“金鋼鉆”攬下“瓷器活”

□ 圖、文/劉文龍

隨著國內幾大油田進入開發(fā)中后期，如何提高老油田開采效果成為橫亙在科技人員面前的一道難題。勝利油田鉆井工藝研究院（簡稱勝利鉆井院）以解決石油工程技術難題、推動油田發(fā)展為己任，牢記行業(yè)責任，勇于創(chuàng)新，敢于擔當，經過40年的不斷探索，已發(fā)展成為一所集科研、設計、制造、服務為一體的專業(yè)化、開放型、綜合性石油工程技術研發(fā)服務單位，成為勝利鉆井的強動力和我國石油工程行業(yè)名副其實的“金剛鉆”。40年來，先后承擔局級以上科技項目800多項，榮獲局級以上科技獎638項，其中國家發(fā)明獎、技術進步獎24項，省部級科技進步獎125項，獲得授權專利452件，這些發(fā)明專利切實地解決了我國石油工業(yè)面臨的工程技術難題，為推動我國石油工業(yè)的發(fā)展作出了重要貢獻。

讓鉆頭長眼跟著油藏“走”

在黃河入?？谀蟼扔幸粭l向海洋延伸的人工道，道路盡頭的一個“小島”上，整齊地排列著一排排高大的海油陸采叢式井組。這就是著名的墾東12海油陸采叢式井組。墾東12海油陸采工程是鉆井院復雜結構井鉆井技術應用的一個典范。

叢式井在海油陸采中有著得天獨厚的優(yōu)勢。因為，海上油氣生產受到鉆井平臺面積和移動困難的限制，與陸地相比，打井難度極大。如何既能把海底油氣成功開采出來，又能實現(xiàn)海上油田經濟高效開采，正是這樣的需求催生了這種井組的誕生。

而在這個平臺上分布著114口油井。在這么狹小的平臺上打出100多口井，鉆井的時候既要防止發(fā)生碰撞，又得避讓之前的其他油井，還要準確打到油層里，這對鉆井工程技術無疑是一大挑戰(zhàn)。2004年12月，鉆井院研制出有自主知識產權的隨鉆測量儀（LWD），它能夠在鉆井過程中實時傳輸伽瑪和電阻率等地質參數(shù)。地質和現(xiàn)場工程師看著這些參數(shù)形成的曲線，就能知道鉆頭鉆遇和將要鉆遇的地下情況，然后“指揮”著鉆頭沿著最佳油層目標鉆進。

地質導向鉆井技術是隨鉆測控技術中的一種高端技術，又叫近鉆頭地質導向技術，就是把航天技術用到了地下，給鉆頭裝上了“眼睛”，讓鉆頭跟著石油“走”。

地質導向鉆井讓目標不再固定不變，而是根據油層的位置隨時調整，由根據預測確定的固定“幾何靶”變成了實際的不確定“移動靶”；部分測井項目也由原來的完井后進行變?yōu)殡S鉆隨測，既縮短了鉆井周期，又減少部分測井費用。

地質導向技術的出現(xiàn)，破解了國內鉆井工程的技術瓶頸。鉆井院這項成果，硬是讓儀器向鉆頭方向移近了約15米，達到了距離鉆頭0.6米的位置。2013年3月，中國石化召開科技表彰大會，勝利油田鉆井院申報的“近鉆頭地質導向技術”獲得2012年中國石化集團公司技術發(fā)明一等獎。

分支井技術比肩國際

3月11日，勝利鉆井院成功應用分支井技術完成河3-支平1井再進入工具及技術服務，不僅保障了我國陸上第一口五級分支井下分支成功投產，而且標志著勝利鉆井院分支井技術打破國際壟斷，比肩國際先進水平。

國外主要采用分支井技術提高開采效果。分支井技術是在一個主井眼中鉆出多個分支井眼，打一口分支井就相當于打多口直井、多口定向井、多口水平井，可以大大降低鉆井成本。多分支井可用于新井和側鉆井，可使井眼在單一油層得到更大延伸或一次聯(lián)通多個油層，從而達到提高采收率目的。按照復雜性和功能性分級體系，分支井按完井方式規(guī)范為6個等級。其中五級以上高級別分支井技術還具有分支井眼連接處機械支撐的完整性、液力密封性能和井眼的選擇性再進入性能。

但是該項技術被國際石油工程巨頭壟斷，服務價格昂貴。為打破壟斷，勝利鉆井院自2000年開始攻關分支井鉆完井技術。在項目研制過程中，他們通過采取產、學、研為一體的聯(lián)合協(xié)作方式，組建了國內一流的技術研發(fā)團隊，充分發(fā)揮了集石油工程、機電一體化、自動控制和計算機技術等多種學科為一體的整體技術優(yōu)勢，確保了課題高效有序運行。

