基于社會學視角梳理準噶爾盆地極淺層超稠油開發經驗

王蘭婷，王學忠，王建勇，劉小波，周 正，陶建強，曹 坤

（1.西南財經大學 社會發展研究院，成都 610074；2.中石化新疆新春石油開發有限責任公司，山東 東營 257000；3.中國石化油田勘探開發事業部，北京 100728）

油田開發實踐取得成效后進行系統性總結很有必要。準噶爾盆地西緣春風油田超稠油，開發難度較大。通過技術攻關，動用一部分產量，建成產能。本文涉及幾個專有名詞，先做簡要說明：①中石化新疆新春石油開發有限責任公司（以下簡稱為新春公司）負責勝利油田新疆探區的油氣勘探開發及生產銷售任務。②孫煥泉院士[1-2]領銜研發的水平井、氮氣、降黏劑、蒸汽吞吐復合開發技術，簡稱HDNS，HDNS 是水平井（Horizontal well）、油溶性復合降黏劑（Dissolver）、氮氣（Nitrogen）和蒸汽（Steam）4 個英文詞組首字母組合。③超稠油的界定，按照我國稠油分類標準，油層溫度下脫氣原油黏度大于50 000 mPa·s 的原油屬于超稠油。④地質淺孔，本文中是指采用淺孔鉆機鉆打地質淺孔，可以長井段、連續取心，還可以測井。與常規鉆井取心相比，春風油田實施的地質淺孔每米進尺費用下降50%，取心收獲率由40%提高到90%。⑤極淺層指埋藏深度小于200 m 的儲層，也可以適當拓寬到埋藏深度300 m 左右的儲層。⑥超短半徑水平井是指曲率半徑遠比常規短曲率半徑水平井更短的一種水平井[3]，也稱之為短曲率半徑水平井，是設計井眼曲率大于60°/30 m 的水平井。超短半徑徑向水平鉆完井技術轉彎半徑小、入靶準確，適合于含油面積較小的區塊。⑦費孝通[4-5]、馬寅初開創的中國社會學主要是通過社會調查，對于社會現象進行調查、研究、分析和解決。本文無意強調社會科學理論給予春風油田開發實踐的指導價值，而是著力通過社會學視角還原春風油田最新的一些艱苦卓絕的開發體驗，以高質量調查研究推動高質量發展。王梓坤院士[6]所著的《科學發現縱橫談》，縱談科學發現的一般過程，橫談科研人員應具備的品質——德、識、才、學，對于本文寫作啟發很大。

1 極淺層超稠油開發思路

2021 年10 月21 日，習近平總書記到勝利油田視察并作出重要指示。他指出,石油戰線始終是共和國改革發展的一面旗幟,要繼續舉好這面旗幟,在確保國家能源安全、保障經濟社會發展上再立新功、再創佳績。新春公司牢記囑托高舉旗幟，保障國家能源供應。

1.1 春風油田極淺層超稠油開發思路分析

準噶爾盆地西北緣是淺層超稠油富集帶，具有埋深淺，溶解氣量小，天然驅動能量弱，黏度特別高等特點。準噶爾盆地西緣是我國重要的稠油熱采生產基地，相關單位和技術人員在蒸汽吞吐、蒸汽驅、蒸汽輔助重力泄油（SAGD）和火燒油層技術領域積累豐富經驗[7-11]，但對于春風油田埋藏深度170 m 左右的極淺層環烷基超稠油油藏來說，上述技術應用效果并不理想。關于極淺層的提法，在國內學者的文章中可以見到[12]。1939 年，老君廟1 號井鉆至115.5 m 時發現油層，日產油10 t。2005 年，克拉瑪依油田誕生當時國內最淺水平井HW9802 井，垂直井深144.1 m。與大多數稠油油藏相比，春風油田極淺層超稠油油藏埋藏更淺，更難以建立有效的生產壓差；油層厚度更薄，以至熱采過程中熱損失更大；原始狀態下地層原油不能流動，直井蒸汽吞吐后獲得工業油流，但產量遞減迅速，經濟效益差。當然，油藏埋藏淺也有好處，注蒸汽過程中井筒熱損失較小，鉆井進尺少，鉆井投資較少。

