“聞”味鑽油的海底“璿璣”

　　揭秘石油鑽井技術“皇冠上的明珠”

　　波翻浪湧，潮漲潮落……我國大陸東(dong) 部北端，渤海如同一個(ge) 傾(qing) 斜的葫蘆，為(wei) 陸地所環抱。

　　作為(wei) 我國唯一的內(nei) 海，這裏不僅(jin) 擁有豐(feng) 富優(you) 質的漁業(ye) 、海鹽、航運等資源，還有著豐(feng) 富的油氣資源。

　　經過50多年的勘探開發，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(chan) 基地。數據顯示，近十年來，我國發現的億(yi) 噸級大油田中，逾四成在渤海海域。這裏儼(yan) 然一個(ge) 巨大的“油盆”，為(wei) 保障國家能源安全作出重要貢獻。

　　記者了解到，渤海油田當前原油日產(chan) 已曆史性突破9萬(wan) 噸大關(guan) ，相當於(yu) 全國原油日產(chan) 的六分之一，是渤海油田有史以來的最好日產(chan) 水平。從(cong) 最初的日產(chan) 30餘(yu) 噸，到如今突破9萬(wan) 噸，得益於(yu) 海洋油氣勘探開發技術的不斷創新。被稱為(wei) “璿璣”的旋轉導向鑽井與(yu) 隨鑽測井技術就是其中之一。

　　記者近日來到渤海油田，探尋海底“璿璣”的秘密。

　　海底“金剛鑽”，打開複雜油氣藏的“密鑰”

　　突破1000口井作業(ye) ，鑽井總進尺超100萬(wan) 米

　　近日，隨著渤海油田一口定向井鑽井作業(ye) 的順利完成，中國海油自主研發的“璿璣”技術成功突破1000口井作業(ye) 、100萬(wan) 米鑽井總進尺，標誌著我國高端油氣鑽井技術實現裏程碑跨越，綜合技術能力正式邁入世界一流行列。

　　“璿璣”，即旋轉導向鑽井與(yu) 隨鑽測井技術。這是我國油氣勘探開發領域的一項革命性、顛覆性技術突破，代表著當今世界鑽井技術發展的最高水平，被譽為(wei) 石油鑽井技術“皇冠上的明珠”。

　　“它可以精準控製地下幾千米岩層中的鑽頭‘瞄著’油氣去，‘看著’邊界鑽，甚至能做到在僅(jin) 1米厚的薄油層中精準穿行數千米，從(cong) 而把油氣寶藏‘吃幹榨淨’。”作為(wei) 這一技術的“使用者”，中國海油天津分公司工程技術作業(ye) 中心秦皇島/渤中區域鑽完井項目經理王允海感觸頗深。

　　據他介紹，油氣資源從(cong) 勘探開發到送達用戶，環節眾(zhong) 多，而鑽井堪稱是整個(ge) 鏈條的“咽喉”環節。

　　記者了解到，油氣勘探開發的第一步是“勘探”。簡單來說，就是找到油氣資源。地質學家、勘探學家借助專(zhuan) 業(ye) 設備，給地層做“核磁共振”，從(cong) 而確定油氣存在的大概區域。

　　接下來就是鑽井環節。“若想讓油氣資源真正‘為(wei) 我所用’，這個(ge) 環節十分關(guan) 鍵。”王允海告訴記者，鑽井就是通過一個(ge) 堅硬無比的鑽頭鑽透岩層到達油藏所在地，“通俗地說，就是修一條從(cong) 油氣層到地表的隧道，從(cong) 而讓油氣藏通過這個(ge) 隧道被開采出來。”

　　不過，這條隧道修起來並非易事。

　　“你要有一個(ge) ‘金剛鑽’，這個(ge) 鑽既要保證能打得到油氣層，還要保證能打得準、打得成，否則就會(hui) 影響後續諸多作業(ye) 環節。”王允海說，鑽井環節的任何一個(ge) 失敗，都會(hui) 讓全部努力歸零，尤其是在海上。

　　與(yu) 我們(men) 想象中不同，豐(feng) 富的油氣資源並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。這一特點在渤海油田體(ti) 現得尤為(wei) 突出。

　　業(ye) 內(nei) 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。“渤海灣盆地的構造細碎，就像瓷盤摔碎了，又被踩了好幾腳，幾乎沒有完整的地方。”王允海告訴記者，隨著油氣勘探開發的不斷深入，渤海越來越多亟待開發的油氣藏麵臨(lin) “邊、小、細、碎”的局麵，厚度越來越薄，開發難度越來越大。

　　與(yu) 此同時，受限於(yu) 海上平台不可靈活移動的技術特征和經濟性要求，通常半個(ge) 足球場大小的海上采油平台需要覆蓋其周邊比本身麵積高出上萬(wan) 倍、數千米深的海底油藏區域。有時，甚至需要在一個(ge) 采油平台上打近百口井，也就是常說的叢(cong) 式井，各井眼軌跡縱橫交錯，猶如植被龐大的根係，自上而下不斷擴展，每個(ge) 分支的底端都要精準紮進油氣藏，以便將油氣源源不斷地輸送至平台井口。

