“聞”味鉆油的海底“璇璣”

　　揭秘石油鉆井技術(shù)“皇冠上的明珠”

　　波翻浪涌，潮漲潮落……我國大陸東部北端，渤海如同一個(gè)傾斜的葫蘆，為陸地所環(huán)抱。

　　作為我國唯一的內(nèi)海，這里不僅擁有豐富優(yōu)質(zhì)的漁業(yè)、海鹽、航運(yùn)等資源，還有著豐富的油氣資源。

　　經(jīng)過50多年的勘探開發(fā)，如今的渤海油田已是我國最大的海上油田，也是我國第一大原油生產(chǎn)基地。數(shù)據(jù)顯示，近十年來，我國發(fā)現(xiàn)的億噸級(jí)大油田中，逾四成在渤海海域。這里儼然一個(gè)巨大的“油盆”，為保障國家能源安全作出重要貢獻(xiàn)。

　　記者了解到，渤海油田當(dāng)前原油日產(chǎn)已歷史性突破9萬噸大關(guān)，相當(dāng)于全國原油日產(chǎn)的六分之一，是渤海油田有史以來的最好日產(chǎn)水平。從最初的日產(chǎn)30余噸，到如今突破9萬噸，得益于海洋油氣勘探開發(fā)技術(shù)的不斷創(chuàng)新。被稱為“璇璣”的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井與隨鉆測井技術(shù)就是其中之一。

　　記者近日來到渤海油田，探尋海底“璇璣”的秘密。

　　海底“金剛鉆”，打開復(fù)雜油氣藏的“密鑰”

　　突破1000口井作業(yè)，鉆井總進(jìn)尺超100萬米

　　近日，隨著渤海油田一口定向井鉆井作業(yè)的順利完成，中國海油自主研發(fā)的“璇璣”技術(shù)成功突破1000口井作業(yè)、100萬米鉆井總進(jìn)尺，標(biāo)志著我國高端油氣鉆井技術(shù)實(shí)現(xiàn)里程碑跨越，綜合技術(shù)能力正式邁入世界一流行列。

　　“璇璣”，即旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井與隨鉆測井技術(shù)。這是我國油氣勘探開發(fā)領(lǐng)域的一項(xiàng)革命性、顛覆性技術(shù)突破，代表著當(dāng)今世界鉆井技術(shù)發(fā)展的最高水平，被譽(yù)為石油鉆井技術(shù)“皇冠上的明珠”。

　　“它可以精準(zhǔn)控制地下幾千米巖層中的鉆頭‘瞄著’油氣去，‘看著’邊界鉆，甚至能做到在僅1米厚的薄油層中精準(zhǔn)穿行數(shù)千米，從而把油氣寶藏‘吃干榨凈’?！弊鳛檫@一技術(shù)的“使用者”，中國海油天津分公司工程技術(shù)作業(yè)中心秦皇島/渤中區(qū)域鉆完井項(xiàng)目經(jīng)理王允海感觸頗深。

　　據(jù)他介紹，油氣資源從勘探開發(fā)到送達(dá)用戶，環(huán)節(jié)眾多，而鉆井堪稱是整個(gè)鏈條的“咽喉”環(huán)節(jié)。

　　記者了解到，油氣勘探開發(fā)的第一步是“勘探”。簡單來說，就是找到油氣資源。地質(zhì)學(xué)家、勘探學(xué)家借助專業(yè)設(shè)備，給地層做“核磁共振”，從而確定油氣存在的大概區(qū)域。

　　接下來就是鉆井環(huán)節(jié)?！叭粝胱層蜌赓Y源真正‘為我所用’，這個(gè)環(huán)節(jié)十分關(guān)鍵?！蓖踉屎８嬖V記者，鉆井就是通過一個(gè)堅(jiān)硬無比的鉆頭鉆透巖層到達(dá)油藏所在地，“通俗地說，就是修一條從油氣層到地表的隧道，從而讓油氣藏通過這個(gè)隧道被開采出來?！?/p>

　　不過，這條隧道修起來并非易事。

　　“你要有一個(gè)‘金剛鉆’，這個(gè)鉆既要保證能打得到油氣層，還要保證能打得準(zhǔn)、打得成，否則就會(huì)影響后續(xù)諸多作業(yè)環(huán)節(jié)?！蓖踉屎Ｕf，鉆井環(huán)節(jié)的任何一個(gè)失敗，都會(huì)讓全部努力歸零，尤其是在海上。