新春公司超過80%的產量來自準噶爾盆地西緣春風油田。態度決定一切，春風油田開發伊始就確定5 年建成百萬噸級油田目標，而且這一目標如期實現。春風油田科技創新，應用HDNS 技術，投產水平井700 余口，建成百萬噸級油田[13]，實現埋藏深度400～700 m 超稠油效益開發，其核心技術“薄儲層超稠油高效開發關鍵技術及應用”獲得2019 年度國家科學技術進步獎二等獎。深化成本經營和價值創造是企業永恒的追求，春風油田人均勞動生產率在中國石化同行中名列前茅。新春公司發揮體制機制優勢，促進了儲量產量穩步提升，公司經營業績持續攀升。組建勘探、開發、鉆完井和采油工程4 大專業部門，做強勘探開發核心業務，同步優化業務流程。以油藏單元為主體，實施“預算配置、效益評價、經營分析、治理提升”全過程管理，實現產量、工作量、成本、效益、指標“五到區塊”，效益評價、成本分析、治理提升“三到單井”，以效益為導向提升油藏單元管理水平。強化信息化支撐，實現油井生產智能控制、站庫運行自動巡檢、生產管理實時監控和決策指揮智能推送，大多數油井實現無人值守，相較傳統模式減少用工52%。新春公司的工區遠離勝利本土3 700 km，只有200 余人。采用不養隊伍管隊伍的承包商管理模式。新春公司扎根祖國西北，在大漠和戈壁灘上艱苦創業、接力奮斗，自2015 年建成百萬噸油田以來，連續8 年實現產量正增長，為端牢能源飯碗作出極大貢獻。新春公司已為國家奉獻原油1 162×104t，2022 年產油140×104t，4 次榮獲中國石化“紅旗采油廠”殊榮。

隨著勘探開發不斷深入，春風油田周邊發現埋藏深度110～200 m 的新區塊，直井蒸汽吞吐試采效果不理想。由于原油黏度高、薄儲層散熱快、熱利用效率低，這部分極淺層超稠油采用傳統注蒸汽熱采技術產量低，難以經濟有效動用。前人的一些研究成果值得學習借鑒，例如朱維耀等[14]研究稠油油藏蒸汽吞吐產能預測新模型，生產壓差越大，油藏有效動用半徑先增加，后趨于平緩，日產油量增加，不是說生產壓差越大越好，但過小生產壓差確實不利于稠油熱采獲得較高產能；擬啟動壓力梯度越大，有效動用半徑逐漸變小，且遞減幅度逐漸變緩，日產油量逐漸降低；擬啟動壓力梯度對天然能量和蒸汽吞吐開采影響均不能忽略，且對蒸汽吞吐開采影響較大；直井和水平井產能均隨擬啟動壓力梯度增加而減小，且水平井產能降低幅度較大。受此啟發，可以從水平井單井產量預測模型角度考慮，提高極淺層區塊單井產能，通過增加生產壓差，努力擴大油藏有效動用半徑，擴大油藏供給范圍。吳曉東等[15]基于克拉瑪依油田九7 區薄淺層超稠油開發實踐，蒸汽參數對開發效果影響順序從大到小依次為生產時間、注汽干度、周期注汽量、注汽壓力和燜井時間；優化結果為生產時間60 d，注汽干度70.0%，周期注汽量2 210 t，注汽壓力4.0 MPa，燜井時間3 d。還可以考慮淺層稠油熱坑道內開采[16]、淺層超稠油挖掘開采[17]、淺層稠油魚骨型分支水平井[18]和原位改質，電加熱輔助蒸汽熱采，風、光、氫儲聯合產生蒸汽。綜上，文章研究方向有一定意義，但應更突出創新性，一些關鍵技術及問題應更深入論述。有些想法還需要進一步下功夫做深入研究。

