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          路保平:中國石化石油工程技術新進展與發展建議

          發布時間:2021年01月28日
          來源:石油鉆探技術 作者:路保平

          “十三五”以來,中國石化針對深層特深層油氣勘探開發中存在的鉆井風險大、鉆井周期長,致密氣藏單井產量低、難動用儲量動用率低,頁巖氣儲層單井產量低、綜合成本高,超高溫高壓隨鉆測量儀器和旋轉導向鉆井系統受國外制約等關鍵難題,持續加大科技攻關力度,創立了地質環境因素精細描述技術、研制了175/185高溫隨鉆測量系統、近鉆頭伽馬成像系統、高效鉆井提速工具和井下流體,形成了特深層、頁巖氣和低滲致密氣藏鉆井完井、高溫高精度隨鉆測控、精細錄井和高效儲層改造等關鍵技術,為順北特深油氣勘探發現及產能建設、涪陵百億方頁巖氣田、威–榮深層頁巖氣和華北致密氣開發等提供了技術保障。


          1.   石油工程技術新進展


          近年來,中國石化圍繞油氣勘探開發需要和關鍵技術裝備需求,開展了深層特深層安全高效鉆井、復雜油氣藏精細識別評價、特殊儲層改造以及高端工具裝備儀器等方面的研究,突破了深井安全鉆井、深井鉆井提速、高溫高壓隨鉆測控和復雜儲層高效壓裂等技術瓶頸,推進了關鍵技術裝備國產化進程,促進了穩油增氣降本。

          1.1   鉆井地質環境因素精細描述技術


          為了準確預測與精細描述鉆井地質環境因素,降低鉆井作業風險,減少井下復雜情況和故障,為科學鉆井、地質工程一體化提供依據,開展了深層碳酸鹽巖地層壓力預測、巖石力學動態表征等技術研究,創新發展了鉆井地質環境因素描述理論和方法,解決了鉆井地質環境因素描述不系統、不連續、精度低和周期長等問題,實現了由傳統描述方法向綜合描述方法的跨越。針對常規巖石力學參數表征方法中未充分考慮鉆井過程中和井眼形成后地層環境變化及地層交互耦合作用的影響,從而導致計算精度低的問題,建立了復雜工程環境下巖石力學參數動態變化規律表征方法,計算精度達到90%以上。針對碳酸鹽巖地層孔隙壓力成因機制復雜,以壓實理論為基礎的地層壓力預測方法不再適用的問題,提出了基于孔隙流體聲速、成因貢獻和壓差響應的孔隙壓力預測、監測和檢測方法,精度分別達到92%,95%和96%,實現了碳酸鹽巖孔隙壓力預測、監測和檢測的重大突破。針對泥頁巖、干熱巖和凍土等鉆井過程中井壁穩定控制效果差的難題,建立了基于多場耦合的泥頁巖地層井壁坍塌周期評價方法、熱–流–固多場耦合作用的干熱巖井筒圍巖穩定性分析方法和基于熱–固耦合作用機制的凍土層井壁穩定評價方法,形成了復雜地層井壁穩定技術。針對復合鉆井方式缺少合適鉆井基礎數據描述方法的問題,建立了經典鉆速模型和大數據深度融合的鉆速敏感因素定量評價方法,實現了地質環境因素、機械參數、水力參數、井眼工程環境等47種影響因子的敏感性定量分析。針對海上“三淺”(淺層氣、淺水流和淺層水合物)等地質災害定性預測識別誤差大的問題,通過物理模擬試驗,揭示了縱波速度與淺層氣、淺水流、水合物埋深、孔隙度和飽和度的響應規律,建立了“三淺”地質災害風險概率定量預測模型和圖版,預測精度達95%以上。

