足頁巖氣領(lǐng)域研究，將實現(xiàn)成功開發(fā)的北美地區(qū)與我國南方地區(qū)的頁巖氣地質(zhì)條件進(jìn)行對比研究，常規(guī)油氣地質(zhì)與頁巖油氣地質(zhì)進(jìn)行對比研究，試圖找出保存頁巖氣的“大糧倉”——有利勘探區(qū)。
然而，頁巖氣藏屬于特低孔、特低滲的非常規(guī)的氣藏，儲層具有特殊的微觀結(jié)構(gòu)和復(fù)雜的機(jī)理，而且勘探區(qū)塊所處區(qū)域地質(zhì)條件復(fù)雜，又沒有任何成熟經(jīng)驗可供借鑒。為此，中石化在頁巖油氣勘探開發(fā)和研究方面投入數(shù)十億元，幾乎所有上游企業(yè)都參與到這場“能源革命”中去。
從涪陵出發(fā)，汽車在崇山峻嶺之間穿行，漫山遍野都是深灰色的巖石，時不時在山頭或田間冒出。一個多小時后，我們才到達(dá)此行的第一站，位于崇山峻嶺之間的焦石壩頁巖氣首口發(fā)現(xiàn)井——焦頁1HF井。井場機(jī)器轟鳴，不時有石油工人來回穿梭地忙碌著。勘探南方分公司總經(jīng)理郭旭升指著一塊塊從地下2000多米深處的深灰色頁巖告訴我們：“這就是存儲頁巖氣的‘大糧倉’，整個焦石壩地區(qū)的頁巖氣就像是床豐厚的大棉被，可勘探起來真是沒少費勁。”
作為勘探開發(fā)中打頭陣的先頭部隊，郭旭升體會頗深。為探準(zhǔn)這個‘大糧倉’，幾年來，中石化通過學(xué)習(xí)國外頁巖氣勘探開發(fā)的理念和經(jīng)驗，跳出常規(guī)思路，開展頁巖氣測井模型建立及解釋、地震資料綜合解釋、頁巖氣富集研究，逐步摸清頁巖氣的富集和保存規(guī)律，發(fā)現(xiàn)涪陵地區(qū)焦石壩區(qū)塊整體保存條件較好，海相龍馬溪組頁巖層穩(wěn)定性好，是保存完整的“大棉被”。
通過不斷的基礎(chǔ)研究和實踐，經(jīng)過嚴(yán)密的選區(qū)、鉆探、產(chǎn)能評價，終于在2011年底，他們完成了第一口海相頁巖氣參數(shù)井焦頁1HF井的論證，由此打開了海相頁巖氣勘探新領(lǐng)域。2012年11月28日，焦石壩地區(qū)實施的第一口頁巖氣井——焦頁1HF井鉆獲高產(chǎn)頁巖氣，取得了商業(yè)頁巖氣戰(zhàn)略性突破。
至此，以焦頁1HF井獲得商業(yè)頁巖氣為標(biāo)志，中石化乃至中國頁巖氣開發(fā)取得了歷史性突破，從此進(jìn)入高速發(fā)展階段。2013年，國家能源局正式批準(zhǔn)涪陵頁巖氣田為國家級頁巖氣產(chǎn)能建設(shè)示范區(qū)。
涪陵地區(qū)頁巖氣的歷史性突破，對中石化而言，既是機(jī)遇，更是挑戰(zhàn)。而如何實現(xiàn)持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)是對中石化的一大考驗，也是人們最為關(guān)心的問題。
2013年上半年，中石化在焦石壩地區(qū)完成了600平方千米的三維地震，部署實施了3口評價井和17口開發(fā)試驗井，這輪新部署井都已鉆遇優(yōu)質(zhì)頁巖氣層或高產(chǎn)頁巖氣流，基本落實了焦石壩主體優(yōu)質(zhì)頁巖氣藏。勘探南方分公司頁巖氣專家張漢榮說：“焦石壩頁巖氣田的發(fā)現(xiàn)和丁頁2HF井的突破，解禁了整個川東南 1000多平方千米的頁巖氣勘探面積，焦石壩龍馬溪組海相頁巖氣這個大倉庫，正在逐步擴(kuò)容。”
江漢油田副總經(jīng)理胡德高告訴記者：“截至4月10日，已開鉆62口，完鉆33口，完成試氣投產(chǎn)的23口均獲高產(chǎn)氣流，完成10億方/年的集輸工程、11座地面集氣站的建設(shè)，建成10億萬/年的生產(chǎn)能力，日銷售200萬方/天，為下一步供氣做好了準(zhǔn)備。”