1994 年，克拉瑪依油田九區98260 井油層埋深163.5～187.0 m，套管直徑244.5 mm，蒸汽吞吐后峰值日產油24.0 t，第一周期產油1 969 t[19]。2019 年，筆者意識到，對于極淺層超稠油，還是采取HDNS 比較妥當，最大的技術屏障是鉆不成水平井，主要是造斜點太淺。2020 年，《中國石油報》報道《大慶油田完成首口稠油熱采淺層大井眼水平井》?？梢?，前人已經進行大井眼直井及水平井的鉆探開發實踐。受此啟發，新春公司管理團隊決定引入常用于固體找礦領域的低成本地質淺孔連續取心技術，應用短半徑水平井技術鉆成水平井，探索春風油田極淺層超稠油開發新路徑。初步判斷，以HDNS 為代表的熱復合熱采技術引領稠油熱采技術方向，對于春風油田極淺層超稠油也可能是有效的，但實施難點在于：一是找到好的儲層發育區，二是能夠順利鉆成水平井。

1.2 春風油田開發決策面臨的挑戰

春風油田不僅開發技術面臨難題，開發決策水平也有待提高。油田開發屬于實踐性很強的技術領域，具有高投入、高風險的特點，勘探取得油氣新發現后，需要試采：根據新認識，部署評價井，開發準備井，開展開發先導試驗，以上均需要試采；根據新認識，編制開發方案，開展產能建設；根據新認識，編制開發調整方案，確保長期效益開發。春風油田重大開發先導試驗、風險探井、重點開發產能建設項目由中國石化總部決策。中等規模開發產能建設項目由勝利油田決策；較小規模開發產能建設項目由新春公司決策，至于維護性生產措施決策權已下放到采油管理區。通常油田開發決策機制是：負責匯報部門單位提前編制項目可行性報告，會上討論后組織實施，實施3 年后開展項目后評估。一個新區產能建設項目往往需要編制石油地質、油藏工程、鉆采工程、地面工程和經濟評估報告。

油田開發決策面臨的主要挑戰：①油田開發決策涉及很多技術領域，以至于油田開發主要決策者固有知識往往不夠用。②有的開發試驗井組屢屢受挫，何去何從，如何決策？③有些開發決策過于草率則是因為對油藏認識不充分，對試采認識不充分，沒有哪一個開發決策者可以作出科學決策，這種情況下就需要耐心試采，多次組織方案論證會，盡可能穩妥逼近真實情況，切莫冒進。但急功近利現象仍會發生。在取得油氣發現后，在方方面面認識不到位的情況下，匆忙、草率做出決策，往往帶來的是不可逆轉的損失。④有時候因為技術不配套而難以作出正確開發決策，還需要耐心地研發或引進新技術，通過技術進步循序漸進、穩中求進解決油田開發面臨的難題，建立容錯糾錯機制很重要。⑤眾人多次反復討論，議而不決也不行。為此，筆者堅持守正創新、穩中求進，開展開發決策方法優化研究。

1.3 科學范式需要與時俱進

恩格斯說過，社會一旦有技術上的需要，則這種需要就會比十所大學更能把科學推向前進?？茖W研究必須深深扎根于社會生產實踐的需要，實踐出真知，學術成就源自創新方法。費孝通作為我國社會學開拓者，認為“這些年來所得到的知識很少，也不見得都正確，但是我確實是從實際生活當中得到的”。劉大椿[20]是我國科學技術哲學專業的領軍學者，在研究科學范式的過程中，既研究華羅庚、陳省身這樣的科學大師，也研究梁啟超、陳寅恪這樣的人文大師。夏大杰等[21]基于技術治理與政民互動視角，開展大數據背景下大氣污染治理績效提升機制研究。許佳欣等[22]研究了稠油侵入對鉆井液流變性影響。孫倩等[23]研究全球價值鏈風險、能源安全與“雙碳”目標。

周正等[24-25]認為“即便在相同情形中，每個人所做決策也有千差萬別，導致決策個體差異因素之一就是數學能力”，其研究發現“價格的信息加工過程涉及價格的表征與比較、記憶、推理和情緒等一系列心理過程”。張恭慶院士認為“任何一門成熟科學都需要用數學語言來描述，在數學模型框架下來表達它們的思想和方法”。加大數據挖掘力度并提升數據價值，是油氣勘探開發面臨的新挑戰[26]。長慶油田應用地質工程一體化智能決策系統，實現室內現場遠程互動、生產過程實時監控、方案部署動態優化[27]。計秉玉等[28]認為，隨著不同類型新儲量不斷投入，表征油田整體開發技術與經濟效果關鍵性指標，如產量、可采儲量、采收率和開發成本也隨之改變優選。

再好的理論也要通過人的實踐轉化為增儲上產動力。讓專業部門做專業事。油田開發是由眾人協作完成，以人為本非常重要，尊重知識，尊重人才，注重調查研究。油田開發過程中，對未動用儲量，既不能放棄，也不能期望值太高，要有科學態度，堅持穩中求進。

2 極淺層超稠油開發探索

2.1 地質淺孔技術應用研究

做任何事情都要講究方法，方法正確才能使問題迎刃而解。春風油田應用地質淺孔-評價井模式實現未動用儲量低成本快速精準評價。迄今，已在春風油田鉆打地質淺孔200 井次，以地質淺孔為標尺，水平井油層鉆遇率高，提高單井產能達標率。

地質淺孔在我國有悠久的歷史，廣泛應用于礦產勘查、地質調查、工程勘察和工程建設。鄂爾多斯盆地南緣奧陶系具有與盆地中東部完全不同的沉積、巖溶環境和巖溶儲層特征，其中一口淺鉆井揭示碎屑物質充填巖溶洞穴的存在[29]。地質淺孔在春風油田產能方案編制、剩余油研究、落實油水邊界和探明儲量中發揮重要作用。本次統計分析春風油田地質淺孔103 口（圖1），精細刻畫多個極淺層超稠油油藏。

圖1 P609-Q19 地質淺孔巖心照片（埋深184m）

有些勘探風險較大區域，淺鉆取心沒有獲得較好油氣發現，但卻規避了開發風險。從淺鉆取心獲得的有些油氣可以發現，因為油層薄，短期內也可能難以實現有效開發。需要指出，區塊地質淺孔取心鉆遇油氣顯示情況，并不代表區塊油氣顯示全貌。統計新春公司大部分地質淺孔取心資料（表1），均位于準噶爾盆地，可以很容易識別出隔夾層。

從表1 統計情況看，共統計地質淺孔103 口。其中油氣顯示井數為79 口，占比為76.7%。油藏埋深115～716 m。平均單井鉆遇油層數1.1 個，平均單井鉆遇油層厚度4.2 m。大多數鉆遇油層非常薄，目前技術條件下難以得到有效開發。前人對于鉆遇水層缺乏研究，筆者統計發現，上述103 口地質淺孔中，77 口井鉆遇水層，占比74.8%。表明，部分井區地下水資源非常豐富。這部分地下水有無開采價值，尚有待落實。無論是油砂體，還是水砂體，大部分儲層的孔隙度均大于30%。某井鉆遇煤層4 層，埋深68～241 m，煤層厚度10.5 m。其中240.6～241.3 m 煤層厚度為0.7 m，孔隙度31%，含油飽和度37.65%，這是否表明煤層生油呢？前人認為，淺層稠油稠化過程中產生天然氣，但上述103 口井未發現天然氣藏，是解釋方法局限，還是確實未找到天然氣藏，還有待進一步落實。此處說地質淺孔好，并沒有否定鉆井取心和鉆打油藏評價井有效性，彼此之間可以取長補短、優勢互補。

2.2 短半徑水平井技術應用研究

為提高稠油熱采及小規模砂體開發效果，大慶油田設計施工側鉆超短半徑水平井J37-26-P14 井，該井完鉆井深629 m，造斜率20°/m，曲率半徑僅為3.3 m，造斜段水平位移為2.9 m，總水平位移為22.7 m，水平段長19.5 m[30]。2021 年12 月21 日，中國石油網介紹“大慶鉆探超短半徑水平井技術提高采收率”，大慶鉆探超短半徑水平井技術現場應用23 口井，形成曲率半徑小于30 m、水平段200 m 以上超短半徑水平井鉆完井技術。

