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        對(duì)于油氣工業(yè)來(lái)講，科技創(chuàng)新是產(chǎn)業(yè)的生命力，其對(duì)行業(yè)進(jìn)步的推動(dòng)作用越來(lái)越明顯。在“全國(guó)科技創(chuàng)新大會(huì)、兩院院士大會(huì)、中國(guó)科協(xié)第九次全國(guó)代表大會(huì)”閉幕之際，本刊就當(dāng)前中國(guó)頁(yè)巖氣資源開(kāi)發(fā)的創(chuàng)新趨勢(shì)和技術(shù)方向，采訪了中石化石油機(jī)械股份有限公司總經(jīng)理謝永金先生。

        謝永金介紹了自2012 年以來(lái)，在新形勢(shì)、新常態(tài)、低油價(jià)下，石化機(jī)械針對(duì)國(guó)內(nèi)頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)工程裝備技術(shù)不成熟的現(xiàn)狀，先后攻克掌握了30 多項(xiàng)核心關(guān)鍵技術(shù)，其中，“十二五”國(guó)家科技重大專項(xiàng)“3000 型成套壓裂裝備研制及應(yīng)用示范工程”實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用，“十三五”國(guó)家科技重大專項(xiàng)“大型油氣田及煤層氣開(kāi)發(fā)——深層頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)關(guān)鍵裝備與工具研制”全面啟動(dòng)，企業(yè)正由單一制造銷售產(chǎn)品成功向?yàn)榭蛻籼峁┮惑w化解決方案轉(zhuǎn)型發(fā)展。中國(guó)頁(yè)巖氣由于非常規(guī)油氣資源生成機(jī)理和賦存環(huán)境的特殊性，氣藏地表?xiàng)l件復(fù)雜，儲(chǔ)層埋藏深，對(duì)石油工程裝備的技術(shù)要求比美國(guó)要高，因此，創(chuàng)新研發(fā)國(guó)產(chǎn)自主裝備是推進(jìn)中國(guó)頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)的必由之路。2012 年，中石化在涪陵焦石壩焦頁(yè)1HF 井的成功開(kāi)鉆，是中國(guó)頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)的新開(kāi)端、轉(zhuǎn)折點(diǎn)，也是國(guó)內(nèi)首個(gè)大型頁(yè)巖氣田——涪陵頁(yè)巖氣田提前進(jìn)入商業(yè)化開(kāi)發(fā)階段，同時(shí)標(biāo)志中國(guó)頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)重大戰(zhàn)略突破。

        目前，中國(guó)石油化工集團(tuán)公司已基本形成了頁(yè)巖氣井壓裂改造設(shè)計(jì)、體積壓裂滑溜水液體配置、大型壓裂施工等頁(yè)巖氣儲(chǔ)層大型水力壓裂改造技術(shù)體系和水平井分簇射孔、可鉆式橋塞分段、電纜泵送橋塞、連續(xù)油管泵送橋塞、鉆塞等配套工藝技術(shù)體系以及“井工廠化”頁(yè)巖氣平臺(tái)井組鉆井、完井和一只鉆頭一根螺桿“一趟鉆”鉆完水平井段的技術(shù)體系；特別是自主研發(fā)的3000 型壓裂車達(dá)到世界壓裂裝備的領(lǐng)先水平，形成了完備的壓裂作業(yè)技術(shù)體系。“擁有核心關(guān)鍵裝備技術(shù)是解決頁(yè)巖氣大規(guī)模開(kāi)發(fā)的有效手段。”謝永金表示。石化機(jī)械通過(guò)自主研發(fā)和合作攻關(guān)，掌握核心技術(shù)，為涪陵焦石壩頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)提供關(guān)鍵裝備和工具一體化解決方案，研制出了23 項(xiàng)關(guān)鍵裝備和工具，打破國(guó)外技術(shù)和市場(chǎng)服務(wù)壟斷。井工廠移運(yùn)鉆機(jī)、壓裂工程整體配套裝備、頁(yè)巖氣專用鉆頭、耐油基等壁厚螺桿鉆具、易鉆復(fù)合橋塞等系列關(guān)鍵裝備和工具，重點(diǎn)解決了鉆機(jī)井間移運(yùn)搬遷時(shí)間長(zhǎng)、定向鉆進(jìn)工具面不穩(wěn)定等問(wèn)題，形成了井工廠鉆機(jī)全方位步進(jìn)式移運(yùn)、大型儲(chǔ)層改造壓裂工程配套裝備和整體控制技術(shù)、頁(yè)巖氣全井段專用鉆頭鉆具組合優(yōu)化技術(shù)等國(guó)產(chǎn)化特色技術(shù)，推進(jìn)了頁(yè)巖氣低成本、高效率、規(guī)模開(kāi)發(fā)，為重慶涪陵“建成示范、走在前列”實(shí)現(xiàn)一期建成50 億立方米產(chǎn)能以及中石油長(zhǎng)寧威遠(yuǎn)的頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)建設(shè)中發(fā)揮了重要裝備支撐作用。