自2000年至今，歷經10余年的研究探索，鉆井院在分支井鉆完井技術方面獲得了大量的科研成果，形成了一至六級分支井在內的系列分支井技術，研制的系列化分支井工具系統(tǒng)達到了國外同類產品的技術水平，突破了國外在高級別分支井技術領域的壟斷；取得的研究成果標志著國內分支井鉆完井技術國產化研究工作取得了技術突破，為國內石油鉆井行業(yè)的高級別分支井鉆完井技術的進一步發(fā)展奠定了堅實的技術基礎，且研究成果在勝利油田得到大規(guī)模推廣應用。

其中，2006年國內第一口具有自主知識產權的魚骨狀分支水平井—埕北26B-支平1井在勝利油田設計形成，標志著勝利油田水平井的設計應用走在了國際前沿。該井是中國石化第一口暨勝利油田首口魚骨狀分支水平井，由一個主井眼和四分支井眼構成，四個分支井眼與主井眼之間成魚骨狀分布，該井建成后日產油達105噸，為周圍油井的3.3倍。

2011年6月，鉆井院成功完成河3-支平1井施工，標志著我國陸上第一口五級分支井在勝利油田誕生。該井為兩個分支，鉆探目的是利用高級別分支水平井獨有的技術優(yōu)勢，開發(fā)勝利油田河3—斜36區(qū)塊上下兩個獨立層系，完善區(qū)塊開發(fā)效果，提高產能及采收率，增加分支水平井控制面積，最大限度地提高單井產量。河3—支平1井于2011年4月22日開鉆，5月23日第一分支完鉆，完鉆井深2489米，垂深2116.21米，水平位移472.26米；6月8日第二分支完鉆，完鉆井深2400米，垂深2067.80米，水平位移476.77米。該井的成功實施標志著我國分支井鉆完井技術已達到國際先進水平。

2012年，鉆井院承擔的“高級別分支井鉆完井技術研究”項目順利通過中國石化專家組驗收。專家組一致認為該項目取得了三點創(chuàng)新，一是六級分支井地面預成形井眼連接總成采用雙側對稱地面預壓成形和井下雙管同時膨脹整形技術，通過室內試驗與仿真相結合優(yōu)選了材料和工藝參數(shù)；二是五級分支井井眼連接系統(tǒng)采用榫合結構井下插接的結構設計，實現(xiàn)了整體機械支撐及液力密封性；三是采用再進入導向器和隔離套相互轉換的工藝技術實現(xiàn)了選擇性再進入作業(yè)，并在現(xiàn)場成功應用。

膨脹管技術破解生產難題

2012年，勝利鉆井院利用自主研發(fā)的膨脹套管及其配套鉆井技術在塔河油田T816KCH2井中成功完成第三口試驗井的膨脹作業(yè)。

多年來，塔河油田Φ177.8mm套管井奧陶系油藏難以利用開窗側鉆水平井進行有效開發(fā)，由于開窗后的Φ149.2mm井眼存在兩套壓力體系，井眼太小無法下入技術套管，后續(xù)鉆井往往無法實施，因此無法鉆達目的層。

2009年5月，全球知名的國外某膨脹管技術服務公司對該技術難題進行了研究后認為，在近6000米井深的Φ177.8mm套管側鉆井內下入實體膨脹管做技術套管，然后進行數(shù)百米水平段鉆井是無法實現(xiàn)的。

2009年8月，西北油田分公司邀請勝利鉆井院到烏魯木齊，就正在鉆進的TK234CH的井漏情況進行技術交流。國內外知名的勝利鉆井院膨脹管技術專家唐明根據該井的井身結構情況，利用多年來從事鉆完井、修井及采油工程的知識與經驗，提出了以膨脹套管為核心的鉆井技術方案，隨后，與設計所、工具所、測控所、鉆井所及鉆頭廠等相關科技人員一起，利用兩天的時間完成了TK234CH井從鉆井、完井到采油工程的初步方案。該方案應用了大量的新概念、新技術、新儀器及新工具，需要繁瑣的科研攻關工作及時間準備，短期內無法在該井實施，以該井為代表的共3口同時鉆進的疑難井最終被迫停鉆。隨后，鉆井院成立了以唐明為項目長，鉆井所、工具所、測控所、設計所及鉆頭廠相關科技人員參加的攻關項目組，就井身結構、開窗側鉆、擴眼工具、膨脹套管以及非常規(guī)小井眼水平段鉆井參數(shù)、配套儀器、特種鉆桿、螺桿鉆、鉆頭等方面進行全方位科研攻關。

2011年7月，在烏魯木齊舉行的“中國石化西北油田分公司石油工程技術研討會”上，唐明發(fā)表了《塔河油田Φ177.8mm套管開窗側鉆水平井膨脹管鉆井及配套技術可行性分析》一文，受到與會中國石化專家、西北油田分公司領導及國內外技術服務商的高度評價。