          1.2   深井、復雜結構井安全高效鉆井完井技術


          1)深井特深井鉆井完井技術。針對塔里木盆地、四川及周緣地區深井特深井鉆井機械鉆速低、鉆井周期長和施工風險大等重大技術難題,開展了深井特深井優快鉆井、鉆井提速工具研制等方面的研究。形成了井震融合指導鉆井技術(基本原理見圖1),突破了鉆頭前方未鉆地層超前描述難題,實現了鉆井工程地質環境隨鉆評價和技術方案動態優化,修正周期由336h縮短至20h以內,現場應用30余口井,復雜故障時效同比降低37.3%。構建了基于拓寬安全密度窗口、減少套管層次的井身結構優化方法,順北油氣田探井井身結構由六開優化為五開,開發井井身結構由六開優化為四開,完鉆井眼直徑擴大至143.9mm,提高了井眼定向效率和井下復雜情況處理能力。提出了硬地層鉆井提速三要素理念,研制了高效PDC鉆頭、抗高溫長壽命大扭矩螺桿、液動射流沖擊器等新型提速工具,形成了超深小井眼鉆井提速技術,可使硬地層平均機械鉆速提高40%以上。研制了線性壓降調控節流閥,創立了四參量、四級反饋的井底壓力控制方法,開發了高溫隨鉆封縫堵氣、氣滯塞和縫洞型儲層鉆井安全控制技術,井下溢流監測的發現流量最小為80L,壓力波動控制精度小于0.25MPa,現場應用效果突出,氣侵量減少超過90%、氣竄速度降低超過75%。開發了地質工程一體化設計軟件和石油工程遠程決策支持系統,實現了關鍵環節、重點技術方案的遠程決策與指導。研制了增強型高承壓膠筒和可回收、可重復坐封、雙向錨定機械式測試封隔器,開發了斷溶體試井分析模型及軟件,實現了溶洞數量、溶洞體積、裂縫體積和儲層特性等關鍵參數的定量描述,測試符合率大于85%。“十三五”期間,中國石化累計完成井深6000m以深超深井345口,其中井深7000m以深超深井58口,井深8000m以深特深井36口(其中順北53-2H井的完鉆井深最深,達8874m),12次打破亞洲陸上井深紀錄,保證了順北油氣田特深層和四川深層油氣的高效勘探和產能建設。



          2)復雜結構井鉆井完井技術。圍繞頁巖油氣和致密油氣提高單井產量、降低綜合成本的需要,開展了超深水平井、長水平段水平井、多底井鉆井完井技術研究,形成了大位移水平井降摩減阻、井眼軌跡精準控制、長水平段水平井鉆井提速等關鍵技術,完善了復雜結構井鉆井完井技術鏈,具備了垂深8 000 m、井深8500m超深水平井和水平位移5000m大位移井鉆井完井能力。針對順北油氣田超深水平井定向難題,研制了185℃高溫高壓MWD、低壓耗渦輪式水力振蕩器、混合鉆頭和尖圓齒PDC鉆頭,開發了耐溫180℃、扭矩>2000N·m的小尺寸大功率螺桿鉆具和環保低摩阻鉆井液體系,形成了超深水平井鉆井完井配套技術,支撐了順北油氣田特深層油氣開發,8次創造亞洲陸上超深水平井井深紀錄。其中順北71X井(井深8542m)鉆井周期132d,創井深8000m以深超深井鉆井周期最短紀錄。針對川渝地區長水平段水平井鉆井摩阻、鉆具托壓嚴重、水平段延伸困難等技術難題,研制了變徑穩定器等鉆井工具,形成了水平段長度3000m以上超長水平段水平井鉆井技術,2020年涪陵頁巖氣井完鉆井一趟鉆比例達38.2%,樁129-1HF井一趟鉆水平位移進尺長達3168.78m。針對老油田剩余油挖潛和溶洞型油氣藏提高單井產量等技術難題,研制了TAML五級分支井完井系統、分支井壁掛式懸掛器和遇油遇水自膨脹完井工具,形成了超短半徑多分支水平井鉆井完井技術,TAML五級分支井實現了機械支撐、液壓密封和選擇性重入功能。形成了水力噴射井下轉向和徑向深穿透技術,單井最多鉆孔12個,單孔最長達100m。研制了連續油管側鉆井下工具串及地面控制系統,耐溫125℃,耐壓105MPa,扭矩1200N·m,形成了導斜、鉆進、信息傳輸和定向等配套技術,G04-19N18井連續油管側鉆進尺209m,較傳統側鉆施工開窗時效提高33%,鉆進時效提高200%。研發了旋流流道式自適應節流控制器,開發了自適應調流控水完井技術,在塔河油田深層碎屑巖儲層應用超過30井次,無水采油期延長 711d,含水率平均降低 18%以上,累計增油超過10×104t。