　　與我們想象中不同，豐富的油氣資源并非安靜地聚集在海底大“油盆”中，而是分散在海底不同地層的孔隙中，極難開采。這一特點(diǎn)在渤海油田體現(xiàn)得尤為突出。

　　業(yè)內(nèi)人士常常用“摔碎的瓷盤”來形容渤海油田的油氣資源分布情況。“渤海灣盆地的構(gòu)造細(xì)碎，就像瓷盤摔碎了，又被踩了好幾腳，幾乎沒有完整的地方?！蓖踉屎８嬖V記者，隨著油氣勘探開發(fā)的不斷深入，渤海越來越多亟待開發(fā)的油氣藏面臨“邊、小、細(xì)、碎”的局面，厚度越來越薄，開發(fā)難度越來越大。

　　與此同時(shí)，受限于海上平臺(tái)不可靈活移動(dòng)的技術(shù)特征和經(jīng)濟(jì)性要求，通常半個(gè)足球場大小的海上采油平臺(tái)需要覆蓋其周邊比本身面積高出上萬倍、數(shù)千米深的海底油藏區(qū)域。有時(shí)，甚至需要在一個(gè)采油平臺(tái)上打近百口井，也就是常說的叢式井，各井眼軌跡縱橫交錯(cuò)，猶如植被龐大的根系，自上而下不斷擴(kuò)展，每個(gè)分支的底端都要精準(zhǔn)扎進(jìn)油氣藏，以便將油氣源源不斷地輸送至平臺(tái)井口。

　　這意味著，這個(gè)隧道可不是直上直下的，它可能是傾斜的、水平的，甚至是迂回繞彎的。

　　這個(gè)彎彎怎么繞？就需要一種技術(shù)，這種技術(shù)既要有“手腳”一樣的方向調(diào)整功能，又有“眼睛”“鼻子”一樣的環(huán)境感知功能，帶著數(shù)千米鉆桿，避讓鄰井套管，鉆穿堅(jiān)硬巖石，以優(yōu)美的身姿扎進(jìn)油層之中，如同一條“貪吃蛇”，穿來穿去將油氣藏串起來，“吃干榨凈”。

　　“璇璣”就是這樣一種技術(shù)。

　　瞄得準(zhǔn)油氣，自如控制井眼軌跡

　　單井采收率可提高2至3倍，節(jié)省近一半作業(yè)時(shí)間

　　3月14日早上5時(shí)許，黎明前的暗夜里，渤中海域的一個(gè)鉆井平臺(tái)上燈火通明——

　　渤中29-6油田首批開發(fā)井按照預(yù)先設(shè)計(jì)的方向和軌跡鉆達(dá)目的層，“璇璣”又一次成功完成水平井鉆井任務(wù)。負(fù)責(zé)此次鉆井任務(wù)的中海油田服務(wù)股份有限公司油田技術(shù)事業(yè)部塘沽作業(yè)公司(以下簡稱中海油服油技塘沽)高級(jí)定向井工程師田慶樸幾乎一夜未眠，就為了等待這一刻。

　　與此同時(shí)，在距離海上鉆井平臺(tái)約200公里開外的天津?yàn)I海新區(qū)，中海油服油技塘沽高級(jí)定向井工程師白雪龍，也收到了海上作業(yè)平臺(tái)發(fā)來的完鉆消息。

　　“后續(xù)完井作業(yè)完成后，海底近3000米的油氣資源將通過‘璇璣’打通的通道，源源不斷地被開采出來?！卑籽埜嬖V記者，渤中29-6油田項(xiàng)目規(guī)?；瘧?yīng)用中海油服自主研發(fā)的“璇璣”技術(shù)，鉆具使用成本大大降低。

　　據(jù)了解，該項(xiàng)目面臨定向井井眼軌跡復(fù)雜、大型叢式井淺層防碰風(fēng)險(xiǎn)嚴(yán)峻、提速提效任務(wù)艱巨、區(qū)塊無開發(fā)井史資料等一系列難點(diǎn)。剛剛完鉆的這口開發(fā)井是口水平井，鉆井難度極大。如果使用傳統(tǒng)導(dǎo)向鉆具，完成同等難度的鉆井作業(yè)需要3天，而使用“璇璣”技術(shù)，只需要2天，鉆井時(shí)間節(jié)省了一天。

　　白雪龍介紹，用于油氣資源開發(fā)的作業(yè)井通常分為兩大類。一類是直井，即直上直下的豎井。另一類則為定向井，井身可沿著預(yù)先設(shè)計(jì)的方向和軌跡鉆達(dá)目的層，一般指斜向鉆井和水平鉆井，即鉆井軌跡并非直上直下的，而是與垂直方向存在一定的夾角，當(dāng)這個(gè)夾角小于55度時(shí)，被稱為常規(guī)定向井；當(dāng)夾角在55度和86度之間時(shí)，被稱為大斜度定向井；當(dāng)這個(gè)夾角大于86度，甚至達(dá)到90度沿水平方向鉆進(jìn)，則被稱為水平井。

　　“水平井、大斜度井等高難度井鉆井一直是業(yè)界難題，‘璇璣’正是解決這些難題的法寶。”“璇璣”技術(shù)帶頭人、中海油服總工程師尚捷說。

　　這其中的關(guān)鍵在于“旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向”，即便是在鉆頭高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，依然能夠準(zhǔn)確控制鉆進(jìn)方向。

　　“如果把傳統(tǒng)導(dǎo)向鉆具比作一輛‘老爺車’，那旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向就相當(dāng)于‘超跑’。”中海油服油技塘沽副經(jīng)理白克宗告訴記者，“老爺車”時(shí)代沒有“導(dǎo)航”、沒有“自動(dòng)駕駛”，雖然可以滿足大部分出行需求，但當(dāng)走上蜿蜒復(fù)雜的“賽道”時(shí)，還是需要行駛速度更快、“轉(zhuǎn)彎”能力更強(qiáng)、“轉(zhuǎn)彎”精度更高、也更加智能的“超跑”。它邊看邊跑、邊跑邊看，找到了油藏，就往油藏那鉆，找到這一個(gè)再去找下一個(gè)，從而串起盡可能多的油氣藏。

　　自20世紀(jì)90年代誕生以來，旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)因其橫跨20多個(gè)學(xué)科、涉及1000多道高端工藝，多達(dá)幾百萬行控制代碼，被國際油田服務(wù)公司壟斷達(dá)20余年。面對(duì)每年10億元人民幣的高昂服務(wù)費(fèi)用、完全加密的技術(shù)封鎖和只租不售的產(chǎn)品壟斷，中海油服經(jīng)過7年的技術(shù)攻關(guān)，于2014年成功研發(fā)“璇璣”鉆井、測井系統(tǒng)并實(shí)現(xiàn)海上作業(yè)，使我國成為世界上第二個(gè)擁有該項(xiàng)技術(shù)的國家。這項(xiàng)技術(shù)可以增加平臺(tái)可控油氣藏范圍4-5倍，提高單井采收率2-3倍，節(jié)省作業(yè)時(shí)間30%—50%。

　　“自2014年首次商業(yè)應(yīng)用以來，‘璇璣’技術(shù)經(jīng)歷了上萬次的可靠性驗(yàn)證、結(jié)構(gòu)優(yōu)化和迭代升級(jí)過程，破解了上百個(gè)技術(shù)難題。截至目前，已獲得近百項(xiàng)國家級(jí)專利，關(guān)鍵作業(yè)指標(biāo)——一次入井成功率已達(dá)到92.1%，達(dá)到世界一流水平?！鄙薪萁榻B。

　　“‘璇璣’擁有超過60°/100m的最大造斜能力，可實(shí)現(xiàn)三維復(fù)雜井眼軌跡的自如、精準(zhǔn)控制。”白雪龍告訴記者，也就是說，每鉆進(jìn)100米，可導(dǎo)向60度。如此一來，在水平開發(fā)井作業(yè)中，可將造斜井段長度縮短過半，貢獻(xiàn)更長的儲(chǔ)層井段。在鉆遇復(fù)雜地層時(shí)，可以更快速調(diào)整鉆井軌跡，提高儲(chǔ)層鉆遇率，保證作業(yè)安全，同時(shí)實(shí)現(xiàn)最小成本和最快速度完成鉆井。

　　看得清邊界，實(shí)時(shí)獲取地層信息

　　可全井周反演地質(zhì)構(gòu)造，擁有“5G”級(jí)別傳輸速率

　　在距離渤中29-6項(xiàng)目不遠(yuǎn)的另一個(gè)海上作業(yè)平臺(tái)，“璇璣”正在海底進(jìn)行鉆井作業(yè)。與此同時(shí)，平臺(tái)上的工作人員通過地面系統(tǒng)軟件實(shí)時(shí)獲取了海底的地層信息。

　　“這是隨鉆測井系統(tǒng)在發(fā)揮作用?！敝泻Ｓ头图继凉粮呒?jí)隨鉆測井工程師馬春彬告訴記者，實(shí)現(xiàn)鉆進(jìn)方向的精準(zhǔn)判斷和控制，有一個(gè)重要前提，就是要十分了解地下地質(zhì)構(gòu)造情況。尤其是復(fù)雜的叢式井中，各井眼軌跡縱橫交錯(cuò)，猶如植被龐大的根系，相鄰井初始間距甚至不足兩米，鉆井過程中，一旦發(fā)生“碰撞”，極有可能出現(xiàn)井噴事故，造成數(shù)以十億計(jì)的直接財(cái)產(chǎn)損失和無法估量的環(huán)境污染。

　　“璇璣”就有這樣一雙“眼睛”，可以“看清”周圍環(huán)境。據(jù)介紹，其探測能力最大徑向深度可達(dá)6.8米，支持全井周360°實(shí)時(shí)反演地質(zhì)構(gòu)造，實(shí)現(xiàn)可視化地質(zhì)導(dǎo)向鉆井。“也就是說，它在鉆井的同時(shí)，可以看清周圍6.8米范圍內(nèi)的情況，比如周邊地質(zhì)構(gòu)造情況、有沒有油氣資源或其他井眼等?！卑卓俗诟嬖V記者，這種電磁波“雷達(dá)透視”能力，可以將完鉆井眼鎖定在儲(chǔ)層最佳位置，大幅度提高油氣井上限產(chǎn)能和穩(wěn)產(chǎn)時(shí)間。

　　傳統(tǒng)測井工具只能測井斜和方位兩個(gè)參數(shù)，無法獲得更多可供分析的參數(shù)?！靶蜗蟮卣f，就像我們開車的時(shí)候沒有導(dǎo)航，在起點(diǎn)和終點(diǎn)之間，只能按照一開始確定的固定線路行駛，既無法提前獲知前方是否存在堵車、修路等特殊情況，也無法及時(shí)作出相應(yīng)調(diào)整。”王允海說。

　　而“璇璣”則擁有完整的聲電核隨鉆測井功能，可實(shí)現(xiàn)自然伽馬、電阻率、中子孔隙度、巖性密度“四條線”的隨鉆測量，以及四極子聲波、地層測壓等高端技術(shù)，可以更全面地感知周邊信息，廣泛滿足從復(fù)雜地質(zhì)導(dǎo)向到隨鉆地層評(píng)價(jià)等多種任務(wù)對(duì)隨鉆測井能力的要求。

　　不過，在幾千米的井下，它看到了什么、下一步往哪兒行進(jìn)，并不會(huì)乖乖告訴你。“這就需要我們平臺(tái)作業(yè)人員和‘璇璣’都帶上‘對(duì)講機(jī)’，它看到了什么，實(shí)時(shí)告訴我們；我們進(jìn)行分析、判斷后，想讓它往哪兒走，也及時(shí)發(fā)出相應(yīng)指令?！卑卓俗诮忉尩?，他們通過泥漿脈沖和地面分流，建立地面人員與“璇璣”的雙向通訊，“一旦發(fā)現(xiàn)特殊情況，便可及時(shí)反饋給作業(yè)人員，從而走出一條最優(yōu)化、最省時(shí)、最順暢的路線?！?/p>

　　其泥漿遙傳速率最高為20bps，能支持100米/小時(shí)高鉆速條件下30條測量曲線的實(shí)時(shí)上傳。這種業(yè)內(nèi)“5G”級(jí)別的傳輸速率，可以為復(fù)雜地質(zhì)情況實(shí)時(shí)識(shí)別提供更多的測量信息，進(jìn)而有利于正確快速地做出鉆井作業(yè)決策。

　　“簡單來說，就是比常規(guī)測井方式速度更快、效果更優(yōu)。”尚捷說，憑借“璇璣”可靠的性能和廣泛的實(shí)用性，只需一次下井就能精確識(shí)別和評(píng)價(jià)油氣藏，大幅降低勘探開發(fā)成本。

　　記者了解到，除了渤海油田外，“璇璣”技術(shù)還在我國東海、南海、黃海、新疆、遼寧、山西等主要油田，以及印尼、伊拉克等“一帶一路”沿線國家得到廣泛應(yīng)用，為世界油氣勘探開發(fā)貢獻(xiàn)了中國智慧和中國方案。(中國紀(jì)檢監(jiān)察報(bào)記者 王珍)