壓裂革命

如何破解低滲致密油氣藏高效開發的世界級難題?如何打破國際油服巨頭技術壟斷?中國石化西南石油局五年磨一劍，成功研發“井下全通徑無級滑套系統”，已在22口井推廣應用成功，較常規壓裂技術平均單井產量提高60%，部分單井增產達2倍以上，實現了難動用儲量的效益開發，鍛鑄了具有世界領先水平的“中國智造”。

壓裂無級限

中國石化西南石油局瞄準國際前沿，立足自主創新，為推動增產增效探索了全新路徑，成功研發井下全通徑無級滑套系統，讓原來無法動用的非常規天然氣儲量轉化為效益產量。

大咖云集，智慧閃耀。

3月20日，來自全球65個國家和地區的2000家企業、18個國家展團，齊集第十七屆中國國際石油石化技術裝備展覽會，捧出了自己壓箱底的最新產品和技術。

中國石化西南石油局只帶著一項技術而來。然而，就這一項技術已經足以讓西南石油人艷驚天下，俄羅斯、法國等國家的同行在現場就迫不及待地要談合作。

一技走天下。

這項技術就是“井下全通徑無級滑套系統”。中國石化西南石油局局長、西南油氣分公司總經理甘振維說：“與世界頂尖的石油企業同臺競技，‘井下全通徑無級滑套系統’展現了無可比擬的技術優勢和無限廣闊的應用前景。利用這項技術，較常規技術致密氣平均單井產量可以提高60%。”

60%其實是一個非常保守的數字，有時可以達到100%、200%，或者更多。它意味著壓裂工藝技術的革命性顛覆，意味著一些因為沒有效益而暫時沉睡的氣田可以開采了。2015年中國天然氣對外依存度達30.1%，而我國致密砂巖氣產量約占天然氣總產量三分之一，若其產量能有100%、200%的增長，把我國致密砂巖氣資源有效解放出來，就可望為我國實現天然氣消費獨立提供有力保障!更不要說這套技術在常規油藏、頁巖油氣藏及油氣井的開發生產中同樣適用。

好雨知時節，當春乃發生。一口井打出兩口甚至三口的產量。在低油價已經延續兩年多、降本增效逐漸走到窮途的時候，“井下全通徑無級滑套系統”這套工藝創新恰如及時雨，驅趕著石油人心頭的陰云。

天道酬勤

2011年3月8日，在一個普通的招待所里，西南石油局局長、西南油氣分公司總經理甘振維剛剛參加完國際壓裂技術推介會。推介會剛剛結束，他腦海中靈光一閃，一個困擾了七天的問題有了解決思路。

這個問題就是如何打破外國公司的技術封鎖，自主開發壓裂工藝技術，突破目前水平井分段壓裂只能限制在12～13段的極限。

工欲善其事，必先利其器。

1859年，隨著Edwin L. Drake油井鉆探成功，現代石油工業誕生了。接下來的100多年時間里，包括石油在內的化石能源枯竭論一次一次提出，又一次一次地因為油氣勘探開發技術的進步被擊退。川西產能建設及勘探項目部經理、石油工程技術研究院原院長戚斌說：“地質還是那個地質，但用了新工藝技術后，我們老區的產量從以前幾千萬立方米漲到現在的30億立方米。所以，工程技術對于產量提升非常重要。”

得益于工程技術進步，當今世界油氣行業正向深海、大漠、山地等環境復雜區進軍，向致密氣、致密油、煤層氣、頁巖氣等難度大的油氣存儲區進軍。

這種進軍并非一帆風順。在致密氣這個天然氣增儲上產的重要領域，由于單井產量低、經濟效益差，我國至少一半以上的致密氣儲量無法動用。當成本難以繼續降下去的時候，通過技術進步提高產量成為致密氣效益開發的不二手段。

地下巖石和水泥地一樣，非常致密，天然氣無法溢出。壓裂就像在水泥地上打一個縫，然后氣體像小溪一樣慢慢匯聚到大河中。以前的常規工藝改造之后，2寸7的油管柱只能分成12段，這樣1000米長分12段只能80米左右出一條縫隙。條數不多、支狀河流不密，很多致密氣儲量就動用不了。可以說，水平段分段壓裂段數直接關系著低滲致密油氣藏的產量，成為世界級難題。

