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我國陸相頁巖油勘探開發(fā)綜合技術(shù)攻關(guān)紀實
2024/08/28 16:53 來源：科技日報 閱讀：1.4萬
盛夏的新疆準噶爾盆地，熱浪滾滾,。在位于其東緣的中國石油新疆油田公司吉慶油田作業(yè)區(qū)（以下簡稱“吉慶油田”）,，一枚垂直向下挺進的鉆頭，在地下約4000米深處緊急“剎車”,。
“就是這里,，找到頁巖油了！”作業(yè)區(qū)鉆井平臺上爆發(fā)出一陣歡呼,。
很快,，鉆頭重啟，來了個90度旋轉(zhuǎn),，沿著水平方向繼續(xù)前進,。
“我們不僅實現(xiàn)了在地下幾千米深處垂直鉆探，還能使鉆頭在地下拐彎,，進行水平鉆探,，這大大提升了頁巖油的勘探率和成功率?！?月5日,，在接受科技日報記者采訪時，中國石油新疆油田公司勘探事業(yè)部經(jīng)理郭旭光自豪地說,，經(jīng)過十多年科研攻關(guān),，吉慶油田已初步構(gòu)建起陸相頁巖油勘探開發(fā)綜合技術(shù)體系。
尋找甜點區(qū)
頁巖油,，是指儲藏在頁巖中的石油資源,。這種非常規(guī)原油很難開采，有人形象地稱其為“從石頭縫里擠出的油”,。此前,，世界上只有美國才有能力開采頁巖油氣。
吉慶油田企業(yè)高級專家梁成鋼介紹,，我國頁巖油以陸相為主,，主要分布在新疆準噶爾盆地，相比北美海相頁巖油,，其連續(xù)分布面積偏小,、成熟度偏低、黏土含量偏高,，開發(fā)難度極大,。曾幾何時，有的外國專家甚至認為,，在準噶爾盆地鉆探頁巖油井是“天方夜譚”,。
“不信邪”的中國石油人迎難而上,。2011年，新疆油田在吉木薩爾凹陷,，部署了第一口直井——吉25井,，并成功獲得頁巖油工業(yè)油流。經(jīng)過專家勘探估算,，這片區(qū)域的頁巖油儲量逾10億噸,。當時，這一消息震動了整個石油界,。
次年,，新疆油田在這片區(qū)域又部署了一口水平井——吉172-H井，第一年年產(chǎn)量就突破8000噸,。
“發(fā)現(xiàn)高產(chǎn)油井后,，我們以為也能像北美一樣，在凹陷內(nèi)打井就能采出頁巖油,?！绷撼射摶貞浀溃叭欢?，在部署了一批工業(yè)化試驗井后,，卻發(fā)現(xiàn)事與愿違?！?/span>
“井一口口打下去,，但產(chǎn)油量卻差距很大?！毙陆吞锕究碧介_發(fā)研究院非常規(guī)研究所工程師何吉祥說,，有的井日產(chǎn)量突破百噸，有的井日產(chǎn)量只有個位數(shù),。
由于未達到穩(wěn)定高產(chǎn)的標準,，后續(xù)鉆井作業(yè)被迫按下“暫停鍵”。
何吉祥告訴記者,，在國外,，把含油性好、開采價值大的頁巖油有利部位稱為“甜點區(qū)”,。由于我們沒有找準自己的“甜點區(qū)”,，才使得開采效果遠未達到預期。
從頭再來,，追根溯源,。在一間存放著上萬塊巖心樣品的倉庫里，科研團隊利用放大鏡、顯微鏡,，在樣品的納米,、微米級的孔隙和裂縫中，尋找“甜點區(qū)”的蛛絲馬跡,。
“那兩年大家都憋著一口氣，在不斷的自我懷疑和否定中奮力前行,?！焙渭檎f。最終,，團隊刻畫出陸相頁巖油的地層特征,，找到了“甜點區(qū)”的分布規(guī)律。
與此同時,，該團隊成功開發(fā)出一種基于多個參數(shù)的定量“甜點”評估技術(shù),。這一突破也填補了我國陸相頁巖油油藏理論空白。
提升鉆遇率
陸相頁巖油勘探難,，難在儲油層之深,，更難在“甜點區(qū)”之薄。
在吉慶油田作業(yè)區(qū),，儲油地層平均深度達3800米,。深藏其中的“甜點區(qū)”如同波浪般起伏分布，平均厚度僅有1.5米,。這無疑給勘探工作帶來巨大挑戰(zhàn),。
“勘探鉆頭剛打到‘甜點區(qū)’內(nèi)部，不出幾十米又鉆了出去,，就像開車行駛在沒有路燈的鄉(xiāng)間小道,，一不小心就會開出路面?！奔獞c油田地質(zhì)研究中心二級工程師岳紅星介紹,，業(yè)內(nèi)將鉆頭找到油層的概率稱為鉆遇率。四年之前,，國內(nèi)這個指標一直停留在50%以內(nèi),，這意味著巖層中布設(shè)的管道有一半采不出油來。