          1.3   特色鉆井液技術


          為了滿足深層特深層、易漏失地層和環境敏感地區安全高效鉆井需要,基于鉆井液關鍵處理劑研發,形成了高溫高密度、低密度、耐高溫、強抑制等鉆井液體系。超高溫高密度鉆井液體系耐溫達240℃、密度達kg/L,創出了鉆井液應用溫度最高、超高溫定向井最深等多項紀錄。低黏高切油基鉆井液、低油水比油基鉆井液和高溫高密度油基鉆井液體系,耐溫最高220℃、密度最高2.50kg/L,油水比最低60/40,在涪陵、威榮、西北等地區進行了推廣應用,支撐了復雜油氣藏的高效勘探開發。高性能水基鉆井液體系密度高達2.30kg/L、極壓潤滑系數最低達0.08,滾動回收率大于98%,在涪陵、威榮等頁巖氣田進行了推廣應用,減少了油基鉆井液對環境的污染,降低了頁巖氣開發綜合成本??垢邷丨h保鉆井液體系抗溫150℃、生物毒性EC50達56800mg/L。鉆井液不落地隨鉆治理技術將鉆井液廢棄物總量降低50%以上,鉆井液回收再利用技術使鉆井液回用率達到98%,滿足了灘海、濕地等環境敏感區域的鉆井需要。變形封堵、交聯堵漏、固結堵漏、觸變堵漏等系列堵漏技術,有效解決了破碎地層、縫洞地層、裂縫地層和衰竭性油氣層的承壓堵漏難題。

          1.4   復雜地層固井技術


          為了滿足深井超深井、長水平段水平井和易漏失地層固井的需要,研制了關鍵水泥處理劑與固井工具,形成了防漏、防竄、超深井固井技術,全面提高了固井質量。研制了一體化泡沫注氮設備,開發了高效發泡劑和高強度泡沫水泥漿體系,形成了泡沫水泥漿固井技術,實現了注氣、增壓、混配一體化,水泥漿密度最低0.70kg/L,在涪陵、南川、東北龍鳳山、蘇格里等油氣田應用60多井次,固井質量優質率90%以上,解決了低壓漏失層固井難題[30]。改性低密度水泥漿體系在塔河油田主體區塊及順北油氣田約應用400口井,單井固井成本降低50萬元以上。建立了水泥漿失重氣竄預測方法和分段壓穩設計模型,開發了抗溫200 ℃彈韌性水泥漿體系(最高密度2.82kg/L)、非滲透防氣竄水泥漿體系和膠乳/液硅增強型抗高溫防氣竄水泥漿體系,形成了“控壓”防氣竄固井技術,在順北鷹1井、川深1井等高壓油氣井應用30余井次,固井質量合格率100%,優良率90%以上。研制了全尺寸水泥環密封完整性模擬評價裝置,建立了水泥環密封失效評價方法,開發了水泥環密封能力評價軟件,研發了自愈合、彈韌性等多種水泥漿體系及固井工藝,并在頁巖氣井固井中進行了推廣應用,使氣井環空帶壓比例降至8.8%(見圖2),減少了環空帶壓給安全生產帶來的隱患。研發了基于SCKL改性硅鋁的超高溫水泥漿體系,在青海共和GH01干熱巖井進行了現場應用,固井質量優質。研制了雙防尾管懸掛器、高溫高壓封隔尾管懸掛器、無限極大排量尾管懸掛器和V0級耐高溫高壓封隔器等固井工具,實現了尾管懸掛器大懸重、防硫防酸、氣密封、可旋轉和大排量循環的功能,創出了應用井深最深8588m、懸掛質量最大543t、懸掛質量最小0.5t、井底壓力最高104MPa、旋轉時間最長22h等一系列紀錄。V0級耐高溫高壓固井封隔器在204℃溫度下氣密封能力達到35 MPa,實現了技術突破,擺脫了對國外同類工具的依賴。




