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中国石油威尼斯真人游戏分簇射孔助力页岩气会战的调查
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  国内独创水平井泵送分簇射孔与桥塞联作技术应用成功(吴泓桥 摄影)_调整大小.jpg

国内独创水平井泵送分簇射孔与桥塞联作技术应用成功 摄影 吴泓桥
分簇射孔泵送辅助软件(王敏 摄影)_调整大小.jpg
分簇射孔泵送辅助软件  摄影 王敏
 
   “C3420队在YS108H13-2井完成第6段射孔,余12段。”
  “C3417队在威204H50平台井完成64段射孔,余48段。”……
  2018年11月8日,中国石油威尼斯真人游戏近20支射孔队从长宁、威远等地传出最新施工进展。在今年掀起的川南页岩气会战中,由威尼斯真人游戏西南分公司在国内率先推出的分簇射孔技术“辗转腾挪”自在从容。
  “十二五”期间,世界范围内新一轮科技革命和产业变革蓄势待发,科技创新成为世界趋势。踏上创新驱动的风火轮,威尼斯真人游戏的分簇射孔高调亮相,领跑中国射孔。
  分簇射孔技术是在井筒和地层有效沟通的前提下,采用电缆输送方式,按照泵送设计程序,将射孔管串和桥塞输送至目的层,一次下井最多可进行20级点火作业,实现桥塞坐封与多簇射孔联作,为分段压裂创造孔道条件,是非常规油气资源开发的最优选择。
  2015年10月,由西南分公司牵头起草的《页岩气储层改造第6部分:水平井分簇射孔作业要求》通过国家能源行业页岩气标准化委员会的审查。集团公司技术专家、西南分公司经理陈锋说:“我们不仅是国内分簇射孔专有技术的掌握者,而且是国内分簇射孔技术标准的制定者。”
  在与国际一流公司的同台竞技中,西南分公司的分簇射孔综合排名遥遥领先。国际射孔论坛主席、世界射孔技术权威专家MarkBrinsden说:“你们分簇射孔技术的发展让我们大吃一惊,其技术水平已达到国际一流,未来我们将加大与你们的合作。”
 
