在國內首個大型頁巖氣田——涪陵頁巖氣田，中石化江漢石油工程運用自主研發的3000型壓裂車在焦頁9號平臺進行國內首次“井工廠”模式壓裂試氣。胡慶明/攝
3月24日，中石化集團公司董事長傅成玉在中石化2013年業績發布會上宣布，中石化頁巖氣勘探取得重大突破，我國首個大型頁巖氣田——涪陵頁巖氣田提前進入商業化開發階段。2015年將建成50億方產能，2017年將建成百億方大氣田，標志著我國頁巖氣勘探開發實現重大突破，加速進入商業化大規模開發階段。
一石激起千層浪。受地質認識和關鍵技術制約，2009年在國內掀起的頁巖氣熱潮并未取得理想效果，到2012年，頁巖氣的發展前景甚至開始受到業界的質疑，中石化何以逆勢突圍?
帶著疑問，記者近日來到中國首個頁巖氣示范區——中石化重慶涪陵頁巖氣田，深入兩江深處，穿行于高山峽谷之間，一探究竟。
探尋頁巖氣“大糧倉”
中國天然氣需求量一直呈上升態勢，而天然氣資源稟賦卻一直先天不足，無法滿足日益增長的消費需求，對外依存度連年攀升。但隨著技術進步，近年我國關于對頁巖氣、煤層氣等非常規油氣資源種類和儲量豐富的消息不斷被證實，頁巖氣勘探開發被提上日程。抓住非常規油氣資源的“藍海”對近年傾力彌補上游短板的中石化而言是一個重要契機。
中石化稱，其早在2008年就開始涉足頁巖氣領域研究，將實現成功開發的北美地區與我國南方地區的頁巖氣地質條件進行對比研究，常規油氣地質與頁巖油氣地質進行對比研究，試圖找出保存頁巖氣的“大糧倉”——有利勘探區。
然而，頁巖氣藏屬于特低孔、特低滲的非常規的氣藏，儲層具有特殊的微觀結構和復雜的機理，而且勘探區塊所處區域地質條件復雜，又沒有任何成熟經驗可供借鑒。為此，中石化在頁巖油氣勘探開發和研究方面投入數十億元，幾乎所有上游企業都參與到這場“能源革命”中去。
從涪陵出發，汽車在崇山峻嶺之間穿行，漫山遍野都是深灰色的巖石，時不時在山頭或田間冒出。一個多小時后，我們才到達此行的第一站，位于崇山峻嶺之間的焦石壩頁巖氣首口發現井——焦頁1HF井。井場機器轟鳴，不時有石油工人來回穿梭地忙碌著。勘探南方分公司總經理郭旭升指著一塊塊從地下2000多米深處的深灰色頁巖告訴我們：“這就是存儲頁巖氣的‘大糧倉’，整個焦石壩地區的頁巖氣就像是床豐厚的大棉被，可勘探起來真是沒少費勁。”
作為勘探開發中打頭陣的先頭部隊，郭旭升體會頗深。為探準這個‘大糧倉’，幾年來，中石化通過學習國外頁巖氣勘探開發的理念和經驗，跳出常規思路，開展頁巖氣測井模型建立及解釋、地震資料綜合解釋、頁巖氣富集研究，逐步摸清頁巖氣的富集和保存規律，發現涪陵地區焦石壩區塊整體保存條件較好，海相龍馬溪組頁巖層穩定性好，是保存完整的“大棉被”。
通過不斷的基礎研究和實踐，經過嚴密的選區、鉆探、產能評價，終于在2011年底，他們完成了第一口海相頁巖氣參數井焦頁1HF井的論證，由此打開了海相頁巖氣勘探新領域。2012年11月28日，焦石壩地區實施的第一口頁巖氣井——焦頁1HF井鉆獲高產頁巖氣，取得了商業頁巖氣戰略性突破。
至此，以焦頁1HF井獲得商業頁巖氣為標志，中石化乃至中國頁巖氣開發取得了歷史性突破，從此進入高速發展階段。2013年，國家能源局正式批準涪陵頁巖氣田為國家級頁巖氣產能建設示范區。
涪陵地區頁巖氣的歷史性突破，對中石化而言，既是機遇，更是挑戰。而如何實現持續穩產是對中石化的一大考驗，也是人們最為關心的問題。
2013年上半年，中石化在焦石壩地區完成了600平方千米的三維地震，部署實施了3口評價井和17口開發試驗井，這輪新部署井都已鉆遇優質頁巖氣層或高產頁巖氣流，基本落實了焦石壩主體優質頁巖氣藏。勘探南方分公司頁巖氣專家張漢榮說：“焦石壩頁巖氣田的發現和丁頁2HF井的突破，解禁了整個川東南 1000多平方千米的頁巖氣勘探面積，焦石壩龍馬溪組海相頁巖氣這個大倉庫，正在逐步擴容。”
江漢油田副總經理胡德高告訴記者：“截至4月10日，已開鉆62口，完鉆33口，完成試氣投產的23口均獲高產氣流，完成10億方/年的集輸工程、11座地面集氣站的建設，建成10億萬/年的生產能力，日銷售200萬方/天，為下一步供氣做好了準備。”
撬開地下氣庫大門
頁巖氣井與普通天然氣井不同，技術含量要求更高，而且與北美頁巖氣田相比，中國南方海相頁巖氣層多具地表條件復雜、活動性強、埋藏深等地質特點，從國外直接引進的技術在實際應用中常常“水土不服”，技術一度成為中國頁巖氣發展的掣肘。
“焦頁1HF井雖然實現了頁巖氣勘探的重大突破，但要實現商業開發，可沒少難為我們。”江漢油田涪陵頁巖氣分公司副經理劉堯文不無感慨。