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

　　這個(ge) 彎彎怎麽(me) 繞？就需要一種技術，這種技術既要有“手腳”一樣的方向調整功能，又有“眼睛”“鼻子”一樣的環境感知功能，帶著數千米鑽杆，避讓鄰井套管，鑽穿堅硬岩石，以優(you) 美的身姿紮進油層之中，如同一條“貪吃蛇”，穿來穿去將油氣藏串起來，“吃幹榨淨”。

　　“璿璣”就是這樣一種技術。

　　瞄得準油氣，自如控製井眼軌跡

　　單井采收率可提高2至3倍，節省近一半作業(ye) 時間

　　3月14日早上5時許，黎明前的暗夜裏，渤中海域的一個(ge) 鑽井平台上燈火通明——

　　渤中29-6油田首批開發井按照預先設計的方向和軌跡鑽達目的層，“璿璣”又一次成功完成水平井鑽井任務。負責此次鑽井任務的中海油田服務股份有限公司油田技術事業(ye) 部塘沽作業(ye) 公司(以下簡稱中海油服油技塘沽)高級定向井工程師田慶樸幾乎一夜未眠，就為(wei) 了等待這一刻。

　　與(yu) 此同時，在距離海上鑽井平台約200公裏開外的天津濱海新區，中海油服油技塘沽高級定向井工程師白雪龍，也收到了海上作業(ye) 平台發來的完鑽消息。

　　“後續完井作業(ye) 完成後，海底近3000米的油氣資源將通過‘璿璣’打通的通道，源源不斷地被開采出來。”白雪龍告訴記者，渤中29-6油田項目規模化應用中海油服自主研發的“璿璣”技術，鑽具使用成本大大降低。

　　據了解，該項目麵臨(lin) 定向井井眼軌跡複雜、大型叢(cong) 式井淺層防碰風險嚴(yan) 峻、提速提效任務艱巨、區塊無開發井史資料等一係列難點。剛剛完鑽的這口開發井是口水平井，鑽井難度極大。如果使用傳(chuan) 統導向鑽具，完成同等難度的鑽井作業(ye) 需要3天，而使用“璿璣”技術，隻需要2天，鑽井時間節省了一天。

　　白雪龍介紹，用於(yu) 油氣資源開發的作業(ye) 井通常分為(wei) 兩(liang) 大類。一類是直井，即直上直下的豎井。另一類則為(wei) 定向井，井身可沿著預先設計的方向和軌跡鑽達目的層，一般指斜向鑽井和水平鑽井，即鑽井軌跡並非直上直下的，而是與(yu) 垂直方向存在一定的夾角，當這個(ge) 夾角小於(yu) 55度時，被稱為(wei) 常規定向井；當夾角在55度和86度之間時，被稱為(wei) 大斜度定向井；當這個(ge) 夾角大於(yu) 86度，甚至達到90度沿水平方向鑽進，則被稱為(wei) 水平井。

　　“水平井、大斜度井等高難度井鑽井一直是業(ye) 界難題，‘璿璣’正是解決(jue) 這些難題的法寶。”“璿璣”技術帶頭人、中海油服總工程師尚捷說。

　　這其中的關(guan) 鍵在於(yu) “旋轉導向”，即便是在鑽頭高速旋轉時，依然能夠準確控製鑽進方向。

　　“如果把傳(chuan) 統導向鑽具比作一輛‘老爺車’，那旋轉導向就相當於(yu) ‘超跑’。”中海油服油技塘沽副經理白克宗告訴記者，“老爺車”時代沒有“導航”、沒有“自動駕駛”，雖然可以滿足大部分出行需求，但當走上蜿蜒複雜的“賽道”時，還是需要行駛速度更快、“轉彎”能力更強、“轉彎”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，就往油藏那鑽，找到這一個(ge) 再去找下一個(ge) ，從(cong) 而串起盡可能多的油氣藏。

　　自20世紀90年代誕生以來，旋轉導向鑽井技術因其橫跨20多個(ge) 學科、涉及1000多道高端工藝，多達幾百萬(wan) 行控製代碼，被國際油田服務公司壟斷達20餘(yu) 年。麵對每年10億(yi) 元人民幣的高昂服務費用、完全加密的技術封鎖和隻租不售的產(chan) 品壟斷，中海油服經過7年的技術攻關(guan) ，於(yu) 2014年成功研發“璿璣”鑽井、測井係統並實現海上作業(ye) ，使我國成為(wei) 世界上第二個(ge) 擁有該項技術的國家。這項技術可以增加平台可控油氣藏範圍4-5倍，提高單井采收率2-3倍，節省作業(ye) 時間30%—50%。