 
分簇射孔破壳而出 从一片空白到国际先进
 
  在科学技术日新月异的时代,科技情报成为制胜法宝。
  2009年初,陈锋在查看美国“页岩气革命”应用到的工程技术时,“分簇射孔”这个概念第一次跳入眼帘,他迅速安排射孔专家唐凯组织开展情报调研。令人失望的是,没有找到有用的信息。国际同行越是封锁得严密,他就越好奇,从此,分簇射孔这颗种子在他心里扎了根。
  鸡蛋,从外打破是食物,从内打破是生命。
  “国外在悄悄干的技术,一定是先进技术,我们要尽快掌握。”尽管当时不知道分簇射孔有什么用,但在国内射孔领域处于领跑地位的威尼斯真人游戏人敏锐地意识到,只有紧跟世界潮流,掌握最新技术进展,才能确保与时俱进。
  2010年上半年,西南分公司把分簇射孔研发提上议事日程,组建由陈锋挂帅的研发小组。
  根据多年的科研经验,研发小组确定了“从易到难,从简单到复杂,从直井到水平井,从平台井到工厂化,边研发边应用”的总体思路,一步一个脚印稳步向前推进。
  所有的技术研究都离不开现场实验。2010年7月21日,在中国第一口页岩气井——威201井,西南分公司首次在直井里完成了两次点火射孔作业。此后一年内,他们在直井里完成了多次点火、电缆与桥塞联作等试验性研究。在唐凯心里,这还属常规射孔范畴,最多只能算国内分簇射孔的初级阶段,真正的考验还在后面。
  考验源于常规射孔与分簇射孔间的巨大差异。常规射孔是通过电缆将射孔器下至油气井目的层位,射穿套管、水泥环并射入地层,建立起井筒与地层间的油气流动通道,相当于给油气一个“出口”。而分簇射孔既要为油气从地层进入井筒提供高效流动通道,又要为压裂液进入地层提供高效注入通道,分簇射孔肩负着为油气提供“出口”、为压裂液提供“入口”的双重责任。由于“出口”直接影响油气产量,“入口”决定水力压裂的效果,因此,分簇射孔这道小工序,却是影响油气产能的关键环节。
  “常规射孔是在直井里搞电缆射孔,分簇射孔却是在水平井里搞泵送射孔,团队的思维方式和设计理念都遭遇前所未有的挑战。”唐凯直言研发之难。
  如何将射孔器用电缆输送至水平井目的层位?如何为储层分段?如何实现高温高压条件下电缆一次下井多级射孔?如何为页岩缝网压裂创造最佳孔道条件?这四道难题成了“拦路虎”。
  志不求易,事不避难。时任射孔工程设计室主任王海回忆,从工艺方案设计、密封结构、器材连接到现场试验,研发方案不断调整升级,从第一版本到第四个版本,设计构想发生了颠覆性的变化。
  科研人员从施工设计、器材加工到现场装枪、指挥调度都亲力亲为。“原来搞的一次点火,最多两次点火,没想到发展到20多次点火;原来桥塞是单独坐封后再射孔,没想到射孔枪与桥塞可以一起下井。”太多的“没想到”变成了现实,四大难题逐一攻克,形成了系统完善的分簇射孔大家族。
  在这个“以技取胜”的大家族中,有五个兄弟,他们是数码程控多级点火、易钻复合桥塞分段、水平井泵送、选发射孔器、高压动密封电缆防喷。作为家族的灵魂人物,他们既各显神通,又目标一致。“老大”——多级点火,通过对高温高压下微电流多信号的传输及远程控制,实现电缆一次下井,按选定地址编程选发,可完成多簇射孔点火作业。“老三”——水平井泵送,有一套商业化软件,可精确设计和优化浮力、摩阻系数、泵送液密度、枪重等泵送排量信息;通过优化组合柔性加重、泵送环、滚珠滚轮接头等硬件,实现射孔器在数千米井下的长距离输送及定位。“老四”——选发射孔器,采用特殊的枪体结构及连接方式建立通讯,可实现射孔器的实时检测及发射;优化先锋弹的射孔参数,创新布弹方式,控制射流走向,为控制页岩气体积压裂裂缝走向及延伸提供孔道条件。
  历尽风雨,终见彩虹。“页岩气分簇射孔技术研究及成套装备工业化应用”获重庆市2014年度科技进步一等奖,获选中国石油“十二五”十大工程技术利器。”重庆市科技成果鉴定委员会认为:“研究成果为非常规油气藏高效开发提供了强有力的技术支撑,整体技术水平填补国内空白,达到国际先进水平。”
  国外同行率先使用并严密封锁的分簇射孔,在国内由西南分公司摸索着一波三折地研发成功,助力中国页岩气喷涌而出。
 
 
页岩气潮涌 中国分簇射孔充当“出气筒”
 
 
  苟日新,日日新,又日新。努力,总会有生生不息的希望。
  在西南分公司分簇射孔技术摸索前行时,美国“页岩气革命”掀起的风暴,已经动摇了世界液化天然气市场格局,在全球能源领域引发了一场变革。
  美国成功开发页岩气的消息震惊世界,中国政府把页岩气开发纳入国家战略性新兴产业,设立了四川长宁-威远、滇黔北昭通、涪陵焦石坝、延长石油延安4个国家级页岩气示范区,掀起了页岩气勘探开发热潮。
  页岩气大面积连续成藏、无气水界面、低孔、低渗、无天然裂缝,一般无自然产能或低产,有地质专家把页岩比喻为“大棉被”,页岩气就是大棉被里储藏的天然气。
  由于页岩气与常规油气资源的生成条件和特性不同,不能沿用常规手段进行勘探开发,需用特大型水力压裂和水平井技术才能进行经济开采,挤出“页岩棉被里的天然气”。
  因此,页岩气开发属世界级难题,国内没有现成的基础理论、工程技术、配套装备、施工经验可供借鉴。合适的射孔工艺和射孔器,可以获得最理想的产能,分簇射孔是水平井分段压裂施工的关键工艺。
  真是越努力越幸运。分簇射孔研发刚取得突破性进展,就赶上了国家试点开发页岩气的良机。更得天独厚的优势是:四个国家级页岩气示范点中有两个都部署在西南分公司的主力战场——四川盆地,当国内同行四顾茫然时,西南分公司已成竹在胸。
  西南分公司通过分段分簇发射射孔弹,在“页岩棉被”里“造缝”,水借助外力沿着这些缝隙挤进“页岩棉被”,抢占“棉被”里天然气的空间,页岩里的天然气被逼无奈,只有顺着这些缝隙往外涌。分簇射孔“临门一脚”,给页岩气射开了若干条“出路”,牵引着它从地层奔向井筒,服务于国民经济建设。从这个意义上说,分簇射孔是页岩气的“开路人”、“出气筒”。
  仰之弥高,行之弥笃。踏着国家页岩气开发政策的节奏,威尼斯真人游戏的分簇射孔技术一马当先,开启了黄金时代。
 
