吉木薩爾頁巖油鉆井作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)。張茜 攝
現(xiàn)場(chǎng)人員調(diào)試設(shè)備。張茜 攝
采油院鉆井專班人員在討論長(zhǎng)水平段水平井鉆井技術(shù)措施。張茜 攝
采油院鉆井專班人員在現(xiàn)場(chǎng)檢查油層套管型號(hào)。張茜 攝
鉆井現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員正在觀察巖屑狀態(tài)，判斷鉆進(jìn)層位。張昀 攝
編者按
為貫徹落實(shí)新疆油田公司黨委“12234”總體戰(zhàn)略規(guī)劃、推進(jìn)“2112”四大工程高質(zhì)量高效率實(shí)施，充分發(fā)揮工程技術(shù)支撐和保障作用，采油工藝研究院（監(jiān)理公司）抽調(diào)優(yōu)勢(shì)力量組建瑪北頁巖油4321、吉木薩爾頁巖油國(guó)家級(jí)示范區(qū)建設(shè)、南緣天然氣上產(chǎn)(天山大氣田)、CCUS加快推進(jìn)（井完整性）、新能源大發(fā)展、壓艙石等六大工程業(yè)務(wù)軍團(tuán)，采用大項(xiàng)目組管理模式，多專業(yè)協(xié)同，堅(jiān)持高價(jià)值科技研究、高質(zhì)量方案編制、高標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場(chǎng)支持閉環(huán)迭代，一體化統(tǒng)籌推進(jìn)，為公司決勝2000萬噸、全面建設(shè)5000萬噸現(xiàn)代化綜合性能源公司保駕護(hù)航。從今日起，我們將推出系列報(bào)道，全面展示采油工藝研究院（監(jiān)理公司）“六大軍團(tuán)”近年來取得的重要成果。
6月2日，和煦的風(fēng)裹挾著戈壁的砂礫掠過井架，吉木薩爾頁巖油鉆井現(xiàn)場(chǎng)機(jī)器轟鳴聲不絕于耳，一片熱火朝天的油田生產(chǎn)景象。隨著鉆頭突破“千層餅”似的地層精準(zhǔn)抵達(dá)目標(biāo)層位，對(duì)講機(jī)里傳來了鉆井人員興奮的呼喊：“2025年度‘產(chǎn)能建設(shè)攻堅(jiān)戰(zhàn)’迎來階段性勝利！”
截至當(dāng)天，已有30口井順利完井。
階段性成果十分喜人，更令人振奮的是頁巖油開采跑出了“加速度”：平均鉆井周期壓縮至26.1天，完井周期32.06天，分別較2024年平均指標(biāo)提升0.9天和0.94天。
這份亮眼成績(jī)的背后是新疆油田公司采油工藝研究院（監(jiān)理公司）（以下簡(jiǎn)稱“采油院”）數(shù)十年如一日的堅(jiān)守。
在國(guó)際能源格局持續(xù)深度調(diào)整的當(dāng)下，頁巖油氣等非常規(guī)資源正成為保障國(guó)家能源安全的戰(zhàn)略支點(diǎn)。2011年，在準(zhǔn)噶爾盆地這片廣袤的土地下，鉆頭叩開了吉木薩爾這座巨型頁巖油寶庫的大門，填補(bǔ)了我國(guó)陸相頁巖油大規(guī)模勘探開發(fā)的空白。
新疆油田公司勇?lián)ㄔO(shè)首個(gè)國(guó)家級(jí)陸相頁巖油示范區(qū)的光榮使命。作為工程技術(shù)參謀部的采油院以“愚公移山”的韌性深耕鉆完井技術(shù)，在井身結(jié)構(gòu)、鉆井提速、鉆井液體系等領(lǐng)域取得重大突破，形成了獨(dú)具特色的“三式絕學(xué)”技術(shù)體系，為頁巖油開發(fā)在提速、提效、提質(zhì)的賽道上注入強(qiáng)勁動(dòng)能。
第一式：井身結(jié)構(gòu)“縮骨神功”
2019年，新疆油田公司通過了采油院提出的二開井身結(jié)構(gòu)試驗(yàn)方案。同年，在埋深近4000米的水平井JHW07121首次成功應(yīng)用，宣告井身結(jié)構(gòu)“縮骨神功”大功告成。
JHW07121水平井僅用時(shí)50天，與同批次井平均鉆井周期相比，減少了34天。這也標(biāo)志著吉木薩爾頁巖油開采即將掀開全面推廣二開井身結(jié)構(gòu)的嶄新篇章。
井身結(jié)構(gòu)，就像是倒懸在地下的多層“寶塔”，由層層疊疊的套管和水泥組合而成，“塔尖”直擊儲(chǔ)層。井身結(jié)構(gòu)決定著油井能否成功打成和花費(fèi)幾何。
以吉木薩爾頁巖油原本普遍采用的三開井身結(jié)構(gòu)為例來講，最外層的“表層套管”寬大穩(wěn)固，把松散的淺表地層固定住，中間的“技術(shù)套管”避免了不同壓力層之間的流體出現(xiàn)“打架”事件，而最為狹窄的油層套管則是油氣通往地面的“專屬通道”。
“這三層套管層層嵌套，給油井搭起了一個(gè)穩(wěn)固的‘保護(hù)架’。但這種結(jié)構(gòu)也存在弊端，下套管耗時(shí)費(fèi)力。下完一層套管后，要等水泥凝固，才能接著下另一層，耗費(fèi)大量時(shí)間。而且，多一層套管就多一份成本支出?！辈捎驮恒@井工程研究所副所長(zhǎng)劉可成說。
若想大幅提升鉆井效率、降低成本，對(duì)井身結(jié)構(gòu)“做減法”迫在眉睫。
然而，昌吉油田吉木薩爾頁巖油的地質(zhì)條件極為復(fù)雜，油藏埋深跨度達(dá) 1900米，地層壓力復(fù)雜多變，極大增加了井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)難度。
2018年，采油院鉆井工程研究所科研人員席傳明（現(xiàn)任采油院院長(zhǎng)助理兼鉆井工程研究所所長(zhǎng)）提出了一個(gè)大膽的想法：給井身結(jié)構(gòu)來個(gè)“瘦身大法”——減去中間的技術(shù)套管。
經(jīng)逐井排查、復(fù)盤資料、研究技術(shù)、開展實(shí)驗(yàn)，席傳明創(chuàng)新提出風(fēng)險(xiǎn)定量評(píng)價(jià)方法，得出二開結(jié)構(gòu)可行的結(jié)論。
二開井身結(jié)構(gòu)應(yīng)運(yùn)而生。
“三開”變“二開”并非簡(jiǎn)單的加減法。為了讓這一結(jié)構(gòu)切實(shí)可行，在水基鉆井液換成了油基鉆井液的前提下，采油院對(duì)表層套管和油層套管也進(jìn)行了優(yōu)化，延長(zhǎng)套管的同時(shí)，讓這兩者各自分擔(dān)了技術(shù)套管的功能，以更好地應(yīng)對(duì)復(fù)雜地層。這一高效組合既保住了三開井身結(jié)構(gòu)的核心防護(hù)功能，為鉆井提速按下了“快進(jìn)鍵”，同時(shí)也節(jié)省了支出。
井身結(jié)構(gòu)的革新之路布滿荊棘，絕非一朝一夕之功?！叭_”到“二開”背后是采油院十年如一日的“硬核攻關(guān)”——3600多個(gè)日夜的反復(fù)推演、無數(shù)次深入巖層的實(shí)地勘察、上百次方案的推翻重來，才終于實(shí)現(xiàn)這場(chǎng)鉆井領(lǐng)域的“瘦身革命”。
在淺層鉆井中，采油院便率先成功使用二開井身結(jié)構(gòu)，為后續(xù)全面推廣奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
厚積薄發(fā)終有時(shí)。2020年11月，一則讓人備受鼓舞的消息傳來，JHW05833井順利完井，其所在的58#平臺(tái)部署的8口井全部采用二開井身結(jié)構(gòu)+油基鉆井液的鉆井方案，平均井深5647米，水平段長(zhǎng)1800米，鉆井周期縮短至36天，完井周期50天，較前期縮短46%！這組“破紀(jì)錄”的數(shù)據(jù)，讓采油院備受鼓舞。
如今，二開井身結(jié)構(gòu)已經(jīng)在吉木薩爾頁巖油開采區(qū)域全面推廣開來。截至2024年底，這一技術(shù)已累計(jì)成功應(yīng)用360余口井，平均完井周期實(shí)現(xiàn)由91天到50天再到33天的“三級(jí)跳”。
采油院探索的腳步從未停歇?！拔覀儗⒊掷m(xù)優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)，向著更高的鉆井效率、更優(yōu)的開采效益發(fā)起新一輪沖鋒?！毕瘋髅髡f。
第二式：鉆具組合“獨(dú)孤九劍”
俗話說：“沒有金剛鉆，不攬瓷器活?！?/p>
在吉木薩爾戈壁深處，這句話成了新疆油田人攻克陸相頁巖油開采難題的真實(shí)寫照：沒有一套好工具，就干不來頁巖油開采這項(xiàng)精細(xì)活。
面對(duì)這片地下薄如蟬翼的頁巖油藏，采油院歷經(jīng)數(shù)年打磨，終于鍛造出一套能在千米巖層間“穿針引線”的“金剛鉆”，在鉆井提速方面實(shí)現(xiàn)了質(zhì)的飛躍。
昌吉油田吉木薩爾頁巖油油層平均厚度僅1.5米，不足常規(guī)油層的三分之一，再加上復(fù)雜地層的干擾，開采極為困難。采油院大膽創(chuàng)新，首先在鉆頭上進(jìn)行了優(yōu)化，將平頭鉆頭改為非平面的弧形尖錐設(shè)計(jì)的高效PDC鉆頭（聚晶金剛石復(fù)合片鉆頭）。
“以前鉆井像是在用鐵鍬，挖1米要‘吭哧吭哧’干上半天，現(xiàn)在通過破解塑性泥巖和致密頁巖高效破巖‘密碼’，創(chuàng)新了混合布齒PDC鉆頭，為鉆頭裝上了‘狼牙’，減少磨損的同時(shí)，讓鉆頭在巖石間‘啃咬’時(shí)更加精準(zhǔn)、省力?！辈捎驮焊痹洪L(zhǎng)石建剛說。
但要在頁巖油開采的“賽道”上真正提速，光換鉆頭還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。采油院又開啟了鉆井工具迭代之路。
“過去，鉆井作業(yè)主要依賴螺桿鉆具?！毙陆吞锕酒髽I(yè)高級(jí)專家聶明虎說，這一鉆具需要工程師時(shí)刻緊盯數(shù)據(jù)，反復(fù)調(diào)整方向，不僅耗時(shí)耗力，還容易出現(xiàn)偏差。
在將水基鉆井液改為油基鉆井液后，團(tuán)隊(duì)順勢(shì)引入旋導(dǎo)鉆具，這一工具能實(shí)時(shí)根據(jù)地質(zhì)變化調(diào)整方向，讓鉆頭在薄油層間“走鋼絲”也穩(wěn)如泰山。
然而技術(shù)突破從不是一帆風(fēng)順，螺桿工具動(dòng)力強(qiáng)卻精度欠佳，旋導(dǎo)工具雖精準(zhǔn)卻動(dòng)力不足。
2024年，技術(shù)人員創(chuàng)造性地將兩者結(jié)合，同時(shí)引入跨螺桿通訊短接，解決地下信號(hào)傳輸不暢的問題，打造出“配備強(qiáng)勁發(fā)動(dòng)機(jī)的智能導(dǎo)彈”，形成了“旋導(dǎo)+螺桿+高效PDC”的一趟鉆提速組合。
至此，這套“金剛鉆”總算是實(shí)現(xiàn)了全方位的升級(jí)。2024年，完鉆100余口井，全井平均機(jī)械鉆速從7米/小時(shí)飆升至20米/小時(shí)，鉆井作業(yè)也從“蝸牛爬坡”變成了“乘風(fēng)直上”。