          1.5   高端測控技術


          為了滿足復雜油氣藏精細測控的需求,開展了高溫測量、隨鉆高精度成像測井和地質導向技術研究,推進了高端測控技術進步。研制了耐溫230℃、抗壓160MPa、?70.0mm的耐高溫小直徑常規測井儀和耐溫200℃、抗壓207 MPa、?88.9mm電纜/鉆具直推存儲式雙功能測井儀,在順北、川渝等地區40余口深井超深井應用,成功率達100%。開發了偶極橫波遠探測儀器,建立了以“宏觀、微觀和滲流力學”3大類參數為主的低孔低滲致密“九性關系”和層內模式細分為基礎的儲層綜合評價技術,形成了巖石激發極化電位測井技術,在焦石壩區塊進行了成功應用,TOC、孔隙度、含氣量等儲層參數計算準確率達95%以上,地層壓力預測準確率90%以上。在國內率先研制出近鉆頭伽馬成像系統,測點距離鉆頭0.5m,伽馬測量范圍0~1200API,具有8扇區實時成型、16扇區存儲成像功能,單趟最長工作時間209h、最大進尺973m,一次測井成功率100%,優質儲層鉆遇率100%。研制了分辨率10 mm的隨鉆高分辨率電阻率成像系統,電阻率測量范圍0.2~2 000.0 Ω·m,可提供全井筒360°微電阻率圖像,地層識別符合率達到95%以上。開發了耐溫150℃、最大傳輸速率12bit/s的鉆井液脈沖和電磁信號雙模式傳輸一體化隨鉆測量系統,可實現鉆井液脈沖與電磁信號的實時切換,在川西、涪陵等地區應用58口井,測量精度達95%以上,解決了多種鉆井液介質和雙信道的實時測量技術難題,拓展了氣體/霧化鉆井技術在定向井、水平井中的應用范圍。自主研制了常規造斜率和高造斜率2類旋轉導向系統,已應用14口井,累計進尺超過6000m,在焦頁70-S1HF井順利完成1922m水平段的鉆進作業,為頁巖氣提速降本提供了新手段。建立了地質甜點和工程甜點評價模型,形成了頁巖油氣甜點評價技術,在涪陵、南川等地區進行了應用,參數計算符合率大于90%,地質甜點和工程甜點預測精度大于85%。建立了基于大數據的地層三維精細預測方法,形成了水平井隨鉆實時評價和井下三維可視化鉆井導航技術,實現了鉆頭位置的精確定位和儲層邊界距離的實時反演,在涪陵、南川、東勝等油氣田應用489口井,優質儲層鉆遇率大于90%。

          1.6   精細錄井技術


          為了提高復雜巖性及非常規儲層物性、孔隙流體的識別精度,開發了頁巖油氣快速評價、高分辨率核磁共振錄井、激光錄井、巖屑聲波錄井等多項錄井新技術,實現了儲層特性的精細評價。針對海相頁巖氣,建立了基于元素錄井的小層劃分、伽馬峰識別、伽馬峰位置判別等地質導向模型,形成地質導向技術,A靶點入窗率100%、靶體鉆遇率98%。針對PDC鉆頭、熒光鉆井液等復雜工程條件及低滲透、低氣油比等復雜地質條件,研制了鉆井液核磁共振在線錄井儀和便攜式多維核磁共振分析儀,建立了不同鉆井液體系下的地層油一維、二維核磁共振判識與評價、油基鉆屑含油率評價、非常規儲層物性及孔隙流體精細識別與評價模型,實現了聚磺、混油、油基鉆井液條件下的地層油識別、原油密度及地層含油量評價、納米孔儲層的油水信號識別與飽和度評價,地層含油性識別準確率達100%。針對降本增效的需求,研發了激光誘導擊穿光譜(LIBS)、激光掃描共聚焦和拉曼激光氣體分析儀,分別實現了元素的快速檢測、孔隙的立體展示和氣體的實時分析。針對巖石力學的實時性需求,研制了巖屑超聲波錄井分析儀,采用反射和透射2種方式測量巖屑的縱波波速和橫波波速,與實驗室測量結果對比,測量精度大于90%。