壳牌金秋小试牛刀 技术水平国际顶尖
 
  分簇射孔的先进性,既体现在技术上,也体现在实践中。
  页岩气完井作业对作业时效、关键技术等都提出了更高的要求,分簇射孔与桥塞联作技术不需要井架,能够在井口带压的情况下,实现射孔枪串一次下井完成多次点火射孔,并和桥塞坐封联作,能够满足水平井分段立体压裂需要。陈锋说:“这是目前最理想最有效的页岩气试油完井方式,也被国际工程技术服务公司广泛采用。”
  西南分公司分簇射孔技术的成功应用,改变了几十年来“一次下井只可实现一次射孔”的传统做法,彻底打破了国外公司在非常规油气开发领域的技术垄断。
  2012年2月23日,在金华8井,西南分公司与富顺-金秋反承包区块壳牌中国公司第一次“触电”。据小队长单勇回忆,为了满足甲方对4个层位进行压裂的需求,小队优化了施工设计工艺,采用射孔-桥塞坐封联作技术,使原计划用四趟下井才能完成的工作,缩短到两趟下井。平均3小时完成一次下井作业,节约了施工时间,降低了作业成本。
  这次作业给壳牌管理层留下了深刻印象,壳牌完井高级监督艾伦迅速发来感谢信。此后,凡有分簇射孔,壳牌都点名要单勇带队去完成。
  继金华8井成功应用分簇射孔两次点火技术后,壳牌中国公司抛来了“橄榄枝”,主动安排金秋致密砂岩气项目第一口重点探井金华3井试用分簇多级点火射孔技术,表达合作诚意。
  4月13-14日,在完成了选发射孔器材加工检验和配接、射孔地面系统调试和分簇射孔系统配接试验后,西南分公司精兵强将进驻金华3井,仅用20小时就高效完成了1次通井、3次带压、10簇射孔,展示了在射孔高端市场独特的技术实力和施工能力。壳牌现场监督的喜悦之情溢于言表。
  从金华8井的两次点火到金华3井的四次点火,这是革命性的突破,标志着真正意义上的分簇射孔技术诞生了。此后,西南分公司替代某国外大公司,独占壳牌分簇射孔反承包市场。
  壳牌中国公司为何弃国际大公司而选西南分公司呢?众所周知,页岩气井勘探开发的“高成本”,很大一块来源于国际大公司提供的特殊工艺,这些特殊工艺需要高科技含量的设备和丰富的施工经验作支撑,此前在国内属“无人区”,所以他们只有请来国外大公司。实现页岩气井的规模开发,降本是关键,而核心技术的“本土化”是捷径,西南分公司提供了这样的便捷条件。
  6月29日,西南分公司在金华11井采用分簇射孔一趟下井8次点火技术获得成功,创造了电缆一次下井点火次数最多纪录。
  2012年,西南分公司的分簇射孔从两次到四次再到八次点火的成功,展示出神奇而快速的创新能力。壳牌四川项目部完井组总监罗宾赞叹:“你们的分簇射孔为页岩气工厂化开发提供了安全、高效的技术支持,在国际上都是顶尖水平,值得大力推广。”
 
焦石坝同台竞技“你们的射孔就是标准”
 