        “井工廠”作業(yè)模式有效降低頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)成本
        謝永金表示：“針對(duì)涪陵頁(yè)巖氣現(xiàn)場(chǎng)具體工程問(wèn)題，圍繞鉆井提速提效目標(biāo)，使用一個(gè)鉆井平臺(tái)布控多口采氣井，按照均勻布井方式，采取‘井工廠’作業(yè)模式進(jìn)行，施工成本下降，作業(yè)效率明顯提高。而這些成績(jī)的取得有賴于國(guó)產(chǎn)裝備的技術(shù)提升與創(chuàng)新。”由石化機(jī)械自主研發(fā)的井工廠自走式鉆機(jī)一舉實(shí)現(xiàn)了山區(qū)快速轉(zhuǎn)場(chǎng)移運(yùn)、同井臺(tái)整體快速移運(yùn)、鉆機(jī)自動(dòng)化、井工廠高效鉆井以及減少輔助作業(yè)時(shí)間、縮短鉆井周期和作業(yè)安全高效的目標(biāo)。

        輪軌式ZJ50、ZJ70 電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)，采用平衡式重負(fù)荷車輪技術(shù)、重型寬翼導(dǎo)軌標(biāo)準(zhǔn)節(jié)技術(shù)，進(jìn)行單列井間移運(yùn)；滑軌式機(jī)械式或復(fù)合驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)（ZJ50L/LDB、ZJ70L/LDB）， 采用成熟的棘爪步進(jìn)式結(jié)構(gòu)技術(shù)，適用于各種驅(qū)動(dòng)型式的鉆機(jī)進(jìn)行單列井間移運(yùn)；步進(jìn)式5,000m~7,000m 電動(dòng)鉆機(jī)，采用多組步進(jìn)平移油缸同步性控制技術(shù)、鉆機(jī)整體移運(yùn)無(wú)線檢測(cè)控制技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)任意方向整體快速移動(dòng)，并快速對(duì)正井口。

        鉆完井工具在頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)中全面實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化
針對(duì)涪陵頁(yè)巖氣井井底高溫高壓等復(fù)雜地層，石化機(jī)械開(kāi)發(fā)出的適應(yīng)導(dǎo)眼、一開(kāi)、二開(kāi)、三開(kāi)等各開(kāi)次的針對(duì)性牙輪和金剛石鉆頭、螺桿鉆具產(chǎn)品，攻克了鉆具在涪陵工區(qū)因儲(chǔ)層埋藏較深、地質(zhì)條件復(fù)雜、地層穩(wěn)定性差等造成的鉆頭易斷齒、磨損快、鉆具易卡易斷等技術(shù)難關(guān)；滿足“一趟鉆”的高要求，實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化降本、機(jī)械鉆速提高和長(zhǎng)壽命的目標(biāo)。大扭矩等壁厚螺桿鉆具技術(shù)、耐油基泥漿等壁厚螺桿鉆具技術(shù)，解決常規(guī)螺桿傳遞扭矩小的不足，國(guó)產(chǎn)耐油基泥漿螺桿使用壽命短等問(wèn)題，其中全井段系列的3 個(gè)規(guī)格螺桿，機(jī)速平均提高30% 以上；耐油基螺桿使用平均超過(guò)140 小時(shí)，最高達(dá)246 小時(shí)。