目前，國際油服巨頭壓裂技術可以突破傳統水平井12段的分段限制，達到20～30段，可以大幅提高單井產量。當然，價格也令人咋舌。

“外國人能研究出這項技術，中國人為什么不行?”甘振維認為，在關鍵領域我們不能受制于人。

不限級壓裂國際主流技術有兩種：橋塞分段和連續油管拖動。但這兩種辦法一是成本高，二是不能一次性投產完井，同時存在施工工序多、施工周期長的弊端。

能否綜合連續油管尺寸不變和滑套便捷的優點，制造出不受油管內徑限制的滑套?甘振維開始思索。

有一種科學，叫做想象力。

看著招待所的房門，甘振維抓住了關鍵的一點：房間鑰匙大小相似，但一把鑰匙只能打開其所對應的鎖。如果每個滑套有一把專門的“鑰匙”，那自然能突破12級分段的限制?

心動不如行動，沒有試驗工具，甘振維用紙剪出一個簡易的物理模型。經過幾次試驗，被證明在理論上成立。

這就是“井下全通徑無級滑套系統”誕生的最初創意。它采用巧妙的設計和創新的結構，施工過程中，通過鑰匙和滑套的編碼智能匹配，不用人為干預，應該開的“絕不放過”，不該開的“一笑而過”，從而實現無級限和唯一性的完美結合。

很多人把這個創意歸結于偶然。其實，創意尤其是科學創意絕非人們所認為的“靈光一現”，也不該用“妙手偶得”，而應要用“天道酬勤”來解釋。“井下全通徑無級滑套系統”便是如此。如果沒有對行業發展動向的深刻把握，沒有多年專業與非專業知識的積累，它絕不會在短短時間內出現。“我平時總愛琢磨一些技術、生產管理上的問題，哪怕在飛機上也是這樣。”甘振維如是說。

勞其筋骨

每一棵橡樹都會結出許多橡樹種子，但只有一兩顆種子能長成橡樹。因為松鼠會吃掉大部分的橡樹種子。絕大部分創意會被現實的壓力所摧毀。“井下全通徑無級滑套系統”從創意萌芽直到成功研發，科研人員付出了很多。

德陽的夏天有多熱?

你只要試試饅頭蒸熟揭開鍋后，把臉放上去的感覺就知道了。

可是就在德陽最熱的7月，位于德陽的西南油氣分公司石油工程技術研究院內傳來了一陣陣叮當叮當的“打鐵”聲。

怎會有打鐵聲?

2011年7月，沒等試驗場地建起來，“井下全通徑無級滑套系統”開發團隊已經開始進行第一步試驗。打鐵聲正是銅棒敲擊“鑰匙”的聲音。先期試驗要驗證能否讓鑰匙在通過滑套時只打開對應的滑套而不發生誤開現象，因此要反復地讓一把把“鑰匙”通過滑套。

搞科研就是坐在辦公室吹著空調畫圖紙?

這是錯覺。

20個滑套，每次試驗最底下1號滑套的“鑰匙”分別要通過前面19個滑套，最后才打開1號滑套。2號鑰匙則要通過前面18個滑套。也就是說，每組試驗20把“鑰匙”共需要通過滑套200多次。

“鑰匙”怎樣通過滑套?用銅棒敲!

“‘鑰匙’本來應該靠水壓推動，但我們沒有條件，只能用銅棒將鑰匙敲下去。每一把鑰匙順利通過滑套要受幾百斤的力才行，最少要敲1分多鐘才能下去。當時在7月、8月、9月三個最熱的月份里，團隊中僅有的兩三個男職工一遍又一遍舉起銅棒重重的敲擊著‘鑰匙’。他們的衣服汗濕得就像一幅幅‘地圖’一樣。”原西南油氣分公司石油工程技術研究院管具技術中心主任王磊說。

短短三個月，1米長、60多斤重的銅棒兩頭都被敲得卷了起來。卷得不能工作了就送到工廠削掉，然后繼續工作。三個月下來，銅棒短了一大截。

銅杵磨成針之后，石油工程技術研究院井下工具研發室主任侯治民開始背著4公斤的“鑰匙”奔跑。

侯治民很好認。

“現場最像民工的那個，戴著眼鏡的，就是他。”

他在干什么?

20級井下全通徑無級滑套在試驗場全部逐一打開，驗證了井下全通徑無級滑套系統的設計合理。但這僅僅是開始。接著新的挑戰又來了!