  2015年12月29日,中国石化宣布在焦石坝建成中国首个商业化开采的大型页岩气田。军功章上,西南分公司的分簇射孔功不可没。
  焦石坝是储存页岩气的“大粮仓”,也是分簇射孔的“竞技场”,来自中国石油、中国石化、斯仑贝谢、哈里伯顿以及私企的20多支射孔队同台竞技。
  “2013年9月,我们在焦页6-2HF,由于施工时效没有达到甲方预期,被撵出了焦石坝。”时任基层生产办主任代传刚对此“耿耿于怀”。
  “我们不是技术不行,而是效率还有待提高。”西南分公司痛定思痛,强化训练,准备东山再起。代传刚没想到,转机会来得这么快。
  西南分公司被撵出焦石坝后,甲方花高价请来国外知名公司,不到一个月,发生了严重质量事故。
  西南分公司被请了回去,接手焦页12-3HF井。他们以平均每层4.5小时的速度完成了17层分簇射孔和桥塞坐封,重获甲方认可。
  西南分公司的分簇射孔技术不仅是甲方的“雪中炭”,也是竞争对手的“救命草”。
  C3403队队长武建军回忆,“竞争对手在焦页6-1HF井作业不顺时,求助于西南分公司,我们小队承担了‘救人于危难’的光荣任务。”
  到井场后,他们熟练地从特种车上卸下分簇射孔总装室,准备射孔枪、弹,流畅地打开分簇射孔泵送辅助软件,清一色的“自家造”,使得在对手手中桀骜不驯的“猛虎”,在C3403队手里变得温顺乖巧起来。当他们完成了对手完成不了的任务时,竞争对手感慨:“我们用的是进口设备,你们用的是国产设备,你们怎么就干得比我们好呢?”
  赢得甲方尊重不易,赢得竞争对手尊重更不易,这两者西南分公司都做到了。
  瞄准新需求,创造新供给。2013年10月,威尼斯真人游戏西南分公司“一软一硬”两套设备亮相焦页40-4HF井,不仅让甲方“看见”了自己在射孔上的专业水平,也让国内外同行“看见”了自己的差距。
  “一软”是指分簇射孔泵送辅助软件,由小队操作员赵昕迪开发。这个平台可根据泵送过程实时显示射孔层位、泵送状态、井口张力、绞车速度、管串速度等施工信息,化解因施工环节信息量大、泵送过程风险高、井下管串状态不易控制等风险。国外石油公司表达出购买这套软件专利权的意愿。
  “一硬”是分簇射孔总装室,由射孔分公司经理董海设计。他说:“焦石坝雨水多,射孔器材容易受潮;职工在野外一干就是两三个月,没有一个休息的地方,这些现实问题一直折磨着我,于是就想建一个移动装枪房。”总装室内安置有两个防爆空调、办公桌、操作台及供员工休息的一排座椅,问题迎刃而解。甲方领导赞叹:“焦石坝的射孔队中,你们最专业!”
  西南分公司的射孔工艺与射孔产品一体化出征,优势互补,相得益彰。陈锋引以为豪:“我们可以根据井筒、井况、储层特征和甲方的特殊需求,量身定制射孔工艺、射孔枪和射孔弹,以个性化的服务为甲方创造最大价值。”
  中国石化经过一年多的跟踪评估和调查分析,认为西南分公司的分簇射孔技术更成熟、工艺更先进、射孔弹穿孔性能更卓越,为后续压裂创造了更好的孔道条件,因此增产效果更显著。于是下发通知:“自2014年11月3日起,涪陵工区统一使用先锋川弹。”此后,在焦石坝服务的国内外企业都购买西南分公司的射孔弹及配套器材。
  射孔弹穿孔深度直接影响压裂效果和油气井产能。据射孔工艺所所长罗宏伟介绍,通过美国石油学会(API)检测认证,127型先锋弹最大穿深1986毫米。这意味着每一发127弹可以在“页岩棉被”里射出1.986米长的裂缝。甲方不仅要求威尼斯真人游戏西南分公司出产品,还要求出标准。安排西南分公司编制分簇射孔施工作业流程和事故处理流程,作为焦页区块射孔队共同遵守的标准。代传刚说:“按照甲方的要求,我们的射孔专家开办技术讲座,给他们宣讲工艺技术流程,培养操作和监督骨干人才。”
  做出多少努力,收获多少回报。
  在焦页12-4HF井2099米的水平段内,完成了“69簇射孔+25个桥塞”施工,每层耗时不到4小时,创下分簇射孔水平段最长、射孔层数和单井簇数最多三项国内纪录。
  甲方在对服务队伍进行末位淘汰打分时,西南分公司的射孔队得分最高,成为中国石化涪陵工区十佳示范单位。
  当初甲方对施工时效不满意的焦页6-2HF井,截至2017年8月31日,累计产气2.5亿立方米,保持全国页岩气井单井累计产量最高纪录。甲方领导说:“我们在焦石坝的高产井,用的都是你们的新技术。”
 