2020年,，吉慶油田獲批建設(shè)首個國家級頁巖油示范區(qū),。要實現(xiàn)商業(yè)化規(guī)模開采，提升鉆遇率至關(guān)重要,。
吉慶油田頁巖類型為混積巖,，組分含量十分復雜，很難找到規(guī)律性，因此需要更加精細的巖相分析,?！皣H上有一種方法，在鉆頭上攜帶設(shè)備實時分析巖相,，但成本太高,。”岳紅星說,，為解決這一難題,，大家每天都會進行“頭腦風暴”，有時甚至討論到凌晨,。
有人提出,，用碳酸鹽含量來判定儲油層位置。這在業(yè)內(nèi)并無先例,，好在這種方法成本很低,，他們決定嘗試一把。
科研人員對采集于“甜點區(qū)”內(nèi)外的巖屑進行了大量的分析比對,。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：碳酸鹽礦物含量存在明顯差異,，并與頁巖含油量呈現(xiàn)負相關(guān)。
“我們在鉆井現(xiàn)場加了一道巖相分析,，隨時對采集上來的巖屑進行礦物分析,。如果碳酸鹽含量過高，我們就調(diào)整鉆頭角度,，直到碳酸鹽含量回到正常水平,。”梁成鋼告訴記者,，這種方法將鉆遇率提升至80%以上,。
基于全新的巖相礦物含量分方法，以及不斷改進的其他導向手段,，吉慶油田形成一套頁巖油勘探開發(fā)的“黃金靶體”理論和技術(shù)體系,。“‘黃金靶體’就是讓鉆頭始終平穩(wěn)穿行于‘甜點區(qū)’,，將鉆遇率提升至90%以上,，達到國際先進水平?！绷撼射撜f,。
取代磕頭機
對于常規(guī)油田來說，只需一口直井打下去,，原油就可以借助地層壓力自動流出地表,。而頁巖油的開采則需要直井和水平井精妙配合，猶如在地層中“撐開一把傘”，通過壓裂的方法,，為隱藏在巖石細密孔隙里的原油,，構(gòu)建四通八達的“路網(wǎng)”。
2013年,，吉慶油田引入了國外壓裂技術(shù),，但該技術(shù)很快就“水土不服”。
“地下4000米左右的地層,，處于高溫高壓的極限狀態(tài),。這導致鉆頭和供電管路損耗率極高，嚴重拖慢施工進度,。”梁成鋼說,，加之壓裂材料價格昂貴,，使得開采成本直線上升。
面對施工難題,，吉慶油田開始探索水平井體積壓裂技術(shù),。該技術(shù)的獨特之處在于“高密度切割+高強度改造+低成本材料”。
“采用該技術(shù)后,，吉慶油田不到50天,，就完成了58號平臺8口井的壓裂作業(yè)。而在此前,，壓一口井就需要50至60天,。”梁成鋼介紹,。
記者在58號平臺看到,，“藏”在集裝箱式小房間里的無桿泵，取代了傳統(tǒng)的“磕頭機”,，將數(shù)千米之下的頁巖油源源不斷地輸送至地面,。
“依托物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，無桿泵采油平臺的溫度,、壓力,、計量等參數(shù)，會自動傳輸?shù)街锌厥?，實現(xiàn)了無人巡檢,。”吉慶油田工藝研究中心助理工程師曹鵬禹對記者說,。
此前,，由于地下環(huán)境惡劣，每隔70多天，傳統(tǒng)無桿泵就要進行一次檢修,，更換一次核心部件,。“經(jīng)過不斷的技術(shù)改造,，目前無桿泵整體檢修周期可延長到400多天,。”曹鵬禹說,，“無桿泵身材小巧,，還可減少80%的地面管網(wǎng)?！?/span>
今年,，吉慶油田將完成100口頁巖油鉆井，新建產(chǎn)能60萬噸以上,。這意味著,，平均三天多，就能鉆出一口井,。
黨的二十屆三中全會提出,，推動技術(shù)革命性突破、生產(chǎn)要素創(chuàng)新性配置,、產(chǎn)業(yè)深度轉(zhuǎn)型升級,。新疆油田公司黨委委員、副總經(jīng)理吳寶成表示：“我們將深入貫徹落實全會精神,，扎實推動科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新深度融合,，加快推進頁巖油氣開發(fā)邁向主流化、常規(guī)化,，為增強國家能源安全和自給能力作出新的貢獻,！”（記者 梁樂 朱彤）