        從2013 年到2015 年，石化機(jī)械自行研制的鉆頭鉆具平均鉆井周期由78 天減少到62 天，平均機(jī)械鉆速由4.2 米/h 提高至8.2 米/h。2015 年， 在涪陵解決了水平段五峰組進(jìn)尺少的問(wèn)題，焦頁(yè)10-4HF 井進(jìn)尺1,530m，一趟鉆完成水平段龍馬溪、五峰、澗草溝組鉆進(jìn)；在焦頁(yè)32-4HF 開(kāi)展全井承包應(yīng)用，井深4,666m，平均機(jī)械鉆速13.13m/h，創(chuàng)當(dāng)時(shí)工區(qū)最快記錄。“公司自主研制的SCP 系列復(fù)合材料橋塞，掌握了易鉆復(fù)合材料關(guān)鍵技術(shù)，用于直井和水平井分層壓裂作業(yè)中的臨時(shí)性地層分隔，可用多種主流電纜或液壓坐封工具坐封，卡瓦能可靠錨定于多種級(jí)別套管，施工完成后一趟管柱快速鉆除多個(gè)橋塞，展示了良好的密封性、穩(wěn)定性、承壓性和可鉆性，在涪陵頁(yè)巖氣大規(guī)模分段壓裂中全面替代進(jìn)口。以此為標(biāo)志，中國(guó)頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)裝備與工具全面實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，并出口北美市場(chǎng)6000 余套，為國(guó)產(chǎn)裝備‘走出去’贏得了口碑。”謝永金介紹說(shuō)。

        大型壓裂裝備為改造頁(yè)巖氣儲(chǔ)層提供有力保障
        大型壓裂技術(shù)突破了常規(guī)壓裂理論的束縛，主要采用大排量、大砂量在地層中造出超過(guò)常規(guī)壓裂長(zhǎng)、寬、高的裂縫，擴(kuò)大泄油氣半徑，創(chuàng)造“人造滲透率”，提高單井產(chǎn)量，大幅增加了非常規(guī)油氣儲(chǔ)量的動(dòng)用程度。近年來(lái)，石化機(jī)械采油工程裝備躋身世界前沿，研制的世界首臺(tái)3000 型壓裂泵車，與自主研發(fā)的混砂車、儀表車、連續(xù)配液裝置、連續(xù)輸砂裝置、液氮泵裝置等輔助裝備配套形成系列，掌握了超高壓大功率壓裂泵及集成技術(shù)輕量化集成技術(shù)，大規(guī)模壓裂液全流程高效混配、精確輸送技術(shù)和超高壓管匯設(shè)計(jì)、制造及安全保障技術(shù)體系以及基于大型壓裂工程成套裝備集群化控制與應(yīng)用技術(shù)等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，有效解決了涪陵頁(yè)巖氣受限井場(chǎng)交叉、同步壓裂等難題，實(shí)現(xiàn)了大功率、高壓力、大排量、連續(xù)壓裂作業(yè)施工；低能耗、低噪音、低排放和綠色、低碳、環(huán)保、安全的目標(biāo)。