让页岩出“大气” 分簇射孔有“绝招”
 
  一招鲜,吃遍天。西南分公司的分簇射孔广泛应用于常规油气和非常规油气,不仅在反承包区块和焦石坝区块干得风生水起,而且在长宁-威远、道达尔苏南、昭通、黔江、红河、渭河、江苏、苏里格等战场也是捷报频传。
  射孔生产管理人员王琦说:“2013年7月4日,工厂化射孔在岳101-94井组试验成功。12月2日,长宁H3平台两口井同时施工,两个队交替上阵,标志着分簇射孔从单井单队向平台井、多队联合作业转变,页岩气开发正式迈入工厂化时代。”
  工厂化作业主要指同一井组两口或两口以上的井,通过共用机械设备和后勤保障系统,实现分簇射孔与体积压裂不间断交替作业,最大限度地提高作业效率,降低作业成本。页岩气开发,工厂化是常态。
  2014年3月8日,4支射孔队经过11个昼夜的连续作战,完成了长宁H2井组4口井的工厂化施工,刷新同一井组多口井不间断交替作业的国内纪录。
  唯有持续创新,才能抓住机遇。
  射孔工艺研究人员任国辉形象直观地描述了分簇射孔技术持续创新的轨迹。他说,分散储藏在地层中的非常规油气,就像南方的村庄,数量繁多又相距较远。村庄里的每栋房子里储满了油气宝藏,一次取出极不容易,于是产生了“分别取出”的想法,由此研发了分簇射孔。而分簇射孔只能保证对准“房子”,并不能保证对准了“房子”的大门,这样容易给“房子”的梁柱、墙壁(油气层)带来损害。他们想在未知的地层里指哪打哪,于是陆续推出了分簇定面、分簇定向、定方位、连油分簇智能点火等新技术。
  智者创造机会,急难险重任务面前,更显西南分公司的创新机智。
  威204-H1平台因井眼轨迹狗腿度变化,井筒中存在砂石、碎屑等杂物,井况异常复杂。西南分公司接下了这个“烫手的山芋”。陈锋说:“别人不愿干的事,我们干成了,就创造了更多的市场机会。”他赶赴现场协调指挥,连油分簇定面射孔、桥塞+电缆分簇定向射孔联作、大通径免钻桥塞+分簇射孔联作、复合易钻桥塞+分簇射孔联作、无线振动监测仪等五项新技术“抱团助威”。34段96簇射孔顺利完成,展示了西南分公司解决疑难问题的强大实力。
  为了解决太和1C1井井眼轨迹在第八、九段偏离目的层位的问题,西南分公司针对性地开发出定向分簇射孔技术。甲方负责人表现出浓厚的兴趣。
  目前,中国石油按每年新钻300多口页岩气井的节奏,在威远县、珙县、兴文县等地部署钻机125台,创造了四川油气工业史上开发一个区块动用钻机最多纪录,开启“解放”页岩气大会战。
  “提速增效”是当前的主旋律,西南分公司不断推出新技术:优化分簇射孔管串,大幅提升装配效率。改进复杂井况电缆泵送技术,在威远套变井替代了时效低、成本高的连油作业。自主研发的等孔径射孔弹,在2018年页岩气市场的应用迎来爆发式增长。
  为了满足页岩气大开发的新需求,技术人员正在从深化深层长水平段泵送程序研究和水平井电缆及管串受力分析研究等六个项目着手,解决页岩气开发面临的新难题。
  新技术、新产业、新业态孕育壮大,使创新驱动逐步替代要素驱动成为增长主动力。
  凡是过去,皆为序章。
 
                      (消息来源:科普时报   2018年11月13日   李倩 裴敬秀)
2018-11-21 来源: 责任编辑: