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奋斗百年路 启航新征程·转观念 勇担当 高质量 创一流 着力打造提质增效“升级版”

从“长庆模式”看非常规油气规模效益开发

页岩油的“非”与“常”之辩

  当年投产当年见效,桶油完全成本3年降幅超过30%,目前开发效益已能和鄂尔多斯盆地超低渗透石油资源相媲美……我国首个百万吨页岩油示范区,历时3年,于去年底在长庆陇东如期建成。今年前8个月,鄂尔多斯盆地页岩油开发示范区原油产量达76万吨。依托国家科技重大专项,经过“探索评价—开发试验—示范建设”,长庆人在鄂尔多斯盆地页岩油开发之路上蹚出了“长庆模式”,在黄土塬掀起一场“非常规”风暴。

  页岩油不仅要“拿得出”“拿得多”,更要“拿出效益”。这场“非常规”风暴,“非常”之处在哪里?常规油气开发的技术和经验是否发挥作用?让我们走进示范区,走近页岩油。

  解锁“非常规”——

  以非常思维行非常之道

  截至8月31日,距离合H9平台20公里的两口试验井,已连续稳定产油超过100天。这说明即将完钻的合H9有望达到预期效果,长庆油田页岩油产能建设项目组经理吴志宇心中的一块石头落地了。

  合H9平台是部署在子午岭自然保护区边缘的页岩油钻井平台,因其地下水平井井网呈扇形而备受业界关注。从事油气开发40年的吴志宇坦言,以前从没用过这种新型布井方式。

  地下储量丰富,地上环境脆弱,子午岭保护区下的大规模储量长期处于“静默”状态。扇形井网具有“一个点横扫一个面”的优势,占地近40亩的合H9可控制地下储量面积约3万亩。“这不仅为类似地区探索出了破解之道,更是对油田开发应力学、工程学的一次挑战。” 页岩油产能建设项目组压裂副经理齐银说。

  2018年,长庆油田按地质、钻井、压裂等专业从二级单位抽调人员,组建页岩油产能建设项目组(简称项目组),负责页岩油从方案设计、产能建设到生产管理全过程。事实上,进入项目组以来,成员们对油气开发的认识不断被颠覆。

  在这里,传统油气理论不适用了。圈闭找油是传统油气勘探的基本常识,储油层是找油的主战场。鄂尔多斯盆地页岩油主力产层——长7,在过去40年的勘探历程中,始终被认为是生油层,不具备开发价值。2011年,部署在长7的阳平1等10口探索评价井“石破天惊”,获得稳定的工业油流。这打破了生油层不产油的传统认识。在开发领域,传统的驱替采油类似于注射器原理,用水推着地层的油往井筒里流。而页岩油开发遵循渗析理论,如同将含油的海绵放在水盆里,通过水和油的置换来采油。

  在这里,传统开采工艺不管用了。在传统油气开发中,定向井是常见井型。如果说厚度达40米至240米的北美页岩油层像巨厚汉堡,那么油层叠合厚度仅10多米的鄂尔多斯盆地长7页岩油就像千层饼。这就决定了定向井不适用,水平井成了不二选择。如果说低渗透是“磨刀石”,那么,长7层则是“磨刀石中的磨刀石”,储油孔隙大小不足头发丝的1/30,用注水补能的常规方法面临水注不进去的窘境。吴志宇认为,对于页岩油来说,压裂是将储量变成产量的法宝,通过增大液量砂量,将地层深处的致密岩层压碎,形成像蜘蛛网一样的缝网,建立有效渗油通道。同时,在水平段进行细切割,像“剁面条”一样,剁得越细,缝网越多,采出油就越多。

  在这里,传统管理模式效率低了。水平井加体积压裂的产能建设方式需要大量的砂和水,而长庆油田所在的黄土高原沟壑交错、梁峁纵横,运输难度大。“以前一个井场一般压裂2口定向井,用不到200吨砂子。现在一个大井场压裂二三十口水平井,近5000吨砂子大概需要300辆大卡车运输,砂量也只够1口井。山路这么窄,不现实。”项目组压裂办公室主任黄蓬刚笑言,以前在一个井场最多待1天,现在需要三五个月。

  如何在狭窄的井场高效组织运行?钻井由“一队一机”变成“一队多机”,通过资源共享,实现同等工作量用人减少近20%和钻井效率提升30%。在压裂环节,形成了“厂家直供+就近中转+就地存储+连续加砂”和“拦河筑坝+泥沙沉降+三级提升+管网串联”的供砂供水工厂化作业模式。

  结合陆相页岩油多学科“甜点”优选评价技术,在“有效控制储量最大化”的设计理念下,项目组通过一体化攻关、平台化布井、工厂化作业、全生命周期管理,2018年至今,完钻水平井577口,油层钻遇率达75.7%。

  认识“非常规”——

  始于常规积累重在创新突破

  经过半个多世纪的发展,鄂尔多斯盆地常规油气勘探开发已经形成了从地质认识、工艺技术到管理模式的完整体系。然而,在页岩油面前,这套体系并不适用。吴志宇则认为,没有常规的积累,就不会有非常规的创新突破。

  积累大数据,“99次失败换取第100次成功”。阳平1井等探索井实现了单井产量的突破,但单井投资成本、动用地质储量达不到效益开发的要求;安83井等试验区实践了不同开发方式和技术政策,结果表明短水平井注水开发油井递减快……这些数据都被收录进 “地质工程一体化决策支持系统” (GEDS)的数据库。