井下生產和地面試驗不同。“鑰匙”在井下滑套需要下放到數千米深的井下，還需通過千余米的水平段。所以，所有“鑰匙”均需要先做4000米的耐磨性試驗，以得出準確的試驗數據。

“4000米的試驗需要‘鑰匙’反復通過管道百余次。為了讓試驗更準確，侯治民和他的同事一個人投送‘鑰匙’一個在另一端接，然后用竹筐背著跑過來繼續投送。一把‘鑰匙’的一次試驗，就是一次4000米的負重跑。”石油工程技術研究院黨委副書記楊靖偉介紹。

正如赫爾岑所說，科學不是可以不勞而獲的。在科學上除了汗流滿面，是沒有其他獲得成功的方法的。熱情也罷，幻想也罷，以整個身心去渴望也罷，都不能代替勞動。

2011年6月到2014年6月，地面試驗398次，20把“ 鑰匙 ”配套試驗20多次，空井筒試驗90余次。1000多個日夜讓“井下全通徑無級滑套系統”由簡單的紙制模型，成為一項日臻成熟的技術，耐磨、沖蝕、壓力……一系列的難點一一被突破。

苦其心志

世之奇偉瑰怪非常之觀，常在于險遠，而人之所罕至焉，故非有志者不能至也。

石油工程技術研究院管具技術中心主任工程師胡順渠沒有想到，加入“全通徑無極滑套系統”研發會成為她人生路上一次百折不回的遠征。

順風順水的地面試驗結束后，2014年7月3日，挫折來了!

“首次生產試驗，我們選擇在SF311HF井下入15支井下全通徑無級滑套進行壓裂施工。在投入開第1號滑套的第一把鑰匙后，最上面的15號滑套直接就開啟了。”胡順渠說，“鑰匙錯開滑套，就意味著試驗遇到挫折了。”

獨上高樓，望盡天涯路。

壓力雖然很大，但是科學上沒有平坦的大道，真理的長河中有無數礁石險灘。只有不怕巨浪的弄潮兒才能深入水底覓得驪珠。侯治民、胡順渠和同事們抖抖灰塵，開始全力分析故障原因，尋找解決辦法。

19天后，信心滿滿的工作人員在JS21-42HF井下入了19支井下全通徑無級滑套，進行又一次的壓裂施工。然而，又一次在生產性試驗中出現錯開滑套的問題。

有人調侃說：“不是‘一把鑰匙開一把鎖’嘛，怎么你們打造的是‘萬能鑰匙’?”

胡順渠和她的同事們開始被壓裂施工現場列入“不受歡迎”的名單：“大家壓力很大。”

經過4個月的查找，問題找到了。侯治民說：“我們覺得這已經是極限，再有問題我們也不可能解決了。”

然而，“功夫不負有心人”有時候其實是一種理想，現實比理想要殘酷得多。科學尊重的是事實，服從的是真理，不會因為任何人的壓力而高抬貴手。

2014年11月23日，在JS24-9HF井下入15支井下全通徑無級滑套的壓裂施工，讓他們經受了第三次挫折。功夫又一次負了有心人。

“連續三次試驗，三次挫折。前兩次我們都找到了一個自己認為的故障原因，但在信心滿滿的下一次試驗時都慘遭挫折。”這段時間可以稱之為胡順渠40年生命征途中最黑暗的一段，“神經不粗一點的人直接就崩潰了。”

衣帶漸寬終不悔，為伊消得人憔悴。

到底是“萬能鑰匙”還是有細節沒注意?管具技術中心全體技術人員開始排查問題原因，并對2014年以來的所有井下全通徑無級滑套壓裂數據進行整理、對比，查原因、找問題。

…………

眾里尋他千百度，驀然回首，那人卻在燈火闌珊處。

2015年3月17日，經過4個多月的排查，三次挫折的原因被找出來，最大的難關順利渡過。接下來的試驗一帆風順。GM33-10HF井測試成功，JS33-19HF井30級滑套施工成功，XS21-46HF井試驗成功……

“三次挫折的原因找到后，我們接下來的試驗全部成功，保持了100%的成功率。”侯治民介紹。

如今，“井下全通徑無級滑套系統”，已在油氣開發中大顯身手。西南石油局川西氣田位于“成都—德陽—綿陽”這一四川省最具活力的高密度經濟走廊上，工業發達、人口密集，對石油工程施工的安全環保要求極高。在20多口井成功推廣運用這項技術，一大批氣井獲得高產。其中，JS33-19HF井實現了30級分段壓裂，創造了不動管柱套管封隔器分段壓裂分段數世界紀錄。