2011年11月，唐明與西北油田分公司開發(fā)處、工程處多次協(xié)調，最終確定TK6-463CH井為西北油田膨脹套管鉆井的第一口試驗井。勝利鉆井院設計的膨脹套管鉆井技術方案在考慮了對后期完井、壓裂及采油工程配套等方面影響的基礎上，通過了甲方的設計評審。

2011年12月，為驗證膨脹套管在塔河油田Φ177.8mm套管內實施的可行性，唐明建議首先在塔河油田進行膨脹套管補貼修套的技術服務。與勝利井下作業(yè)公司大修21隊合作，在TK7-456井一次性應用膨脹套管136.8m，使一口因套管損壞而停產的油井恢復高產油流，也為在塔河油田進行更大長度的膨脹套管應用奠定了基礎。

2012年2月，經過近3年的研究及反復論證，西北油田分公司安排塔里木勝利鉆井公司60129隊搬家至TK6-463CH井，拉開了在塔河油田進行側鉆水平井膨脹套管鉆井技術現(xiàn)場試驗的序幕。

膨脹套管技術是用膨脹工具以液壓或機械力的方法使井下的管材永久變形，能夠在有限的井眼內，提供更大的井眼內徑，從而為順利鉆達目的層提供保障。在井深達5500米以上、井斜達50°以上的裸眼井內利用膨脹套管作為技術套管，其抗內外壓、螺紋連接強度及密封、內壁耐磨、膨脹工具等各方面性能都將受到更加嚴格的挑戰(zhàn)，國內外沒有任何經驗可以借鑒。面對這一系列的困難，國外的膨脹管及擴眼服務公司退卻了，但勝利鉆井院科研人員沒有退卻。勝利鉆井院自2008年開展裸眼井膨脹套管技術應用，從2009年開始，他們組織了無數(shù)次方案論證和地面實驗，一套成熟的、以膨脹套管技術為核心，包括套管開窗、深井大斜度井擴眼工具、非常規(guī)Φ130mm小井眼MWD、特殊鉆桿、螺桿鉆及鉆頭等幾項前沿鉆井技術為支撐的綜合鉆井技術方案逐漸清晰起來，獲得了甲方的認可，進入現(xiàn)場試驗階段。

2012年4月10日，隨著最后一柱鉆桿在25MPa壓力下從井下的膨脹套管內起出，壓力在井下瞬間釋放，標志著塔河油田Φ177.8mm套管側鉆井膨脹套管鉆井技術首次現(xiàn)場作業(yè)成功，為下步向目的層進行水平段鉆進打通了一條堅實的通道，使塔河油田Φ177.8mm套管側鉆水平井由之前的“不可能”變?yōu)椤翱赡堋薄４舜闻蛎浱坠茏鳂I(yè)長度437.22米，作業(yè)深度5508.04米，創(chuàng)造了Φ177.8mm套管側鉆水平井膨脹套管應用的世界紀錄。5月1日，TK6-463CH井二開完鉆順利鉆達目的層，膨脹套管鉆井技術一舉攻克了困擾塔河油田多年的Φ177.8mm套管開窗側鉆水平井鉆井難題。勝利鉆井院科技人員依靠自己的智慧和具有自主知識產權的鉆完井技術，以更加低廉的鉆井成本圓滿解決了國外石油技術服務商望而卻步的難題。

一口井的成功，并不完全代表技術的可靠性，為了使技術更加成熟，唐明趁熱打鐵，提出在第二、第三口試驗井中運用斜向器開窗和隨鉆擴眼兩項新技術，同時井斜由30°增加到50°，以提高鉆井速度，減少鉆井周期，節(jié)約鉆井成本。9月27日，第二口井TK7-640CH膨脹套管作業(yè)成功，下入總長度385.7米，下深5578.3米；11月8日，該井二開完鉆，順利鉆達6040米的目的層。11月13日，第三口試驗井T816KCH2完成膨脹作業(yè)，再次刷新Φ139.7mm膨脹套管單次作業(yè)長度467.55米和深度5690.68米兩項新紀錄。

勝利鉆井院自2002年開始對膨脹管技術立項調研及科技攻關，2006年承擔國家863計劃“膨脹管鉆井技術”項目，全面開始膨脹套管鉆井、膨脹篩管防砂技術等方面的研究，2008年首次進行裸眼井膨脹套管鉆完井試驗應用，直到2012年塔河油田3口試驗井項目取得圓滿成功，勝利鉆井院一直引領著國內膨脹管技術的研究和發(fā)展方向。

在塔河油田膨脹套管鉆井和修井技術的成功應用，標志著我國自主研發(fā)的膨脹套管技術已經具備解決復雜鉆井工程難題的能力，技術上已經達到甚至超過國外同類技術產品的水平，體現(xiàn)了勝利鉆井院綜合技術實力。