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南海油气开采攻克世界级难题的背后

日期:2018-04-19    来源:搜狐

国际燃气网

2018
04/19
08:37
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关键词: 钻探 油气 油气勘探开发

     2月3日,中国海洋石油集团有限公司(以下简称中国海油)旗下南海西部石油管理局在我国南海成功完成一口超高温高压探井的测试作业。
 
    “本次钻探作业位于我国南海北部莺歌海盆地,距离海南三亚市西南约110公里处,该井温度接近200摄氏度,压力系数2.28,井底压力接近1000个大气压,属于超高温高压。”中国海油南海西部石油管理局总工程师李中向《国资报告》记者介绍。
 
    相关专家表示,该井的成功钻探,进一步验证了我国海上超高温高压钻完井系列关键技术方面的有效性,使我国海上高温高压钻完井技术体系跻身世界前列,这将对勘探开发我国南海深层油气、推进南海万亿大气区体系建设具有重要意义。
 
    公认的世界级难题
 
     三十多年前,海油人为了摘掉扣在祖国头上的“贫油”帽子,在技术和经验上都是空白的情况下,一次次驾驶着小渔船,仅凭借肉眼观察,发现了莺歌海西岸的油气苗。
 
    当时,采用这种“土法”既有敢下五洋捉鳖的豪迈,也有着凤萧萧兮易水寒的悲壮。
 
    随着时间的推移,在上世纪70年代,海油人开始逐渐引进地震船和钻井船,海上勘探进入稳步开展阶段。
 
    随着常规环境油气日趋稀少,高温高压将成为油气勘探开发的重要领域之一。记者了解到,南海油气资源高达350亿吨,高温高压占1/3以上,是我国能源的重要接替区。
 
    但是,南海同时也是世界三大海上高温高压区域之一。而且,相比美国墨西哥湾、英国北海,中国南海的温度、压力更高。
 
    资料显示,中国南海地层最高温249摄氏度,压力系数2.38,相当于1.25万吨的重物压在1平方米的面积,地层高含二氧化碳,是一个名副其实的“大炼炉”。
 
    由于地缘经济与政治地位特殊,加快南海油气资源勘探开发是保障我国能源供应和捍卫海洋权益的战略举措。但由于技术难度大,加上长期缺乏相关人才,中国在这方面的开发长期停滞,高温高压钻完井技术是制约南海油气勘探开发的瓶颈。
 
    上世纪80年代,为了加快石油勘探步伐,海油人开始积极开展对外合作。当时,我国共引进6家外国石油公司开展长达近10年的勘探,但均未获得商业发现,最终这些外企纷纷退出。
 
    至此,中国南海高温高压区天然气勘探也因此成为全球油气行业内公认的世界级难题。
 
    迎来勘探的“春天”
 
    外国公司的失利,确实对中国在南海的油气开采产生了一定的影响,但与此同时,更加激发了海油人的斗志。
 
    在外方离开后,中国海油展开全力攻坚,以国家重大科研专项为依托,携手国内石油院校和企业对高温高价进行共同攻关。
 
    据中国海油高温高压首席工程师李中介绍,海洋石油工业具有高风险、高投入、高科技的行业特点,而高温高压更甚。要想实现突破,必须攻克4大难题:
 
    难题一,如何精准预测异常压力。受地质构造断裂交汇影响,高压成因复杂,传统压力预测方法误差大,极易造成溢流井漏甚至井喷,井眼报废率高达30%。
 
    难题二,如何保障井筒安全。高温高压环境下,液体膨胀和腐蚀加剧、固井质量难以保证,井筒泄漏及环空带压严重,全世界尚未有效解决。
 
    难题三,如何确保测试成功。海上高温高压井测试,其冲蚀、震动、水合物等风险远高于陆地,平台升沉及狭小空间使安全控制难度更大,作业成功率仅56%。
 
    难题四,如何实现优质高效。高温高压井钻井液密度高、稳定性差,导致钻速低、周期长、成本高、环保压力大。
 
    在找到关键问题、选取攻关方向之后,自1998年开始,以国家863、重大专项等项目为依托,中国海油系统开展了技术攻关研究,逐渐掌握了关键技术。
 
    经过中国海油工程技术人员多年的反复研究和实践,2010年,中国海油迎来了高温高压钻完井关键技术的突破,创建基于多源多机制压力精确预测的海上高温高压安全钻井等全套技术,一举攻克了高温高压世界级难题。
 
    中国海油通过异常压力预测及控制技术,能够精准识别地层;通过多级屏障井筒完整性技术,实现控制井筒安全;通过多因素多节点测试技术,达到了测准储层产能;通过优质高效作业技术,降低了作业成本。
 
    与此同时,我国南海莺琼盆地中深层迎来了勘探的“春天”,中国海油先后于2010年、2012年、2015年发现了东方13-1、东方13-2、乐东10-1等5个高温高压气田,揭开了南海北部莺歌海盆地高温高压领域丰富的油气资源的神秘面纱,打开了一扇通往南海油气“宝藏”的大门。
 
    2008年至2017年,南海西部油田已连续十年油气产量超过1000万方油当量,成为中国海上第二大能源基地;截止2017年底,已累计为国家生产原油9279万方,天然气1033亿方。
 
    “在此过程中,我国成为了继美国之后全球第二个具备独立开发海上高温高压油气能力的国家。”李中告诉记者。
 
两名操作人员在司钻房配合进行钻具组合工作
 
    掌握核心技术体系
 
    2018年1月8日,国家科学技术奖励大会在京举行,一大批由中央企业独立或牵头完成的项目被授予国家级奖项。
 
    在这些获奖项目中,涌现出一大批重大科技成果,涉及航空航天、石油石化、电力等关系国家安全和国民经济命脉的重要行业和关键领域。
 
    其中,中国海油等多家单位完成的“南海高温高压钻完井关键技术及工业化应用”获2017年度国家科学技术进步奖一等奖。这是中国海油时隔20年再次获得技术开发类的国家科技进步奖一等奖。
 
    “攻克世界级难题,掌握核心技术体系”、“海上高温高压钻完井技术体系跻身世界前列”……
 
    经过近20年技术攻关与工程实践,中国海油取得了一系列重大技术突破。粗略统计,这些技术获得国家科学技术进步奖一等奖1项,获省部级科技进步一等奖2项,获授权专利122件(发明32件、实用新型90件),出版专著5部、发表论文169篇(SCI/EI收录35篇),企业标准7部、企业技术秘密49项、软件著作权34项……
 
    在这些技术的有力支撑下,中国海油海上勘探开采实现了四大转变:从压力预测误差大、井下事故频发,到钻井成功率100%;从井筒泄漏风险高、环空带压比例高,到环空带压为零;从测试风险高、安全控制难度大,到测试成功率100%;从周期长、成本高、环保压力大,到成本降低50%。
 
    据罗平亚、苏义脑、曹耀峰、高德利等12位院士评价,中国海油高温高压整体成果处于国际先进水平,其中压力预测、井筒完整性、多因素多节点测试三项技术处于国际领先水平。
 
    Schlumberger(斯伦贝谢)、Shell(壳牌)等公司首席专家认为:中海油在南中国海高温高压井压力预测、井筒完整性、作业效率等方面已处于行业领先地位。
 
    这些技术的开发与应用,充分体现出中央企业自主创新能力进一步增强,在国家科技创新中的骨干带头作用更加突出,在服务国家战略的同时彰显了“中国力量”。
 
    中国海油高温高压钻完井关键技术的成功,使我国海洋石油工业从浅海走向深水的步伐悄然加快。同时,该套技术也使我国向世界提供了一份完整的高温高压区天然气开发的“中国方案”与“中国智慧”。
 
    目前,该技术在国外高温高压区块48口井中应用成功,其中美国墨西哥湾8口、英国北海7口、伊拉克米桑18口。这套技术在国内外的全面应用,实现直接经济效益216亿元,间接经济效益3565亿元。
 
    平凡岗位的不凡坚守
 
    千淘万漉虽辛苦,吹尽狂沙始到金。海上勘探开采能力不断突破的背后,是中国海油技术铁军们在平凡岗位的不凡坚守。
 
    2004年1月,李炎军从渤海来到南海西部。他了解到,自1984年首次在莺琼盆地钻高温高压探井以来,由于地质条件过于复杂,公司与外国石油公司在该区块共钻探10多口高温高压探井全部失利。其中一个重要原因就是钻井技术不够先进。
 
    对于毕业不久的李炎军,这激发了他的冲劲儿,他满心想将所学的理论构想应用于实践,降服高温高压“气老虎”。
 
    尽管想在高温高压上一展拳脚,李炎军明白不能一蹴而就。抱着初来时的冲劲儿,他坚持每年出海近200天,苦练内功,全身心投入涠洲11-4D油田调整井项目、涠洲12-1N油田二期开发项目等大型项目中,5次在平台过春节。
 
    从2004年至今,李炎军在南海西部工作整整14年,近一半的时间都在与高温高压钻完井工作打交道,也是在新世纪南海西部高温高压自主勘探开发全过程的亲历者。
 
    东方13-1气田顺利投产之际,我国成为继美国之后全球第二个具备独立开发海上高温高压油气能力的国家。“没有置身事外,能参与这么大的工程项目是一种幸福。”作为组织实施者,现任中国海油高温高压首席工程师的李炎军话语里充满了自豪。
 
    自从2015年初担任高温高压探井项目经理以来,罗鸣所带领的技术团队先后安全、出色完成了多口超高温超高压、极窄压力窗口井的钻井作业。
 
    这种类型的钻井作业,属于当今国际上最具挑战性的作业类型之一。欧美能源巨头近年来在开展超高温超高压井作业过程中发生的船毁人亡,折戟沉沙的重大事故时有发生。
 
    在这四百多天里,他已经记不清楚有多少个深夜是在作业值班室跟踪关键作业中度过,也记不清楚有多少个周末节假日是在作业方案讨论中度过。
 
    就在前不久,由于海上现场正在进行钻开高压层的关键作业,他连续三天吃住在值班室,几乎24小时不间断跟踪支持海上现场作业。
 
    张万栋在2008年参加工作。第二年,公司时隔四年后重启高温高压勘探钻井。随之,他跟随项目团队在南海西部40多口高温高压井作业现场留下足迹,见证测试发现5个高温高压气田,亲历国内首个海上高温高压气田——东方13-1气田顺利投产。
 
    多年的工作中,他是同事眼中的好搭档、徒弟心中的好师傅。同他打过交道的人都会有这样的印象:人不错,踏实肯干、技术扎实、善协调……
 
    工作荣誉的背后,他却对家人充满遗憾。对于父母的儿子、妻子的丈夫、孩子的爸爸的角色,他给自己打70分。
 
     “要是你前些年问我打几分,我想可能是不及格”他说。
 
    “我们的工作性质,常常都是一个月在海上,难以照顾家人。所以妻子怀孕后,安排妻子回了老家;小孩出生时,我碰巧值班,错过了他的第一声啼哭……”
 
    2016年,中国海油东方13-2气田群开发项目工作全面铺开,张万栋被任命为钻完井项目经理。作为项目负责人,虽然他出海减少,但项目陆地组织管理协调,工作依旧繁重。他深知重任在肩、不敢怠慢。
 
    “我比较幸运,刚好赶上高温高压勘探开发的黄金期。所以更不能辜负。”张万栋曾在一次汇报中动情的流露,坦言感谢以及那份朴素的决心。
 
    技术的突破,源自于像李炎军、罗鸣、张万栋这样千千万万海油人的默默付出,彰显了新时代大国海上气田建设者们的风采。
 
    近年来,中国海油在南海的油气开采过程中,逐渐为国家培养了一批出色的海上高温高压钻完井技术研发、作业与管理人才,使中国系统掌握了海上高温高压钻完井核心技术,成为第二个具备独立开发海上高温高压油气的国家……
 
    党的十九大报告指出,坚持陆海统筹,加快建设海洋强国。对此,中国海洋石油集团有限公司党组书记、董事长杨华表示,立足新起点,中国海油还将攻坚克难,加快我国南海深水高温高压气田开发的步伐,为建设海洋强国、保障国家能源安全作出更大的贡献。
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