第三式：鉆井液“乾坤大挪移”
在鉆井這一沒有硝煙的戰(zhàn)場(chǎng)上，還活躍著一個(gè)輔助系選手——鉆井液體系。這看似普通的流體，實(shí)則是陸相頁巖油開采的“效率密碼”。
要理解鉆井液的重要性，得先看懂地下的“千層蛋糕”。地下世界就像是層層疊疊的蛋糕，由不同的巖石、礦物、流體組成不同地層組合而成。想要挖到地下的“液體黃金”，鉆頭不僅要切開這些“蛋糕層”，并且在面對(duì)來自四面八方的壓力擠壓時(shí)保持“蛋糕”精致的造型。
鉆井液體系，正是破解這一難題的“救命稻草”。鉆井液既能潤(rùn)滑鉆頭減少摩擦，又能懸浮巖屑防止堵塞，還能平衡地層壓力，防止井壁坍塌。
縱覽前文，文中頻繁提到，在吉木薩爾頁巖油開發(fā)中，無論是成功優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)還是實(shí)現(xiàn)鉆井顯著提速，都有一個(gè)十分關(guān)鍵的前提條件——把水基鉆井液換為油基鉆井液。這也是采油院優(yōu)化鉆井液體系的一次有效嘗試。
顧名思義，水基鉆井液就是以水為“主角”，搭配各種化學(xué)助劑的鉆井液；油基鉆井液即以油為主，水、有機(jī)粘土和化學(xué)處理劑輔助組成的鉆井液。
相較于中規(guī)中矩的水基鉆井液，油基鉆井液潤(rùn)滑性能更強(qiáng)，抗高溫，且不怕遇水就“鬧脾氣”的水敏性巖層。然而這劑“良藥”也有副作用——封堵能力差，容易引發(fā)坍塌，而且價(jià)格昂貴。
為了“魚與熊掌兼得”，采油院針對(duì)易垮塌地層展開微觀“解剖”，用不同粒徑的碳酸鈣、瀝青等材料組成“封堵兵團(tuán)”，又引入納微米級(jí)材料，從納米到微米的孔隙全部精準(zhǔn)封堵。
面對(duì)高成本，他們大膽嘗試“聘用”不同材質(zhì)的乳化劑，讓頂級(jí)“調(diào)解員”憑借親水又親油的“雙面特性”，大力緩和油水“矛盾”，讓油水比從85:15降至75:25。在降低鉆井成本的同時(shí)，又提升了鉆井安全性。
為響應(yīng)國(guó)家號(hào)召，提升資源可重復(fù)利用率，降低鉆井成本，使用過的廢棄油基鉆井液往往會(huì)被循環(huán)利用。然而，在鉆井過程中，一些被鉆頭切下來的細(xì)小巖屑顆粒往往會(huì)融入鉆井液中，堆積后還容易造成井壁垮塌，且不易被過濾攔截。
“在這種情況下，我們考慮加入特制的絮凝劑來解決這一問題?！?新疆油田公司企業(yè)高級(jí)專家戎克生說。那些困擾鉆井的細(xì)小巖屑顆粒在絮凝劑的幫助下被快速“捆綁”沉降，原本只能重復(fù)利用4口井的油基鉆井液，如今能服務(wù)8口井，單井節(jié)省成本150萬元，真正實(shí)現(xiàn)了“變廢為寶”。
在昌吉油田吉木薩爾頁巖油的能源攻堅(jiān)戰(zhàn)場(chǎng)上，井身結(jié)構(gòu)革新、鉆井工具升級(jí)與鉆井液體系優(yōu)化，恰似支撐陸相頁巖油高效開采的“三駕馬車”，三者協(xié)同發(fā)力，創(chuàng)造出“1+1+1＞3”的效益。
據(jù)2024年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，曾經(jīng)打一口井需要3500萬元、耗時(shí)91天。如今憑借這“三大法寶”，成本直降至1800萬元，周期縮短至33天。
積土而為山，積水而為海。2025年是建成國(guó)家級(jí)陸相頁巖油示范區(qū)的決勝之年，新疆油田將持續(xù)破解陸相頁巖油效益開發(fā)難題，錨定年產(chǎn)140萬噸目標(biāo)奮勇前行，將能源飯碗牢牢端在自己手中。