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我国陆相页岩油勘探开发综合技术攻关纪实
2024/08/28 16:53 来源：科技日报 阅读：1万
盛夏的新疆准噶尔盆地，热浪滚滚。在位于其东缘的中国石油新疆油田公司吉庆油田作业区（以下简称“吉庆油田”），一枚垂直向下挺进的钻头，在地下约4000米深处紧急“刹车”。
“就是这里，找到页岩油了！”作业区钻井平台上爆发出一阵欢呼。
很快，钻头重启，来了个90度旋转，沿着水平方向继续前进。
“我们不仅实现了在地下几千米深处垂直钻探，还能使钻头在地下拐弯，进行水平钻探，这大大提升了页岩油的勘探率和成功率。”8月5日，在接受科技日报记者采访时，中国石油新疆油田公司勘探事业部经理郭旭光自豪地说，经过十多年科研攻关，吉庆油田已初步构建起陆相页岩油勘探开发综合技术体系。
寻找甜点区
页岩油，是指储藏在页岩中的石油资源。这种非常规原油很难开采，有人形象地称其为“从石头缝里挤出的油”。此前，世界上只有美国才有能力开采页岩油气。
吉庆油田企业高级专家梁成钢介绍，我国页岩油以陆相为主，主要分布在新疆准噶尔盆地，相比北美海相页岩油，其连续分布面积偏小、成熟度偏低、黏土含量偏高，开发难度极大。曾几何时，有的外国专家甚至认为，在准噶尔盆地钻探页岩油井是“天方夜谭”。
“不信邪”的中国石油人迎难而上。2011年，新疆油田在吉木萨尔凹陷，部署了第一口直井——吉25井，并成功获得页岩油工业油流。经过专家勘探估算，这片区域的页岩油储量逾10亿吨。当时，这一消息震动了整个石油界。
次年，新疆油田在这片区域又部署了一口水平井——吉172-H井，第一年年产量就突破8000吨。
“发现高产油井后，我们以为也能像北美一样，在凹陷内打井就能采出页岩油。”梁成钢回忆道，“然而，在部署了一批工业化试验井后，却发现事与愿违。”
“井一口口打下去，但产油量却差距很大。”新疆油田公司勘探开发研究院非常规研究所工程师何吉祥说，有的井日产量突破百吨，有的井日产量只有个位数。
由于未达到稳定高产的标准，后续钻井作业被迫按下“暂停键”。
何吉祥告诉记者，在国外，把含油性好、开采价值大的页岩油有利部位称为“甜点区”。由于我们没有找准自己的“甜点区”，才使得开采效果远未达到预期。
从头再来，追根溯源。在一间存放着上万块岩心样品的仓库里，科研团队利用放大镜、显微镜，在样品的纳米、微米级的孔隙和裂缝中，寻找“甜点区”的蛛丝马迹。
“那两年大家都憋着一口气，在不断的自我怀疑和否定中奋力前行。”何吉祥说。最终，团队刻画出陆相页岩油的地层特征，找到了“甜点区”的分布规律。
与此同时，该团队成功开发出一种基于多个参数的定量“甜点”评估技术。这一突破也填补了我国陆相页岩油油藏理论空白。
提升钻遇率
陆相页岩油勘探难，难在储油层之深，更难在“甜点区”之薄。
在吉庆油田作业区，储油地层平均深度达3800米。深藏其中的“甜点区”如同波浪般起伏分布，平均厚度仅有1.5米。这无疑给勘探工作带来巨大挑战。
“勘探钻头刚打到‘甜点区’内部，不出几十米又钻了出去，就像开车行驶在没有路灯的乡间小道，一不小心就会开出路面。”吉庆油田地质研究中心二级工程师岳红星介绍，业内将钻头找到油层的概率称为钻遇率。四年之前，国内这个指标一直停留在50%以内，这意味着岩层中布设的管道有一半采不出油来。
2020年，吉庆油田获批建设首个国家级页岩油示范区。要实现商业化规模开采，提升钻遇率至关重要。
吉庆油田页岩类型为混积岩，组分含量十分复杂，很难找到规律性，因此需要更加精细的岩相分析。“国际上有一种方法，在钻头上携带设备实时分析岩相，但成本太高。”岳红星说，为解决这一难题，大家每天都会进行“头脑风暴”，有时甚至讨论到凌晨。
有人提出，用碳酸盐含量来判定储油层位置。这在业内并无先例，好在这种方法成本很低，他们决定尝试一把。
科研人员对采集于“甜点区”内外的岩屑进行了大量的分析比对。结果发现：碳酸盐矿物含量存在明显差异，并与页岩含油量呈现负相关。
“我们在钻井现场加了一道岩相分析，随时对采集上来的岩屑进行矿物分析。如果碳酸盐含量过高，我们就调整钻头角度，直到碳酸盐含量回到正常水平。”梁成钢告诉记者，这种方法将钻遇率提升至80%以上。
基于全新的岩相矿物含量分方法，以及不断改进的其他导向手段，吉庆油田形成一套页岩油勘探开发的“黄金靶体”理论和技术体系。“‘黄金靶体’就是让钻头始终平稳穿行于‘甜点区’，将钻遇率提升至90%以上，达到国际先进水平。”梁成钢说。
取代磕头机
对于常规油田来说，只需一口直井打下去，原油就可以借助地层压力自动流出地表。而页岩油的开采则需要直井和水平井精妙配合，犹如在地层中“撑开一把伞”，通过压裂的方法，为隐藏在岩石细密孔隙里的原油，构建四通八达的“路网”。
2013年，吉庆油田引入了国外压裂技术，但该技术很快就“水土不服”。
“地下4000米左右的地层，处于高温高压的极限状态。这导致钻头和供电管路损耗率极高，严重拖慢施工进度。”梁成钢说，加之压裂材料价格昂贵，使得开采成本直线上升。
面对施工难题，吉庆油田开始探索水平井体积压裂技术。该技术的独特之处在于“高密度切割+高强度改造+低成本材料”。
“采用该技术后，吉庆油田不到50天，就完成了58号平台8口井的压裂作业。而在此前，压一口井就需要50至60天。”梁成钢介绍。
记者在58号平台看到，“藏”在集装箱式小房间里的无杆泵，取代了传统的“磕头机”，将数千米之下的页岩油源源不断地输送至地面。
“依托物联网技术，无杆泵采油平台的温度、压力、计量等参数，会自动传输到中控室，实现了无人巡检。”吉庆油田工艺研究中心助理工程师曹鹏禹对记者说。
此前，由于地下环境恶劣，每隔70多天，传统无杆泵就要进行一次检修，更换一次核心部件。“经过不断的技术改造，目前无杆泵整体检修周期可延长到400多天。”曹鹏禹说，“无杆泵身材小巧，还可减少80%的地面管网。”
今年，吉庆油田将完成100口页岩油钻井，新建产能60万吨以上。这意味着，平均三天多，就能钻出一口井。
党的二十届三中全会提出，推动技术革命性突破、生产要素创新性配置、产业深度转型升级。新疆油田公司党委委员、副总经理吴宝成表示：“我们将深入贯彻落实全会精神，扎实推动科技创新和产业创新深度融合，加快推进页岩油气开发迈向主流化、常规化，为增强国家能源安全和自给能力作出新的贡献！”（记者 梁乐 朱彤）