水平井鉆井技術和壓裂技術是決定頁巖氣開發的關鍵。鉆機要從地面打到頁巖氣層，再在頁巖氣層水平穿行1000多米，鉆頭要在幾千米深的地層中找準靶點，猶如鼴鼠在地下找糧洞。
處在崇山峻嶺之中的焦石壩地區，地表條件復雜，溶洞多、暗河多、裂縫多，淺層氣多、地層出水，易發生井漏、井噴。劉堯文介紹，水平井鉆井最難也是最關鍵的，就是要確保斜井段下靶點、水平段最終點均落在優質頁巖氣層上。鉆探焦頁1HF井時，由于沒有可靠的地震剖面和二維測線，井眼控制軌跡完全靠“摸石頭過河”。
針對地質的復雜性和難以預見性，技術人員經過反復論證試驗，形成空氣鉆、泡沫鉆、清水鉆PDC+螺旋復合鉆等優快鉆井技術系列，成功探索出優化設計“三段式”井身結構方案，長水平段定向技術以及油基泥漿體系下的固井技術，順利完成鉆井施工。
長水平段多級壓裂技術是非常規頁巖氣開發的關鍵技術，地質研究到鉆完井、試氣集輸的整個施工過程，壓裂是臨門一腳。江漢油田改變以往壓裂的思路和做法，摸索出適合焦石壩地質特點的壓裂工藝，形成了“主縫加縫網”的壓裂工藝和三段式壓裂液體系、三組合支撐劑體系，有力提升了壓裂質量，撬開了“氣庫”大門。
為實現高效快速勘探開發，他們還創造性地利用國內首臺輪軌式鉆機開展“井工廠”模式鉆井試驗，采用類似工程流水線的作業方式，優化組合施工工序。
離開焦頁1HF井，我們立即趕往重慶棊江區的丁山地區，一路上山路崎嶇險峻，特別是到井隊的幾公里路，這是工人們自己開的土路，想平穩坐在車里都是一件困難的事。經過四個多小時的顛簸，終于到達了目的地丁山構造。這里是中石化繼焦石壩地區之后的新的頁巖氣開發陣地，這樣的地形條件無疑也增加了開發的技術難度。
丁頁2HF井是國內第一口埋藏深度超過4000米的超深頁巖氣勘探井，地質結構復雜，屬典型的“三高”(高溫、高破裂壓力、高施工壓力)深井，存在多套壓力系統，主力氣藏埋藏深，存在定向困難、井眼軌跡精確控制、水平井壓裂難度大等諸多世界級難題。
郭旭升說，為啃下這塊“硬骨頭”，勘探南方分公司組織最精干的力量進行技術攻關，通過調整鉆井參數，使用地質導向、優選鉆頭工具等方法，順利完井，開創了國際超深頁巖氣井的先河，為更深層頁巖氣勘探開發奠定了基礎。
正是依靠邊實踐邊攻關，“摸著石頭過河”的理念，中石化通過消化吸收、自主研發，已形成3500米以內的頁巖氣勘探開發配套技術系列，最長水平段達2130米、最多壓裂段數26段，為實現頁巖氣經濟有效開發提供了技術保障。
關鍵設備實現國產化
如果說技術決定了頁巖氣勘探開發的基礎，那么裝備作為技術的實現手段，在很大程度上則決定了頁巖氣勘探開發的效率和成本。由于我國非常規油氣勘探開發起步較晚，設備研制和開發相對滯后，也是制約我國頁巖氣產業發展的一個障礙。
有業內人士稱，涪陵頁巖氣田的開發建設不僅開啟了我國頁巖氣商業化時代，而且促進了國產壓裂設備和完井工具等非常規油氣勘探開發裝備的國產化進程。
離開焦頁1HF井，我們又來到焦頁30號平臺井組，十幾臺壓裂車正整齊有序地在井場進行壓裂施工，這里是國內首次“井工廠”模式現場。
“這是中石化自己研發的壓裂車。”江漢石油工程公司西南項目管理部主任張良萬自豪地告訴記者。
為打破國外公司在關鍵設備上的封鎖和降低開發成本，中石化石油工程機械公司針對3500米井深的壓裂工藝和工具裝備等瓶頸，成功研制出具有自主知識產權的3000型壓裂車，滿足了“連續施工、大負載、長時間”的壓裂需求，確保在山區環境條件下能夠實施大型壓裂作業。設備各項指標達到設計要求，技術水平、安全可靠性和自動化水平大幅提升，特別是高壓系統檢測設備、氣密封檢測設備的研發生產，為深層頁巖氣開發提供了壓裂裝備保障技術水平，有效實現了安全可靠性和自動化。目前該壓裂車已在焦石壩地區批量使用。
采訪中， 郭旭升給記者講了這樣一個小故事。實施泵送橋塞對氣井進行射孔是壓裂施工中的重要一道工序，而泵送易鉆電纜橋塞是壓裂施工中唯一需要進口的裝備。在丁頁2HF井的一次施工中，橋塞突然發生了故障，嚴重影響施工安全和進度。當時，請了世界著名公司的專家進行現場診治，遺憾的是，專家最終也沒能解決這個問題。
江漢油田公司由此萌發了自主研發泵送易鉆電纜橋塞的念頭，目前已取得成功，而且現場試驗表明與國外水平相當，具備工業化應用條件。
郭旭升說：“正是這一項項關鍵設備的研發成功和技術進步，使得中石化頁巖氣勘探開發的關鍵設備絕大部分都實現了國產化，讓我們有信心把大糧倉里的糧食一擔擔地挑出來!”(吳莉)
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