撬開地下氣庫大門
頁巖氣井與普通天然氣井不同，技術(shù)含量要求更高，而且與北美頁巖氣田相比，中國南方海相頁巖氣層多具地表條件復(fù)雜、活動性強(qiáng)、埋藏深等地質(zhì)特點，從國外直接引進(jìn)的技術(shù)在實際應(yīng)用中常常“水土不服”，技術(shù)一度成為中國頁巖氣發(fā)展的掣肘。
“焦頁1HF井雖然實現(xiàn)了頁巖氣勘探的重大突破，但要實現(xiàn)商業(yè)開發(fā)，可沒少難為我們。”江漢油田涪陵頁巖氣分公司副經(jīng)理劉堯文不無感慨。
水平井鉆井技術(shù)和壓裂技術(shù)是決定頁巖氣開發(fā)的關(guān)鍵。鉆機(jī)要從地面打到頁巖氣層，再在頁巖氣層水平穿行1000多米，鉆頭要在幾千米深的地層中找準(zhǔn)靶點，猶如鼴鼠在地下找糧洞。
處在崇山峻嶺之中的焦石壩地區(qū)，地表條件復(fù)雜，溶洞多、暗河多、裂縫多，淺層氣多、地層出水，易發(fā)生井漏、井噴。劉堯文介紹，水平井鉆井最難也是最關(guān)鍵的，就是要確保斜井段下靶點、水平段最終點均落在優(yōu)質(zhì)頁巖氣層上。鉆探焦頁1HF井時，由于沒有可靠的地震剖面和二維測線，井眼控制軌跡完全靠“摸石頭過河”。
針對地質(zhì)的復(fù)雜性和難以預(yù)見性，技術(shù)人員經(jīng)過反復(fù)論證試驗，形成空氣鉆、泡沫鉆、清水鉆PDC+螺旋復(fù)合鉆等優(yōu)快鉆井技術(shù)系列，成功探索出優(yōu)化設(shè)計“三段式”井身結(jié)構(gòu)方案，長水平段定向技術(shù)以及油基泥漿體系下的固井技術(shù)，順利完成鉆井施工。
長水平段多級壓裂技術(shù)是非常規(guī)頁巖氣開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)，地質(zhì)研究到鉆完井、試氣集輸?shù)恼麄�施工過程，壓裂是臨門一腳。江漢油田改變以往壓裂的思路和做法，摸索出適合焦石壩地質(zhì)特點的壓裂工藝，形成了“主縫加縫網(wǎng)”的壓裂工藝和三段式壓裂液體系、三組合支撐劑體系，有力提升了壓裂質(zhì)量，撬開了“氣庫”大門。
為實現(xiàn)高效快速勘探開發(fā)，他們還創(chuàng)造性地利用國內(nèi)首臺輪軌式鉆機(jī)開展“井工廠”模式鉆井試驗，采用類似工程流水線的作業(yè)方式，優(yōu)化組合施工工序。
離開焦頁1HF井，我們立即趕往重慶棊江區(qū)的丁山地區(qū)，一路上山路崎嶇險峻，特別是到井隊的幾公里路，這是工人們自己開的土路，想平穩(wěn)坐在車?yán)锒际且患щy的事。經(jīng)過四個多小時的顛簸，終于到達(dá)了目的地丁山構(gòu)造。這里是中石化繼焦石壩地區(qū)之后的新的頁巖氣開發(fā)陣地，這樣的地形條件無疑也增加了開發(fā)的技術(shù)難度。
丁頁2HF井是國內(nèi)第一口埋藏深度超過4000米的超深頁巖氣勘探井，地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，屬典型的“三高”(高溫、高破裂壓力、高施工壓力)深井，存在多套壓力系統(tǒng)，主力氣藏埋藏深，存在定向困難、井眼軌跡精確控制、水平井壓裂難度大等諸多世界級難題。
郭旭升說，為啃下這塊“硬骨頭”，勘探南方分公司組織最精干的力量進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)，通過調(diào)整鉆井參數(shù)，使用地質(zhì)導(dǎo)向、優(yōu)選鉆頭工具等方法，順利完井，開創(chuàng)了國際超深頁巖氣井的先河，為更深層頁巖氣勘探開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。