效果彰顯

市場經濟不相信眼淚。

油價長時間低迷的經營環境，給石油企業帶來了巨大生存壓力。誰都明白，老辦法、老套路、老習慣，走不通了。創新、變革、突破，整個行業翹首以盼。誰能走出第一步，誰就將成為新時代的最大贏家。

西南石油局走在了前列。

離開德陽市區，沿著彎彎曲曲的山路驅車近一小時就到了位于中江縣的JS206姊妹井。兩井并排而立，于2016年8月投產。采用“井下全通徑無級滑套系統”新壓裂工藝的JS206HF井穩產9.6萬立方米/天，采用舊工藝的JS206-1HF穩產3.0萬立方米/天。

“兩井地層條件基本一樣，但前者不僅產氣量是后者的三倍多，而且后期工作非常簡單，滑套想開就開，想關就關，就是出水也不怕。”廣西采油廠生產技術科科長梁德成介紹，“這都得益于‘井下全通徑無級滑套系統’新壓裂工藝的巨大能量。”

對于“井下全通徑無級滑套系統”的意義，川西產能建設及勘探項目部經理、原石油工程技術研究院院長戚斌最有直觀感受。2012年，西南石油局在四川盆地一口氣打了100多口井，但平均單井產氣量只有1.92萬立方米。“因為沒有效益，之后就不敢打井。如今采用新的壓裂工藝技術，產量翻一倍達到三四萬立方米，效益就非常可觀了。這項技術堪稱高效開發低滲致密油氣藏的殺手锏。”戚斌說。

“井下全通徑無級滑套系統”就是這么厲害。

分段無限級，可以無限制地分段壓裂，最大限度獲取資源。生產全通徑，為后期維護和作業提供了極大方便。單段可開關。如一些分段(采油氣通道)出水影響生產，可以針對性地關閉或開啟，避免了出水對開采油氣的影響;如果實施排水作業或油氣井維護后，又可以重新開啟再次投入生產。管柱一體化，常規的無限級分段壓裂，施工管柱與油氣井生產管柱不同，要在分段壓裂完成后重新下入生產管柱，這樣既增加了作業周期和作業成本，又會造成儲層的二次污染，影響油氣井產量。而井下全通徑無級滑套分段壓裂，施工管柱和油氣井生產管柱一體化，施工完成后可直接投產，縮短施工時間，降低施工成本。

不僅僅是針對致密氣。“我們這套技術的目標是致密氣藏，但實際研究后才發現它在常規油藏、頁巖油氣藏及油氣井的開發生產中同樣適用。”石油工程技術研究院科技生產科科長雷煒說，“在壓裂施工這一牽出油龍氣龍、獲取油氣成果的關鍵環節，這項具有國際領先水平的‘中國智造’，正帶來顛覆性的改變。”

不僅在產量提升上完敗舊工藝。“井下全通徑無級滑套系統”在施工成本和施工時間上也完敗同行。雷煒說：“與泵送橋塞相比，我們的技術節約施工時間保守估計40%以上。國外能實現全通徑的工藝單井成本大約1400萬元。而達到同樣效果，我們的技術只要700萬元左右，不僅節省一半施工成本，而且更有利于后期管理。”

戚斌說：“我們不滿足于將這項技術只用在四川盆地，今后要走出去承攬其他油氣田的完井工程。以高效和低成本占領市場，甲方應該會優先選擇我們施工。”目前戚斌正籌劃到國內某工區一試身手，對利用這項技術盤活該區非常規天然氣資源開發充滿信心。

不僅僅是國內市場。“井下全通徑無級滑套系統”在第十七屆中國國際石油石化技術裝備展覽會上一舉成名天下知。俄羅斯一家石油公司想依靠這項技術可開關的功能解決稠油生產中的堵水問題;法國一家石油公司看中了它無級限分段和井下全通徑的優點;中國石化總部想要在系統內部全面推廣這項技術……

不僅僅是壓裂工藝技術體系。“井下全通徑無級滑套系統”還可用于油氣井開發過程中的生產管理，在堵水、調剖和產能測試等方面具有廣闊的應用前景，讓壓裂從工程技術走向了管理藝術。這套技術只是一個平臺，只是第一步。它改變了石油人的思維方式、工作方式，能帶給石油開采工業一系列的變革。