春風油田排609 區塊新近系沙灣組油藏埋深160～230 m，有效厚度1～6 m，地下脫氣原油黏度75 000～100 000 mPa·s，沉積類型為扇三角洲沉積。排609 區塊處于近物源區，儲層巖性復雜，橫向變化快，相隔百米井鉆探下來，儲層厚度、隔夾層變化都比較大。油水關系復雜，有效儲層識別難度大；直井產能低，平均單井日產油1.7 t，油汽比0.2。利用地質淺孔取心，落實儲層平面變化情況；識別有效儲層，落實含油情況及油水分布。排609區塊實施地質淺孔8 口，取心進尺93.27m，巖心長79.40m，平均收獲率86.1%，平均單孔鉆遇砂層厚度9.9 m，平均單孔鉆遇有效厚度3.6 m（表2）。

表2 排609 區塊地質淺孔取心情況統計表

春風油田首口極淺層短半徑水平井P609-P2 井垂深188 m（圖2），水平段長150 m，造斜70 m，水平位移290m，最大造斜率12.9°/100 m，位垂比1.54。在水平井施工中，井深越淺、井徑越粗，施工難度越大。根據P609-P2井施工經驗，針對導管、二開鉆井A 靶點不能調整的難題，采取地質精細落實油層展布及A 靶點深度；針對直井口造斜難度大的難題，采取導管、二開導管造斜；針對二開篩管下入自重不足的難題，采取篩管前端安裝旋轉引鞋，遇阻時，增加上部管柱重量輔助加壓。采用裸眼割縫篩管分段完井，采用注采一體化管柱，∮57 mm 注采一體化泵。P609-P2 井蒸汽吞吐后投產，峰值日產油17 t，含水率25%，已開采2 個周期，階段產油2 103 t，油汽比0.5，為春風油田200 m 極淺層超稠油開發提供了新路徑。

圖2 P609-P2 短半徑水平井水平井完井管柱示意圖

3 排634 區塊開發試驗

3.1 地質淺孔技術應用情況

排634 區塊屬于扇三角洲沉積淺層超稠油砂巖油藏，含油層系為新近系沙灣組，油藏埋深175 m 左右，地層傾角1°，平均有效厚度5.5m，孔隙度28.5%，滲透率1102mD，地層壓力2.1 MPa。油層溫度下脫氣原油黏度88 740～141 300 mPa·s，50 ℃脫氣原油黏度參考值4 795.0 mPa·s，地面原油比重0.95。2013 年鉆探投產的P634 井油層中深183 m，有效厚度13.4 m，蒸汽吞吐后峰值日產油4.0 t，泵深154.2 m，動液面143 m。含礫砂巖膠結疏松，油層段常規取心收獲率低，例如，P634 井179.0～190.0 m 取心，總進尺11.0m，巖心長5.7m，其中油浸級油氣顯示2.3m。為此，排634 區塊通過8 口地質淺孔，豐富了油藏認識（表3）。

表3 排634 區塊開發效果統計

對比春風油田主力開發區塊，排634 區塊油藏更淺、油層更薄、非均質性更強，油藏埋深166～210 m，油層有效厚度2～6 m，增斜井段穿越水層、泥巖層及灰質層井段，定向造斜困難，水平井靶向鉆井難度大。選擇排634 區塊開展超淺層水平井開發試驗，面臨的開發風險很大，因為從地質淺孔取心情況看，單層油層厚度實在太薄，開發效果不理想容易動搖在超淺層推廣短半徑水平井的決心和實施力度。

3.2 開發方案設計要點

排634 及排634-2 區塊產能建設部署總井數57口，其中利用老井6 口，部署短半徑水平井51 口，井距130 m，排距130 m，水平段長度150～200 m，采用HDNS 技術開發，新建產能10×104t/a。采用二開井身結構，裸眼濾砂管完井，∮57 mm 偏置閥泵舉升。

