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    塞上行 · 访顺北油气田

    来源:能见APP 作者:林深楚 发布时间:2019-10-15 10:48 阅读数:8324

    2019年2月19日,中国石化西北油田所属的顺北油气田再次创造新的钻井纪录。顺北鹰1井完钻井深8588米,相当于珠穆朗玛峰的高度,创当时亚洲陆上钻井最深纪录,这是顺北油气田第六次刷新亚洲陆上第一深井纪录。近期,能见探访了隐藏于塔克拉玛干沙漠北缘、屡屡创下纪录的中国石化顺北油气田,寻找“顺北奇迹”背后的创新。

    一、沙漠里的“顺北奇迹”

    中石化西北油田分公司在1978年进入新疆,1984年发现了具有开创意义的沙参二井,1997年又发现了蕴藏丰富的塔河油田。为了保障国家能源安全,西北油田分公司长期奋战在塔里木盆地内,功夫不负有心人,2016年8月,中石化宣布顺北油气田勘探取得了重大突破。勘探显示,顺北油气田所处的顺托果勒低隆为油气勘探有利区,有多条富藏油气的断裂带。

    顺北1-24井(摄影 李学仁)

    这一成果改写了业内诸多旧理论:

    其一,隆起地带在理论上难以成为油气的储藏地区,但是这次探勘结果证实在隆起地带也能有丰富的油气蕴藏,据估计顺北油田的储量达到17亿吨油当量,是中国近年发现的最大油气田之一。这对今后其他地区的油气勘探具有重大启示。

    其二,传统观点认为,像顺北油田所处的这种断裂带是油气的上升通道,难以贮藏油气。而顺北的勘测结果显示,在这些断裂带中,油气藏在了断裂带上的缝洞中,这意味着断裂带不但是油气的上升通道,同样也可以是油气的储藏地带。

    此外,过去认为超过170℃的高温下,不存在液态的石油资源,主要以气态的形式存在。但是顺北油田的结果显示在这个温度下依然存在液态的石油资源,甚至是优质的轻质油。

    石油虽然“找得到”,但要“拿得到”依然困难重重。

    同塔河油田相比,顺北油田地质结构更加复杂,具有埋藏深、岩石强度大、易漏易塌、超深定向困难、硫化氢含量高等特点。钻井作业面临“深、漏、塌、慢、长”等多重难题,稍有不慎就可能发生埋钻、卡钻等事故,大大抬升了作业成本。塔河油田数十年积累下的超深优快钻井技术也难啃下这块硬骨头。

    深度上,塔河油田平均钻井深度约6000米,而顺北油田的油气埋深均超过7300米,最深的井达8600米,是世界上最深的油气藏之一。西北油田副总工程师、工程技术管理部部长何伟国说,国内井深超过8千米的油井80%在塔里木盆地,其中80%就在西北油田。这样深度的油井要求的钻井技术可以说是国际少有、国内独有。

    8000多米的深度不是一根钻棒往下钻到底,而是由多根钻棒连接到一起,最后钻棒早已不是笔直的“金箍棒”,而是如面条一般柔软,作业难度非常大。由于钻井非常深,地下温度高达175℃以上,有些甚至接近200℃,未来钻井作业越往南部推进,地下的温度可能会更高。同样,随着深度的增加,地下压力也达到了前所未见的程度,地层压力一般达80~90MPa。过去的钻头、钻具、工艺都难以适用于这种高温、高压的环境中。

    地质结构上,塔河油田属于岩溶缝洞型油气藏,顺北油田则是特深层断溶体油气藏。顺北油田处于地层断裂带上,过路地层和储层内幕均更加复杂,尤其是以火山喷发岩为主的二叠系、置留系等多套易漏易塌地层共存,加上奥陶系地层高温、高压、高含硫等因素,工程施工难度前所未有。

    除此之外,由于油气田位于塔克拉玛干沙漠北缘,自然环境极其恶劣,一年中大半时间在刮沙尘,夏天气温高,冬季严寒,在如此严酷的条件下要保证施工不能停。驻守在顺北21井的钻井工人告诉能见,我们来的时候算是最好的时节了,过去几个月差不多天天刮沙尘。

    面对这重重困难,石油人是如何将油“拿到手”的?