          1.7   特殊儲層改造技術


          針對頁巖油氣、致密油氣和特深層油氣藏改造的需要,開展了壓裂材料、分段壓裂工具及壓裂工藝研究,形成了頁巖氣體積壓裂技術、薄互層多層細分壓裂技術、深層碳酸鹽巖儲層酸壓技術和干熱巖體積壓裂技術,為增儲上產、提高單井產量提供了技術保障。
          1)頁巖氣體積壓裂技術。建立了頁巖氣地質工程一體化體積壓裂優化設計方法,開發了多功能滑溜水、酸性滑溜水、剪切增稠滑溜水低等壓裂液體系,研制了大通徑橋塞、全溶橋塞和可開關滑套等分段壓裂工具,研發了參數優化控制和壓后評估技術,形成了中深層頁巖氣體積壓裂、深層頁巖氣多尺度體積壓裂、湖相頁巖氣穿層體積壓裂、常壓頁巖氣控縫壓裂和井工廠協同體積壓裂等壓裂技術,具備了井深5000m以淺、水平段長2000m、分段壓裂30段以上和多井臺協同壓裂的能力。中深層頁巖氣壓裂技術有力支撐了涪陵100×108 m3產能建設;丁頁4CP井應用深層頁巖氣多尺度體積壓裂技術,壓裂后初期產量20.56×104m3/d,實現了深層頁巖氣勘探的突破;泰頁側1井應用湖相頁巖氣穿層體積壓裂技術,實現了陸相頁巖油氣產量新突破;多井臺協同壓裂技術在焦頁10、焦頁27、威頁37 和隆頁1 等多個平臺進行了應用,創出了單日單機組壓裂8段的紀錄。
          2)深層碳酸鹽巖儲層酸壓技術。研制了耐溫180 ℃膠凝酸體系和耐溫165 ℃交聯酸體系,開發了“非均勻刻蝕+自支撐+暫堵轉向”的深穿透高導流酸壓工藝,在順北油氣田應用了26口井,酸蝕裂縫長度140m以上,裂縫導流能力提高30%,儲集體溝通率由50%提到78%,其中順北71X井酸壓后初期原油產量達到460t/d。、
          3)薄互層多層細分壓裂技術。針對老油區開發后期高含水、油層和隔層薄、儲量不能有效動用的問題,開發了以“多層改造優化設計、縫高控制技術、控水壓裂液及分層壓裂工藝”為核心的壓裂工藝,并在安棚油田水平井進行了推廣應用,壓裂后產量是鄰區的2.3倍。
          4)干熱巖體積壓裂技術。開展了干熱巖破裂特征及裂縫延伸規律試驗研究,初步形成了干熱巖體積壓裂技術,并進行了國內第一口干熱巖井壓裂試驗,累計注入液量1 466.6m3,壓裂后吸水能力增加3.7倍。

          1.8   海洋油氣工程配套技術


          針對海外和南海深水鉆井的需要,開展了極地/冷海鉆井技術研究,形成了鉆井完井風險評估與控制、凍土層安全鉆井、深水鉆井完井工程方案設計、浮式鉆井裝置選擇、導管噴射下入、井控工藝、深水低溫鉆井液和深水低溫固井等關鍵技術,為西非、薩哈林等海外區塊海洋油氣勘探開發提供了技術支撐。針對潿西區塊井眼失穩、機械鉆速低、高滲儲層污染嚴重等問題,研究形成了以孔隙壓力預測、井身結構優化、井壁穩定、高效鉆頭、提速工具和一趟鉆技術等為核心的海洋高效鉆井完井技術,研發了無固相甲酸鹽完井液、MO-DRILL油基鉆井液和油基鉆井液巖屑處理技術,建立了以井筒清潔潤滑、射孔校深、井筒完整、儲層保護、油藏改造和生產管柱優化為核心的水平井開發工程配套技術,為潿洲油田勘探開發和產能建設方案優化提供了技術保障。同時,開展了天然氣水合物技術研究,研發了海洋天然氣水合物保溫保壓取心技術及工具,在中國南海水深1310m、泥線以下100~123m水合物富集層完成13回次的保壓取心作業,保壓最高12.01MPa,現場點火成功。

          1.9   儲氣庫建設工程配套技術


          針對枯竭氣田地層壓力低、易漏失、井筒封閉性能要求高、固井難度大等技術難題,研制了抗鹽微膨脹彈韌性水泥漿、水包油/微泡沫鉆井液、耐高溫緩膨氣密封封堵劑和注采完井工具,開發了蓋層井筒封閉性評價技術、老井封堵與評價技術,形成了枯竭氣田儲氣庫建設工程配套技術和標準體系,鉆井液漏失量降低52.3%,產層固井質量合格率100%,蓋層段固井質量優良率由8.9%提高至62.8%,保證了文23儲氣庫一期建設順利完工,為國內類似儲氣庫建設提供了借鑒。針對鹽穴儲氣庫溶洗建腔和注采氣過程中,腔體易產生塑性變形、注采井載荷交變等技術難題,開展了井斜控制、近平衡壓力鉆井、鹽水鉆井液和鹽水塑性水泥漿等技術研究,形成了多厚夾層垮塌鹽層水溶建腔、厚夾層垮塌控制、頂板保護、管柱變形預防及井下故障處理等關鍵技術,有效保障了鹽穴儲氣庫的建設與運營。

          1.10   自動化石油裝備


          為了滿足油氣勘探開發的需求,提高作業效率,加大了自動化裝備的研發力度。研制了7000m全電動鉆機和鐵鉆工、動力貓道、鉆柱自動排放裝置、緩沖機械手等配套設備,開發了司鉆集成控制系統和智能化鉆井參數儀表,實現了鉆井操作的自動化、數字化和人機交互,降低了作業人員的勞動強度,起下鉆時間較常規鉆機作業縮短30%左右。研制了鉆井液不落地裝備,在不改變鉆井液體系、不添加鉆井液處理劑的情況下,實現了鉆井液固相廢棄物脫液干化、液體重復利用、廢棄鉆井液及鉆屑不落地等隨鉆處理一體化,徹底去掉大循環池,實現全排量和全井段處理,平均單井鉆井液消耗量降低40%以上。研制了2500型固井車、1600型電動固井車和自動混漿網絡監控等固井裝備,形成了車裝、橇裝、拖掛等多種模式,最高施工壓力140MPa、排量 1.3~4.2m3/min,具有井口參數遠程監測和自動混漿控制的能力。研制了3000型壓裂車、5000型電動壓裂裝備和自動化混砂車,其中3000型壓裂車最大功率2205kW,最高工作壓力140MPa,最大排量4.2m3/min,具有遠程控制、自動混砂和網絡自動控制的能力,可滿足山區受限井場、超高壓施工作業需求。


          2.   石油工程技術存在的主要問題


          隨著油氣勘探開發由中深層向深層特深層、由常規向非常規(頁巖油氣、致密油氣和天然氣水合物等)、由陸上向海洋與極地延伸,能源革命的不斷推進,以及人工智能、區塊鏈、云計算、大數據、5G技術與石油工程技術的不斷融合,要實現油氣高效勘探、效益開發和高質量發展,石油工程技術還面臨諸多挑戰、存在很多不足。

          2.1   深層特深層石油工程技術裝備能力不足


          中國石化深層特深層油氣資源區主要分布在塔里木盆地、準噶爾盆地、四川及周緣地區,油氣資源當量約為90×108t,是主要的油氣增儲上產區,“十三五”期間,其油氣探明儲量分別占中國石化石油、天然氣勘探總量的36%和52%。由于儲層埋藏深、地層復雜、井底溫度高、壓力體系復雜,對鉆井裝備性能要求高,而目前我國深井特深井鉆井完井工具、儀器的整體性能不強,難以滿足鉆井、測量、測試的要求,導致鉆井速度慢、井下故障多、鉆井周期長、安全風險大、施工成本高、降本難度大。例如,順北第五斷裂帶,儲層埋藏特深(7500~8800m)、井底溫度和壓力高(溫度>160℃、壓力>90 MPa)、地層硬(巖石強度100~250MPa),已鉆井平均井深達到7888 m,復雜時效高達30%。