正是依靠邊實踐邊攻關(guān)，“摸著石頭過河”的理念，中石化通過消化吸收、自主研發(fā)，已形成3500米以內(nèi)的頁巖氣勘探開發(fā)配套技術(shù)系列，最長水平段達(dá)2130米、最多壓裂段數(shù)26段，為實現(xiàn)頁巖氣經(jīng)濟(jì)有效開發(fā)提供了技術(shù)保障。
關(guān)鍵設(shè)備實現(xiàn)國產(chǎn)化
如果說技術(shù)決定了頁巖氣勘探開發(fā)的基礎(chǔ)，那么裝備作為技術(shù)的實現(xiàn)手段，在很大程度上則決定了頁巖氣勘探開發(fā)的效率和成本。由于我國非常規(guī)油氣勘探開發(fā)起步較晚，設(shè)備研制和開發(fā)相對滯后，也是制約我國頁巖氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個障礙。
有業(yè)內(nèi)人士稱，涪陵頁巖氣田的開發(fā)建設(shè)不僅開啟了我國頁巖氣商業(yè)化時代，而且促進(jìn)了國產(chǎn)壓裂設(shè)備和完井工具等非常規(guī)油氣勘探開發(fā)裝備的國產(chǎn)化進(jìn)程。
離開焦頁1HF井，我們又來到焦頁30號平臺井組，十幾臺壓裂車正整齊有序地在井場進(jìn)行壓裂施工，這里是國內(nèi)首次“井工廠”模式現(xiàn)場。
“這是中石化自己研發(fā)的壓裂車。”江漢石油工程公司西南項目管理部主任張良萬自豪地告訴記者。
為打破國外公司在關(guān)鍵設(shè)備上的封鎖和降低開發(fā)成本，中石化石油工程機(jī)械公司針對3500米井深的壓裂工藝和工具裝備等瓶頸，成功研制出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的3000型壓裂車，滿足了“連續(xù)施工、大負(fù)載、長時間”的壓裂需求，確保在山區(qū)環(huán)境條件下能夠?qū)嵤┐笮蛪毫炎鳂I(yè)。設(shè)備各項指標(biāo)達(dá)到設(shè)計要求，技術(shù)水平、安全可靠性和自動化水平大幅提升，特別是高壓系統(tǒng)檢測設(shè)備、氣密封檢測設(shè)備的研發(fā)生產(chǎn)，為深層頁巖氣開發(fā)提供了壓裂裝備保障技術(shù)水平，有效實現(xiàn)了安全可靠性和自動化。目前該壓裂車已在焦石壩地區(qū)批量使用。
采訪中， 郭旭升給記者講了這樣一個小故事。實施泵送橋塞對氣井進(jìn)行射孔是壓裂施工中的重要一道工序，而泵送易鉆電纜橋塞是壓裂施工中唯一需要進(jìn)口的裝備。在丁頁2HF井的一次施工中，橋塞突然發(fā)生了故障，嚴(yán)重影響施工安全和進(jìn)度。當(dāng)時，請了世界著名公司的專家進(jìn)行現(xiàn)場診治，遺憾的是，專家最終也沒能解決這個問題。
江漢油田公司由此萌發(fā)了自主研發(fā)泵送易鉆電纜橋塞的念頭，目前已取得成功，而且現(xiàn)場試驗表明與國外水平相當(dāng)，具備工業(yè)化應(yīng)用條件。
郭旭升說：“正是這一項項關(guān)鍵設(shè)備的研發(fā)成功和技術(shù)進(jìn)步，使得中石化頁巖氣勘探開發(fā)的關(guān)鍵設(shè)備絕大部分都實現(xiàn)了國產(chǎn)化，讓我們有信心把大糧倉里的糧食一擔(dān)擔(dān)地挑出來!”(吳莉)
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