    二、“敢为人先、创新不止”的石油精神闯下“顺北速度”

    放眼全球,在陆上埋深如此之大、地层如此复杂的油气藏,可谓仅此一处。即使是全球最先进的国际油服巨头,面对这个烫手山芋也没有把握。

    顺北油田深井钻井现场(摄影 李学仁)

    西北石油人只能咬紧牙关,迎难而上,秉承“敢为人先、创新不止”的石油精神,积极开展自主研发,为顺北油气田建设开展了大量的基础研究和专题攻关。取得了一系列工程技术成果,有力推动了国内超深井工程技术水平不断向前发展,也促进了全球技术的进步以及相关行业的发展,如钢铁业、模具业等。

    例如为了解决二叠系漏失问题针对钻井过程中井壁易坍塌的问题,通过工作五十余年的老专家指点,工程技术研究人员重新认识了地层缺陷特征,针对塔河常规钻井液中缺乏亚微米到40微米粒径颗粒的情况,改造了常规泥浆性能,逐渐实现了让局部薄弱地层强健的目的。

    针对地层岩性非均质性强的问题,工程人员又改变了传统PDC钻头破岩方式,创新出尖齿与圆齿相结合的破岩工艺,研发出“尖圆齿PDC钻头”,并首创采用“混合钻头+高效螺杆”钻井技术,使得机械钻速提高了一倍。

    2017年8月,中国石化西北油田分公司布于顺北油田的顺北评2H井完钻,其完钻井深达到8433米,创下当时的亚洲陆地钻井最深纪录。此前,该记录由塔河油田的塔深1井保持了近11年。在随后两年时间内,西北油田在顺北油田打出了数十口8000米以上深井,先后6次刷新亚洲陆地最深井记录。其中,顺北鹰1井完钻井深8588米,堪比珠峰的高度,标志着西北油田已掌握世界先进的超深井钻井技术,为我国探索超深层油气资源提供了重要技术储备。

    目前,顺北油气田平均钻井周期由起初的332.45天缩短至了149天,缩短率55.2%。其中,顺北5号带单井降低复杂时间更是达到了300天左右,单井投资减少近1个亿。顺北1-4H井、顺北2CH井等8口井创造小井眼定向国内最深、套管下入最深、钻井裸眼段最长、工区钻井周期最短等油田工程新纪录。

    在顺北经验上,西北石油人首创了断融体理论,可以通过该理论再去二次评价塔河油田,对于塔河油田的保产意义重大。

    据西北油田分公司工程技术研究院党委书记,副院长翟科军介绍,顺北油气田的创新核心主要体现在以下几个方面:

    1.    设计上的革新,包括井深结构设计、工程设计,从塔河油田到顺北油气田具有质的飞跃。

    2.    大尺寸套管等工具的研发,例如和宝钢的合作,这也对钢厂等基础制造业提出更高的要求。

    3.    钻井技术的技术革新,包括固井/测井技术,钻头的材质、形态、设计都提出了新要求

    4.    中国企业对深度的推进要求,推动了整个世界行业的技术进步,对国外一流企业也产生了倒逼作用。这些超深井的密集诞生,不仅打开了中国油气开发的新局面,也将全球油气工业的水平推向了新高度。

    三、挑战不止,探索不息

    目前,顺北地区的18条断裂带,已在两条断裂带上打下了油井,不同断裂带上的差异显著,未来最大的问题就是“未知”。随着作业地点的南移,“深度”和“未知”为将来的工作带来了一系列的挑战:

    技术、装备难度上升。“电子元件”等基础研究领域的技术成为“卡脖子”,小型化、抗高温、抗高压成为未来突破方向。“170℃”成为业界的技术瓶颈,在这一温度以下,已经实现电子元件的国产化,但是顺北的超高温使得国际上最顶尖的油服公司也难打保票。

    水平旋转导向仪、钻头等关键设备,国内行业整体尚未突破技术瓶颈。过去技术的对外依赖更加严重了,80年代的石油开采,从日本的钻表到罗马尼亚的钻机,几乎所有设备都依靠进口。到今天已经实现了80%-90%的国产化,仅有少量的高、精、尖的技术例如电控系统、密封原件、化学产品还需要进口。

    生产的智能化和自动化都同国际顶尖企业存在距离,人工成本在上升、招工难,迫使企业必须压缩钻井周期,目前中国石化也在精简团队人数,朝着生产智能化、自动化进步。

    此外,中国石化近年来更加注重安全问题,加强井控管理,确保工人的人身安全。响应国家保护青山绿水的号召,在生产的同时,加强环境保护,做到“污水不落地”,这也对技术提出了新要求,同时增加了成本。

    顺北1处理站(摄影李学仁)

    西北油田分公司工程技术研究院钻井所所长李双贵表示,未来的方向是提速和解决永恒的“复杂”问题——漏、塌。为了保障能源安全,西北石油人一直在挑战极限,做到敢为人先,创新不止,拼搏、奉献,把不可能变成可能!

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