          2.2   非常規油氣開發降本增效難度大


          中國石化頁巖油氣等非常規油氣資源主要分布在四川及周緣、華北、西北等地區,儲量大,是未來油氣的主要接替區。目前,深層頁巖氣工程周期長、成本高,經濟有效開發難度很大;常壓頁巖氣工程成本高,單井產能低,壓裂改造有效期短,難以實現規模效益開發;頁巖油單井產能低、遞減快,經濟效益差。例如,2020年威榮深層頁巖氣井單井鉆井周期80.4d,而北美Utica地區水平段長5600~6000m的頁巖氣水平井鉆井周期僅約18.0d,與之相比我國深層頁巖氣井鉆井速度相差甚遠。目前,我國高性能鉆頭、長壽命提速工具和旋轉導向系統等關鍵鉆井設備缺乏或性能不高,難以滿足非常規油氣開發提速、提產和降本的需求。

          2.3   復雜油氣藏穩產增效工程技術還不完善


          復雜油氣藏及老油田主要包括勝利、中原、華北、河南、江漢、東北等油氣田,是中國石化油氣勘探開發的主陣地,開發中面臨采出程度大、綜合含水高、儲層薄、儲層類型多、非均質性強和油水關系復雜等挑戰。例如,勝利、中原和江蘇等油田可采儲量采出程度達到81.9%、綜合含水率達到91%,難動用儲量具有低壓、低滲、低豐度、低產量的特點?,F有穩產增效工程技術還不能有效識別和評價剩余油分布、降低油氣開發成本,實現復雜油氣藏及老油田的提產、提效和經濟開發,還需要進行剩余油精細描述、提高單井產量、提高采收率、降低開發成本等方面的技術攻關。

          2.4   自動化智能化工程技術研究仍處于起步階段


          大數據、人工智能、納米材料、智能材料等高新技術快速發展,正在催生新一輪科技及產業革命,據國際能源署(IEA)預測,到2030年數字技術可將全球油氣技術可采資源量增加750×108t油當量、勘探開發成本降低16%。因此,依靠技術創新,推動石油工程技術數字化、智能化轉型,對于實現勘探開發突破至關重要。目前,中國石化基于大數據、云計算、物聯網等信息技術的石油工程技術研究正處于初級階段,信息化程度較低,自動化鉆井完井技術裝備能力有限,還未形成高效協同工作機制和信息共享平臺,智能化鉆井系統、智能導向系統、智能流體和智能精準壓裂等還處于概念階段。石油工程技術在信息化、數字化、自動化和智能化方面遠低于其他行業。


          3.   石油工程技術發展展望


          “十四五”是我國轉變發展方式、優化經濟結構、轉變增長動力的關鍵期,中國石化確立了以能源資源為基礎,以潔凈能源和合成材料為兩翼,以新能源、新經濟、新領域為重要增長點的“一基兩翼三新”發展格局,努力實現更高質量、更有效益的發展。為此,必須大力實施創新驅動戰略,大力提升自主創新能力,實現石油工程核心技術的突破,全面提升石油工程技術裝備水平,為中國石化穩油增氣降本提供強力的技術支撐。

          3.1   加大重點基礎前瞻技術攻關


          1)圍繞順北順南特深層油氣高效勘探開發,開展高溫高壓特深硬地層失穩規律與巖石破碎機理研究,解決井筒強化和鉆井提速的基礎問題。
          2)以深層頁巖油氣、致密油氣為對象,研究流固熱多重耦合下巖石微觀力學特征及裂縫延伸規律,解決高效鉆井、縫網壓裂難題。
          3)深化人工智能、微電子、新材料(量子、納米、石墨烯、智能)等與石油工程技術的融合研究,開發隨鉆智能油氣識別、智能監測、智能流體和智能壓裂技術,培育自動化智能化石油工程技術。
          4)探索微波/超高壓破巖、納米機器人油藏探測、頁巖油原位改質、井下油水分離等技術,為科技創新和顛覆技術培育提供支撐。