　　“自2014年首次商業(ye) 應用以來，‘璿璣’技術經曆了上萬(wan) 次的可靠性驗證、結構優(you) 化和迭代升級過程，破解了上百個(ge) 技術難題。截至目前，已獲得近百項國家級專(zhuan) 利，關(guan) 鍵作業(ye) 指標——一次入井成功率已達到92.1%，達到世界一流水平。”尚捷介紹。

　　“‘璿璣’擁有超過60°/100m的最大造斜能力，可實現三維複雜井眼軌跡的自如、精準控製。”白雪龍告訴記者，也就是說，每鑽進100米，可導向60度。如此一來，在水平開發井作業(ye) 中，可將造斜井段長度縮短過半，貢獻更長的儲(chu) 層井段。在鑽遇複雜地層時，可以更快速調整鑽井軌跡，提高儲(chu) 層鑽遇率，保證作業(ye) 安全，同時實現最小成本和最快速度完成鑽井。

　　看得清邊界，實時獲取地層信息

　　可全井周反演地質構造，擁有“5G”級別傳(chuan) 輸速率

　　在距離渤中29-6項目不遠的另一個(ge) 海上作業(ye) 平台，“璿璣”正在海底進行鑽井作業(ye) 。與(yu) 此同時，平台上的工作人員通過地麵係統軟件實時獲取了海底的地層信息。

　　“這是隨鑽測井係統在發揮作用。”中海油服油技塘沽高級隨鑽測井工程師馬春彬告訴記者，實現鑽進方向的精準判斷和控製，有一個(ge) 重要前提，就是要十分了解地下地質構造情況。尤其是複雜的叢(cong) 式井中，各井眼軌跡縱橫交錯，猶如植被龐大的根係，相鄰井初始間距甚至不足兩(liang) 米，鑽井過程中，一旦發生“碰撞”，極有可能出現井噴事故，造成數以十億(yi) 計的直接財產(chan) 損失和無法估量的環境汙染。

　　“璿璣”就有這樣一雙“眼睛”，可以“看清”周圍環境。據介紹，其探測能力最大徑向深度可達6.8米，支持全井周360°實時反演地質構造，實現可視化地質導向鑽井。“也就是說，它在鑽井的同時，可以看清周圍6.8米範圍內(nei) 的情況，比如周邊地質構造情況、有沒有油氣資源或其他井眼等。”白克宗告訴記者，這種電磁波“雷達透視”能力，可以將完鑽井眼鎖定在儲(chu) 層最佳位置，大幅度提高油氣井上限產(chan) 能和穩產(chan) 時間。

　　傳(chuan) 統測井工具隻能測井斜和方位兩(liang) 個(ge) 參數，無法獲得更多可供分析的參數。“形象地說，就像我們(men) 開車的時候沒有導航，在起點和終點之間，隻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，也無法及時作出相應調整。”王允海說。

　　而“璿璣”則擁有完整的聲電核隨鑽測井功能，可實現自然伽馬、電阻率、中子孔隙度、岩性密度“四條線”的隨鑽測量，以及四極子聲波、地層測壓等高端技術，可以更全麵地感知周邊信息，廣泛滿足從(cong) 複雜地質導向到隨鑽地層評價(jia) 等多種任務對隨鑽測井能力的要求。

　　不過，在幾千米的井下，它看到了什麽(me) 、下一步往哪兒(er) 行進，並不會(hui) 乖乖告訴你。“這就需要我們(men) 平台作業(ye) 人員和‘璿璣’都帶上‘對講機’，它看到了什麽(me) ，實時告訴我們(men) ；我們(men) 進行分析、判斷後，想讓它往哪兒(er) 走，也及時發出相應指令。”白克宗解釋道，他們(men) 通過泥漿脈衝(chong) 和地麵分流，建立地麵人員與(yu) “璿璣”的雙向通訊，“一旦發現特殊情況，便可及時反饋給作業(ye) 人員，從(cong) 而走出一條最優(you) 化、最省時、最順暢的路線。”

　　其泥漿遙傳(chuan) 速率最高為(wei) 20bps，能支持100米/小時高鑽速條件下30條測量曲線的實時上傳(chuan) 。這種業(ye) 內(nei) “5G”級別的傳(chuan) 輸速率，可以為(wei) 複雜地質情況實時識別提供更多的測量信息，進而有利於(yu) 正確快速地做出鑽井作業(ye) 決(jue) 策。

　　“簡單來說，就是比常規測井方式速度更快、效果更優(you) 。”尚捷說，憑借“璿璣”可靠的性能和廣泛的實用性，隻需一次下井就能精確識別和評價(jia) 油氣藏，大幅降低勘探開發成本。

　　記者了解到，除了渤海油田外，“璿璣”技術還在我國東(dong) 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用，為(wei) 世界油氣勘探開發貢獻了中國智慧和中國方案。(中國紀檢監察報記者 王珍)