  GEDS是长庆油田对标国际一流石油公司、自主研发的数据系统,可将钻井、随钻测试生产数据,实时共享给地质、工程、地面等专业队伍,实现现场数据实时传输,后台系统自动预警,远程专家决策指挥。科学决策需要数据支撑,有了大量的前期试验数据积淀,页岩油开发之路越走越顺畅。与2018年相比,目前页岩油钻遇率提高近5个百分点,平均单井初期日产量提高近1倍。

  打造大工厂,工艺技术应用实现质的飞跃。井井有油、井井不流的地质特点,决定了长庆油田绝大部分油气井都需要压裂。传统压裂主要目的是造缝,为储层中的原油流向井筒开辟通道。页岩油产能建设项目组地质副经理梁晓伟认为,对于先天能量不足的长7层来说,不仅需要造缝,更需要补能。项目组最终探索出“造缝、补能、驱油”集成压裂,实现“同体压裂、同体补能,同体采油”。

  从常规到非常规,意味着甜点分布从稳定到不稳定、单层储层厚度从十几米到平均2至3米,岩性从相对单一到多薄层叠加,与之相对应的是,地质研究精细程度不断加深、钻井技术从二维到三维的不断升级。常规工艺技术在页岩油领域实现了质的飞跃。

  深化大协同,一体化理念得到提档升级。在长庆油田,一口页岩油水平井投资几乎是普通井的5倍以上。平均单井投资高、规模效益开发难度大的现实,要求页岩油开发方案必须全方位、全要素、全流程精雕细刻,要综合考虑钻井、压裂、投产等各环节的无缝衔接和整体提速提效提质,一体化成为刚需,这是项目组多年实践得出的结论。页岩油产能建设项目组副经理王瑞杰介绍道。

  项目组自设立之初,定位就是集“研究、建设、生产、评价”工作内容于一体,从接力赛变成同时跑。页岩油产建着眼于“全生命周期”,管建管采,既要交储量还要拿产量,从头到尾都是一拨人。

  “以前以地质为核心,甲方说了算,现在是地质工程一体化,甲方乙方共同发力、共同解决难题。” 川庆钻探长庆钻井总公司副总经理兼页岩油工程项目部经理王运功说。一体化协同需要管理制度保障。项目组以大平台为基础建立了平台长制度,油田指定设计和生产双平台长,工程技术公司指定专业平台长。平台内,平台长全权代表所在企业。在施工现场,没有甲方乙方,只有项目。

  在继承中发展,在发展中创新。正如项目组钻井办公室主任李治君所言,没有在常规油气的积累,页岩油的开发任务就没法高质量完成。

  发展“非常规”——

  以“非常”之举应对“非常”之势

  水平段从300米到5000米,平均钻井周期从29.1天到18天,初期单井日产量从9.5吨到现在的18.1吨……数字变化的背后是长庆油田在多年探索实践的基础上,构建形成的非常规油气项目全生命周期管理体系。

  一批创新成果竞相涌现。通过对内共享、对外开放,联合科研院所、工程服务单位,创新应用“数字化、智能化”地面配套工艺,实现智能化集成装置全覆盖,长庆油田创建“科研生产一体化攻关、项目运行平台化管理、工程建设工厂化作业、技术质量信息化支持”的页岩油开发管理模式。在建成国家级页岩油开发示范基地的同时,形成以“水平井+体积压裂”为主的五大技术系列18项配套技术,构建黄土塬大井丛、工厂化高效建设模式,最终实现非常规资源绿色效益开发。

  一批技术技能人才快速成长。页岩油项目既是新理念新技术的“试验田”,也是人才培养的孵化器。地质设计、技术攻关、生产组织、协调保障等每一道工序都需要各专业多方配合,倒逼每个参与者都必须成为一专多能的“百事通”。以长庆油田为代表的甲方队伍里,负责地质的必须懂工程,负责工程的必须熟悉地质,不到3年时间,已经建成了一支以企业为主导、由145名骨干成员组成的产学研用一体化技术攻关团队,培养副高级工程师33名、博士研究生19名;以川庆钻探为代表的乙方队伍,各项工程指标节节攀升,队伍综合素质全面提高,围绕钻试固录测物探六大专业,培养了54个专家团队,建成7个技能工作室。

  一种全新的油气开发模式悄然崛起。不到3个篮球场大的废弃老井场,按常规只能打1口井,目前已投产的华H60平台优化建设了22口水平井,预计年产能12万吨,相当于一个中型采油作业区。

  “勘探开发一体化立体布井,用最小的地面面积撬动最大的地下资源,让效益开发、绿色开发、智能化转型都成为现实。”项目组压裂副经理李楷介绍,“一个井场部署如此多的井数、控制如此大规模的储量,在过去想都不敢想。”吴志宇认为,陇东地区环境敏感区分布广、面积大,土地征借难,大井丛、立体式开发部署是实现绿色效益开发的基础,常规油气资源开发也可以参考。

  用常规方式“救”不了的区块,用“非常”思维、非常手段去“唤醒”。作为长庆油田上产6000万吨的主战场,超低渗油藏开发效果有待继续提高,常规井网传统的注水开发效果较差,单井产量低、递减快,容易造成水淹。为此,长庆油田借鉴非常规体积压裂成功经验,创新提出转变开发方式理念,探索超低渗油藏新型开发方式。截至9月5日,超低渗油藏转变开发方式试验井川平52-12体积复压后日产油由2.9吨提升至18.8吨,且已持续稳产800天。

  目前,页岩油勘探开发虽已进入新阶段,但仍处于探索之中。吴志宇认为,为促进“非常规”健康有序发展, “量身订制”符合其特点规律的评价体系,是急需解决的问题。由于“非”与“常”开发策略和开发曲线不同,开发方案编制和审批如何能更好地适应非常规快速反应、快速调整的需求也是重点。此外,加强非常规油气人才队伍建设也是打赢这场战役的关键。

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