          3.2   形成油氣高效開發關鍵工程技術體系


          1)攻克特深井鉆井完井關鍵技術,研發12000m鉆機及配套裝備、超高溫高壓測量工具和高性能提速工具,形成成熟完善的10000m特深井鉆井完井技術體系,具備15 000 m特深井鉆井完井能力。
          2)攻克長水平段水平井鉆井提速技術、致密砂巖氣藏高效壓裂及高導流復合壓裂技術,形成致密氣藏“井工廠”立體開發技術、油氣精細描述與評價技術和高含水老油田提高采收率技術,提升“一趟鉆”鉆井技術水平,降低開發成本,實現致密砂巖氣藏高效開發。
          3)完善深層頁巖氣高效鉆井完井技術、常壓頁巖氣低成本高效鉆井技術、陸相頁巖氣優快鉆井技術,研究攻關深層頁巖氣大型“井工廠”精細控壓壓裂、常壓頁巖氣少段多簇均質高效縫網壓裂、海陸過渡相多層系頁巖氣高效壓裂關鍵技術,大幅縮短頁巖氣井鉆井完井周期,降低開發成本,實現頁巖油氣經濟高效開發。
          4)突破頁巖油開發工程技術瓶頸,研究攻關頁巖油原位改質、高密度“井工廠”立體高效鉆井完井和頁巖油儲層保護技術,為頁巖油規模經濟開發提供技術支撐。

          3.3   高端技術產品實現產業化


          1)開發高端油田化學材料與流體體系,形成高溫超高密度鉆井完井流體、生態流體、智能流體和特殊鉆井完井流體(超高溫、極低溫、納米、超分子、智能材料),滿足復雜地質條件下鉆井完井作業對綠色環保高端流體的需要。
          2)研制高性能鉆頭、長壽命動力鉆具(渦輪壽命>1000h、大扭矩螺桿壽命>800h)、長壽命提速工具和高端固井工具等,滿足特深井鉆井完井對高端井下工具的需求。
          3)突破高造斜率/低成本旋轉導向技術瓶頸,提高175/185℃高溫隨鉆測量、近鉆頭成像伽馬和成像電阻率系統的性能,研制240℃高溫隨鉆測量系統、隨鉆遠探測/前探測系統,研究多維油藏評價隨鉆測井技術和高速傳輸技術,形成中國石化智能精準測控技術產品系列,滿足高效、低成本油氣開發及智能化發展的需要。

          3.4   培育自動化智能化石油工程技術


          1)研制9000m全自動鉆機、自動控壓系統、自動送鉆系統、鉆井液自動連續循環系統和自動固井裝備,開發智能化控制軟件和一體化操控系統,實現鉆井控制的自動化、智能化。
          2)研發近鉆頭高精度成像測量系統、自適應鉆頭、井下電動工具和高速無線傳輸技術,實現井眼軌跡的精準控制和井下工具的自適應電動化。
          3)開發鉆井智能分析與決策系統、鉆井工程參數智能分析及優化系統、井筒穩定性風險智能診斷系統、隨鉆智能地層評價與導向系統、全自動鉆井一體化決策分析平臺,形成自動化智能化石油工程技術系列,推進智能化技術發展。

          3.5   發展低成本石油工程技術


          1)以物聯網、大數據、數據鏈為基礎,融合地質、油藏、地震、鉆井、測井、錄井、壓裂和注采等信息,開發基于數據驅動、模型驅動的“學習曲線、知識庫、措施評估、智能分析決策”等工程地質一體化信息平臺,優化鉆井、測井、錄井、壓裂和注采等技術方案。

          2)發展井筒模擬技術,提升鉆井、壓裂等專業軟件和隨鉆遠程監控及智能決策技術水平,實現油氣勘探開發全過程整體技術的最優化,最大程度地降低油氣勘探開發成本。


          4.   結束語


          石油工程技術是實現油氣勘探開發目標的主要手段,是推進油氣發展的重要動力,每次石油工程技術革命都會引發油氣產量和儲采比的重大飛躍。經過多年科研攻關,中國石化石油工程技術裝備取得了重大進步,實現了關鍵技術裝備的國產化,形成了一套較為完善的石油工程技術體系,基本滿足了油氣勘探開發需求。但是,石油工程技術裝備在作業效率、技術指標、綜合成本等方面與國外先進水平相比還存在較大差距。因此,需要深化研發體制機制創新,加速石油工程技術發展,盡快提升我國石油工程技術裝備水平,縮小與國外先進水平的差距,為我國油氣高效勘探開發提供強勁的技術支撐。


          引用格式:

          路保平.中國石化石油工程技術新進展與發展建議[J].石油鉆探技術,2021,49(1):1-10.

          LU Baoping. New progress and development proposals of Sinopec’s petroleum engineering technologies[J]. Petroleum Drilling Techniques, 2021, 49(1):1-10.

          [責任編輯:cjm]

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