3.3 實施效果

排634 塊區2022 年新鉆21 口水平井、1 口直井，建成產能3.4×104t/a（表4），平均單井鉆井周期5.3 d，平均單井日產油7 t。單井日產油較設計產能提高40%。排634區塊水平井單井峰值日產油1～10 t。水平井單井第一周期平均產油324 t，周期生產時間60 d。這樣的開發指標不是特別耀眼，但考慮到這部分儲量之前幾乎無法開采，這樣的成績值得肯定。受此鼓舞，排634 鄰塊部署3 口開發準備井，新區產能建設井19 口，預測油層厚度2.0～6.0 m，預計單井日產油3.0～6.0 t。毋庸諱言，個別井實施效果不理想，造成新井低產低效的原因主要是儲層發育，還是注采參數不合理，尚不清楚。在埋深僅為170 m 左右的極淺層推廣短半徑水平井及HDNS 攻關方向沒有很大問題，問題是在開發試驗階段，還是要盡量選擇油層厚度大于6 m并且含油飽和度大于60%的井區，以確保實現高效開發。

表4 排634 區塊開發效果統計

4 進一步討論

2023 年，新春公司鉆成多口分支水平井，為難采稠油資源的效益開發提供了技術支撐。通過這批井的工程實踐，凝練形成獨具特色的超淺層短半徑長水平井鉆完井技術。例如，針對油藏淺的地質特點及軌跡控制難、套管下入摩阻大的技術難點，應用了雙短螺桿強造斜定向、旋轉下套管技術；針對油層薄的地質特點及儲層識別難的技術難點，應用了近鉆頭地質導向技術，并特別重視現場卡層與前期地質淺孔取得地質認識的融合，特別注重迭代學習；針對儲層膠結疏松的地質特點及井眼易擴散坍塌、地層易出砂的技術難點，應用了封堵防塌鉆井液體系、水平井篩管分段完井技術；針對油層距離水層很近的地質特點及易發生水竄的技術難點，應用了雙密封免鉆塞深下、高強抗溫塑形微膨脹水泥漿技術。在開發井型上，實現了直井、水平段長150 m 常規水平井、水平段長200～300 m 常規水平井和多分支長水平井的迭代提升。短半徑分支水平井P634-P46 井，采取HDNS 技術，同時實施注汽管內分隔分段按需注汽，依據鉆遇井身軌跡、隨鉆曲線等資料，優化分支井配注器位置，并在每個分支井眼附近增加配注器數量。P634-P46 井投產后，峰值日產油17 t，第一周期生產52 d，周期產油567 t，目前處于第二周期生產，日產油12 t，含水率僅為53.1%。與傳統水平井相比，無論峰值日產油、周期產油、生產周期，分支水平井均占優勢。

許多重大的科學發現確實有益于人民，論文是科研能力的體現，把投入大量人力物力形成的開發經驗提煉為學術論文，有助于同類型油藏少走彎路。學習借鑒兄弟油田的經驗很重要。例如，遼河油田在杜84-興H106 井400 kW 井下大功率電加熱干度提升試驗取得成功，為推進稠油熱采電動化、清潔化探索出新路徑[31]?？萍紕撔略醋圆粩鄬W習總結，依靠科技創新打造核心競爭力。

5 結論

1）準噶爾盆地西緣春風油田極淺層超稠油油藏，通過地質淺孔、評價井落實可動用儲量，通過短半徑水平井輔助HDNS 采油，排634 區塊產能示范區建設取得成功，在保障國家能源安全中展現更大擔當。

2）大道至簡，實干為要。如何在今后的開發實踐中規避排634 區塊出現的投產即低效的難題，還有很長的一段路要走。以高質量調查研究推動高質量發展，一方面在提高鉆探成功率上苦苦追求，另一方面學習借鑒社會學領域的先進經驗拓展思路，不間斷學習、迭代提高技術，民主決策，秩序漸進。