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   第7版:中国石化报07版
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v创新引领,探索页岩油开发“胜利”模式创新引领,探索页岩油开发“胜利”模式

胜利石油工程黄河钻井圆满完成国家级页岩油示范区牛页一区试验井组施工任务
2023年05月15日 来源: 中国石化报  作者: 张 琳 王玉鹏
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国家级页岩油示范区牛页一区试验井组。 张 玉 摄
牛页一区试验井组钻机与朝阳交相辉映。张 玉 摄
▲牛页一区试验井组1号机组70183钻井队“铁钻工”正按着指令在进行接立柱作业。尚思豪 摄
?国内最先进的“一键式”人机交互自动化钻机。 薄 磊 摄

    □张 琳 王玉鹏

    这里,部署有中国石化首部“一键式”人机交互自动化钻机,设备国内领先;

    这里,创新应用60余项钻井新技术、新工艺,收获硕果满满;

    这里,实现二开311.2毫米大井眼日进尺1650米,刷新全国纪录;

    这里,钻完井周期从180多天缩短到29.5天,打出“胜利速度”;

    …………

    近日,胜利济阳页岩油国家级示范区牛页一区试验井组最后一口井顺利完钻。历经一年多的探索攻坚,该井组优质高效完成全部20口井12.23万米进尺,用一组组亮眼指标,交上了一份保障国家能源安全的高分答卷。

    突破“不可能”,

    形成胜利页岩油钻探技术新版本

    牛页一区试验井组建设伊始,“突破”就成为关键词。

    从常规油气储层到致密油气储层,再到页岩油气储层,随着国内上游勘探开发对象逐步向复杂深层转移,井越打越深,油越找越难。而胜利页岩油优质资源量占比低、埋藏深、岩层厚、压力高、温度高、断层多等特点,更让开采难度倍增。

    这一点在施工时效上可见一斑:自2020年挥师页岩油钻探新领域以来,黄河钻井虽先后打成樊页平1井、牛页1-1HF井、丰页1HF井等10余口胜利页岩油发现井,但是普遍钻井周期都高达120余天。

    井下情况复杂多变、施工周期长,让规模建产和效益开发无从谈起。为彻底扭转这一局面,胜利石油工程在牛页一区试验井组大胆确立了“钻完井周期40天”的目标。

    从120余天到40天,周期缩短2/3,听起来像是不可能完成的任务。但是,正如胜利石油工程副总政工师兼黄河钻井公司党委书记、副经理王国华所言,“要想钻透‘铁板’挤出油,没有捷径可循,只有技术创新一条路”。

    黄河钻井抽调骨干组建页岩油专家组,集中力量开展技术攻关。针对超过170摄氏度的井下高温,技术人员深入现场,反复研究措施,创新提出在循环罐上开窗,并加装耐油闸门和降温装置的思路。这样不仅可最大限度冷却钻井液,降低井底仪器环境温度,提高仪器稳定性,而且解决了高温条件下钻井液性能下降严重的问题。

    面对三开施工钻遇裂缝风险导致涌漏同层、地层压力高、泥浆密度可调整范围小等一系列技术难题,他们大胆应用精细控压装置,制定了确保井底当量密度稍高于地层压力,使钻进过程保持微漏状态的措施。这是“控压施工”在页岩油井的首次应用,在一举解决涌漏问题的同时,也为其他区块页岩油井施工提供了可借鉴经验。

    为扩大“四提”成效,黄河钻井以牛页一区试验井组为试点,建立起页岩油地层专项技术模板,加强悬重、扭矩、水力参数等数据的模拟分析,先后试验确定了“超级马达+旋转导向、双向扭摆+水力振荡器+大扭矩螺杆+狮虎兽钻头”的提速工具组合,以及“钻塞+钻进”“造斜段+水平段”两个“一趟钻”工程,不断探索符合胜利页岩油特点的工艺技术流程,逐步建立起胜利页岩油专属的钻井“学习曲线”。

    2022年5月27日,井组一号机组创出二开钻进311.2毫米大井眼日进尺1620米的全国纪录。仅仅5天之后,这一纪录又被二号机组改写。最终,井组中先后有4口井创出同类井眼日进尺“一英里”的高指标,实现了深层定向一周内完钻。特别是牛页1-3-501HF井,钻井时效由同类型井的不足30%提高到60%以上,机械钻速达到胜利页岩油最高的19.1米/时,钻完井周期29.5天,在该平台首次实现了三开“一趟钻”和月交井的目标。

    “经过牛页一区试验井组的探索实践,我们已经完成了页岩油钻井技术从1.0到2.0版本的迭代升级。”黄河钻井公司副经理王海斌介绍,“这也为胜利页岩油后续规模开发提供了有力技术支撑。”

    挑战“从未有”,

    建立工厂化生产组织运行新标准

    为保障项目顺利运行,牛页一区试验井组在筹建之初就计划部署4部70型电动钻机同台施工。可是,要将上万台设备“塞”进仅有54亩的紧凑空间,并保证摆放合理、运行顺畅,是胜利黄河钻井成立以来从未有过的经历。

    “70型钻机属于大型钻机,设备设施多、空间需求大,而现场仅长255米、宽140米。设备进场顺序、井架起放次序,都必须周密规划,距离上精确到米、时间上精确到小时。只有这样,才能使4部钻机闪转腾挪、进退有度。”黄河钻井公司经理、党委副书记赵波说。

