近日，涪陵國家級頁巖氣產能建設示范區再次傳來喜訊，由中石化江漢石油工程公司承鉆的焦頁90-4HF井，完鉆井深6303米，刷新世界最深頁巖氣水平井施工紀錄。
截至2018年6月，該公司在涪陵國家級頁巖氣示范區鉆井220多口，單井鉆完井周期、鉆井綜合成本大幅下降，鉆井液及壓裂返排液重復利用率100%，實現了頁巖氣清潔安全高效開發，為建成涪陵國家級頁巖氣示范區100億方產能做出了突出貢獻，為國內其他頁巖氣區塊開發提供了成熟技術和示范。
摸索：走自主創新之路成為必然
江漢石油工程公司2010年就開始頁巖氣工程技術的探索。從中國石化第一口頁巖氣水平井——建頁HF-1井，到涪陵大安寨區塊涪頁HF-1井，開發效果都不理想。“上天容易入地難”，頁巖氣的開發難度本來就極大而且風險極高，其鉆井深度遠遠高于常規油氣井，普遍在4000米以上，包括2000米左右的水平井，同時需要大規模的分段壓裂;伴隨著頁巖氣開發的風險主要包括井塌、井漏、井噴、淺層氣含有硫化氫等，其中任何失誤都可能導致嚴重事故的發生。
與美國相比，我國頁巖氣多在崇山峻嶺間，埋藏深，構造復雜，優質頁巖儲層厚度小，開采難度遠超美國。更為困難的是，國內在頁巖氣開發工程技術和設備方面幾乎是一片空白。在建頁HF-1井施工中，提供油基鉆井液、水平段測井、橋塞和分級射孔技術服務的均為國際知名油服公司。
“當時頁巖氣我們沒干過，不會干，全靠老外來說，我們就在過程中學習、摸索。”江漢石油工程公司總經理楊國圣回憶說。由于地質特征和開發環境的差距，國外頁巖氣工程技術在中國頁巖氣勘探開發中還存在“水土不服”現象，難以照搬應用。除了鉆探效果不理想，這場“跨國的聯姻”還面臨著高昂的成本。
核心技術絕對保密，關鍵裝備只租不賣，就連每次設備售后維護都要付出昂貴的服務費。要想長遠開發頁巖氣，關鍵技術成了‘卡脖子’的障礙，江漢石油工程公司以加快國產化步伐為已任，開始了真正意義上的自主創新實踐。
攻關：破解頁巖氣開發工程關鍵技術之困
2012年，中石化江漢油田承擔建設涪陵國家級頁巖氣示范區的任務，江漢石油工程公司作為頁巖氣開發主力軍開赴重慶涪陵的崇山峻嶺。一個大大的問號擺在他們面前：面對非常規資源勘探開發施工周期長、工程成本高等難題，如何實現氣田經濟有效開發?
“頁巖氣開發的關鍵是經濟可采性，降低開發成本，最終惠及于民。”楊國圣介紹說，美國的頁巖氣革命出現，體現在兩項關鍵技術的突破：水平鉆井和分段壓裂，而這也是公司攻關重點。
在鉆井工藝上，他們主要突破了“三大瓶頸”。一是建立了適合涪陵焦石壩構造頁巖氣水平井優快鉆井的井身結構方案。在上部易漏井段采用清水鉆進方式，成功解決了空氣鉆風險大、泡沫鉆有環境污染等難題，一開井段機械鉆速提高4-5倍。二是創新實現了大井距平行叢式水平井和魚鉤型井眼軌道控制。針對地質條件復雜情況下山地“井工廠”模式的應用，為保證優質儲層的最大動用，通過優選鉆具組合，研制出定向PDC鉆頭和配套螺桿等工具，實現了替代進口的旋轉導向工具，滿足了二開大井眼井段定向問題，解決了水平段牙輪鉆頭費用高、速度慢的難題，在水平段實現一只鉆頭一根螺桿一趟鉆鉆完。三是開發了高效油基鉆井液清洗液、彈韌性膠乳防氣竄水泥漿體系、低密度防氣竄水泥漿體系，滿足了頁巖氣開發大規模壓裂對井筒高強度的要求，完井時間大幅縮短，固井質量明顯提高。
在長水平段分段壓裂技術研究中，他們同樣付出了諸多心血。橋塞的研發長時間阻礙著頁巖氣工程技術國產化的全面形成，他們通過研制組成橋塞零部件的材料，經歷成百上千的材料試驗，最終設計出了科學有效的部件結構。如今的橋塞已升級迭代數次，成為具有世界領先水平的關鍵設備。
目前，公司頁巖氣規模開發關鍵工程技術實現“七大突破”，整體構建和創新了鉆井、測錄井、壓裂試氣、環保等頁巖氣開發成套工程技術。“我們有了自己的設備和技術，國外公司的價格馬上下跌一半，甚至更多。”楊國圣說。
推廣：為氣田商業開發插上翅膀
2014年，焦頁30號平臺作為涪陵工區首個采用“井工廠”模式的鉆井平臺，成為萬眾矚目的焦點。然而，僅過了一年，涪陵頁巖氣田“井工廠”施工平臺達80%以上，施工紀錄不斷被改寫，創造了令人驚嘆的“涪陵速度”。
從逐口井作業模式，轉為平臺批量化流水線模塊作業模式，帶來的是流程再造的挑戰。該公司對傳統施工流程進行分解，創新性地按時間、空間、設備進行重新組合，并建立了一套完善的行業規范，為標準化鉆井、壓裂施工提供了規范保障。
除了實現全程國產化，創新團隊還成功解決了頁巖氣開采的“環保”頑疾。“頁巖氣備受爭議的原因之一就是環境污染。而我們涪陵氣田，因為其喀斯特地貌，巖層多而且復雜，環保更是難上加難，”楊國圣介紹說。自2013年開始，經過兩年多時間，他們破解了喀斯特地貌開采頁巖氣的環保技術難題。
經過近7年的學習、吸收、攻關和探索實踐，江漢石油工程公司形成了包括選區評價、“井工廠”設計、定向長水平井鉆井、油基泥漿應用、高強度固井、泵送橋塞射孔聯作、分段壓裂、排采技術等在內的一套適合中國國情的、完整的、高質量、高性價比的頁巖氣開發技術系列;有國家專利54件，軟件著作權13項，出版著作3部，發表論文181篇，制定標準規范25項。
從零起步，江漢石油工程公司用6年時間，走完了美國30多年的技術攻關之路。他們從“跟跑”到“領跑”，成熟技術的不斷推廣應用，為中國頁巖氣田商業開發插上了翅膀。