    黄河钻井借鉴大庆、长庆、涪陵等“井工厂”管理模式,结合井组实际,对成本和效率进行最优匹配,对区域和资源进行最佳统筹,探索建立了“井工厂”这一各类生产资源的“共享圈”。

    “‘井工厂’模式,对钻井行业传统理念、组织架构带来的是革命性变化。”赵波说,“也只有这种模式,才能将页岩油规模开采、高效开采、效益开采的理念发挥到极致,实现效率效益的双增长。”

    然而,改变延续多年的单机单队运行模式并非易事。“我们要做的不是‘1+1+1+1=4’,而是‘1+1+1+1>4’。”黄河钻井副总工程师顾晓强介绍。按照物资共享、建设集约、现场整洁、节约高效的理念,在井组设计之初,他们就对发电机组、驻井房摆放等进行统筹设计,现场全部水泥硬化,并在浇筑基础时预埋了能实现4部钻机互通的倒浆管线和电缆线槽,确保4个机组之间随时进行钻井液倒换等施工。

    按照这种模式,井组实现了钻井液处理剂集中存储、应急动力装置统筹调用、生活营区统一管理,井场占地面积减少36%、生产班组人员压减20%、人力资源优化率高达30%。

    运行模式的改变也带来了生产流程的变化。对此,作为项目党支部书记的黄利民感受颇深:“以往我们的钻井施工从开钻到完井,都是连续性作业,但这个井组采用了批次开钻的新流程。井组共部署20口水平井,每部钻机施工5口,分成一开、二开、三开,以3个轮次进行施工。”

    “以一部钻机为例,就是把5口井一开全部打完,再集中进行二开作业,二开全部完成后,再集中进行三开作业。”黄利民解释,这种批次开钻施工模式,将4部钻机的生产流程从“串联”变为“并联”,批次开钻、协同作业,大幅度减少了同类型钻开施工环节的配钻具、转换钻井液体系等作业时间,也为后续页岩油井台生产组织运行提供了经验借鉴。

    生产保障模式创新同样为井组高效运行提供了有力支撑。在胜利石油工程的牵头运行下,井组创新实施了胜利独有、对标世界领先油服公司的区块建产“总包”模式,与采油厂、经纬公司成立联合项目组,一体化推进项目运行。专门设立的一体化决策中心可对钻井进度、运行数据进行跟踪分析、实时监控,确保了作业措施和技术指令直达现场、立竿见影。

    立足“可复制”,

    打造项目化安全高效生产新样板

    4部钻机同台施工,设备设施首尾相接、相互呼应,每天有140多名员工在井场内往来穿梭……这无疑对井组的安全管理提出了更高要求。

    如何在大井组联合作战、多方配合的模式下,实现页岩油井安全绿色低碳施工,为日后提供可复制、可借鉴的成功经验,是牛页一区试验井组重点思考的问题。他们瞄准“建设零违章国家级页岩油示范区”目标,把安全环保作为项目运行中“先于一切、高于一切、重于一切”的头等大事。

    井组从补充完善安全监管机制入手,创新实施“网格化”安全管理模式,通过扩大覆盖面、划分小单元的方式,构建起层次分明的四级网格,逐级监督、逐级定责、提级问责,形成了权责明确、任务清晰、流程规范的安全监管网络,实现了安全管理的无缝衔接。

    有章可循,有禁必止。为时刻绷紧安全弦,井组创新采用会前安全“五分钟”、风险隐患“放大镜”、安全防范“小技巧”等安全警示教育形式,引导员工全面掌握岗位风险项点、严格执行标准操作规程,使“做自己健康第一责任人”的理念深入人心。

    与此同时,井组紧跟信息技术在安全领域中的广泛应用,将安全生产从“治”理转向“智”理。他们积极推行安全预警监测、误操作防范等信息化技术革新,开发应用人员管控系统,通过配备人员信息卡,对所有出入现场人员进行身份识别、位置定位、轨迹追踪,并配备危险区域划分、一键紧急呼救功能,实现井场内所有人员动态化、可视化安全管理。

    实现装备本质化安全,对于牛页一区试验井组有着不同寻常的意义。项目开工建设前,胜利石油工程就为井组配备了4部国内领先的70型电动钻机,并配套自主研发的“胜利天工”动力猫道、二层台机械手、自动钻杆盒等自动化装备,搭建了钻井工艺工况数字孪生系统、MRO(维护、维修、运行)物联网系统等智能化模块,彻底颠覆了传统钻井模式。

    “学好、试验好、用好这些自动化装备,为持续提升自主研发装备的稳定性、可靠性提供第一手资料,对于胜利页岩油勘探开发提速提效具有重要意义。”黄利民说。在井组应用中国石化首部“一键式”人机交互自动化钻机的安装阶段,项目人员与厂家技术人员密切配合,边学边干、反复验证,上百台设备、上千条数据仅用6天就全部安装调试到位,创造了胜利油区全配套自动化钻机起升最快纪录。

    “各种自动化、智能化的装备都集中到了井组,我们摸索出了一套推动装备本质化安全、操作模式创新的成熟经验。”黄利民介绍,这些装备的试验应用,实现了井组钻井作业“操控一键化、流程自动化”,极大降低了员工的工作强度,推动了作业效率、安全系数不断提升。

 

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