        其“超高壓大功率油氣壓裂裝備研制及集群化應(yīng)用項(xiàng)目”獲得國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)，3000 型成套壓裂裝備成為中國(guó)石油裝備制造行業(yè)標(biāo)志性產(chǎn)品。160 多臺(tái)裝備在涪陵先后壓裂施工140 多口井，成為涪陵頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)儲(chǔ)層改造的主力技術(shù)裝備。在焦頁(yè)9-1HF、9-3HF井，首次實(shí)現(xiàn)交叉式壓裂，縮短施工周期40% ；南頁(yè)1HF 井壓裂施工中單段連續(xù)時(shí)間達(dá)8 小時(shí)，最高壓力高達(dá)112MPa，井深5,820m，3000 型壓裂泵裝置在高壓長(zhǎng)時(shí)間下持續(xù)作業(yè)，刷新國(guó)內(nèi)頁(yè)巖氣壓裂“最高施工壓力”施工紀(jì)錄；2500 型、3000 型成套壓裂裝備涪陵焦頁(yè)42 號(hào)臺(tái)四井大型同步壓裂排量14~16m3/min，壓力70~91MPa，共75 段，以8 段/ 天（每天工作15 小時(shí)以上）的速度，施工總液量達(dá)13 萬(wàn)方、砂量5 千方，52臺(tái)設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間高可靠性運(yùn)行刷新了國(guó)內(nèi)規(guī)模最大、連續(xù)作業(yè)時(shí)間最長(zhǎng)的紀(jì)錄。

        井口氣回收裝置促進(jìn)頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)綠色環(huán)保
        石化機(jī)械“綠色驅(qū)動(dòng)”理念將助力全球頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)更高效、節(jié)能、環(huán)保。通過(guò)持續(xù)深入開(kāi)展井口氣回收技術(shù)研究和工藝創(chuàng)新，加大工藝攻關(guān)力度，石化機(jī)械解決了困擾油公司試采井口頁(yè)巖氣放空燃燒問(wèn)題，促進(jìn)了涪陵頁(yè)巖氣綠色開(kāi)發(fā)。針對(duì)深層頁(yè)巖氣井口壓力高特點(diǎn)，對(duì)井口氣回收裝置進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn)，采用高進(jìn)壓回收流程，將壓縮機(jī)入口壓力范圍擴(kuò)大至3~20MPa，優(yōu)化后的井口氣回收裝置能夠更好適應(yīng)深層頁(yè)巖氣的回收使用。結(jié)合試氣試采工藝要求、井口頁(yè)巖氣特點(diǎn)，石化機(jī)械設(shè)計(jì)了無(wú)基礎(chǔ)安裝運(yùn)行，變工況能力好，移動(dòng)搬遷性能強(qiáng)的成套井口頁(yè)巖氣回收系統(tǒng)。通過(guò)氣體處理、增壓計(jì)量、充裝回收的方式，將該類天然氣轉(zhuǎn)變?yōu)樯唐窔猓瑴p少能源浪費(fèi)和環(huán)境污染 。目前已在涪陵、大牛地、杭錦旗以及丁山、金山等區(qū)塊開(kāi)展天然氣回收，每天回收天然氣10 萬(wàn)方 ，減排二氧化碳約300 噸/ 天 。

        路雖遠(yuǎn)，行則將至；事雖難，做則必成。

        中石化石油機(jī)械股份公司將進(jìn)一步強(qiáng)化與用戶的結(jié)合，從設(shè)計(jì)源頭上降本提質(zhì)，為國(guó)內(nèi)頁(yè)巖氣大規(guī)模開(kāi)發(fā)提供更多精良裝備和服務(wù)支撐。按照2017 年涪陵頁(yè)巖氣示范區(qū)總產(chǎn)能100 億立方米的目標(biāo)，借助承擔(dān)“十三五”國(guó)家油氣重大專項(xiàng)“深層頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)關(guān)鍵裝備與工具研制”契機(jī)，自主創(chuàng)新開(kāi)展井工廠高效自動(dòng)化鉆機(jī)組研制、深層頁(yè)巖氣帶壓作業(yè)裝備、鉆完井關(guān)鍵工具、頁(yè)巖氣回收及專用井口裝置等六大課題攻關(guān)，掌握井工廠鉆機(jī)全方位步進(jìn)式移運(yùn)技術(shù)和管柱自動(dòng)化處理 、井工廠大型壓裂工程配套裝備和整體控制以及頁(yè)巖氣全井段專用鉆頭鉆具組合優(yōu)化和大容量連續(xù)油管作業(yè)裝備等關(guān)鍵核心技術(shù)，加快推動(dòng)了頁(yè)巖氣裝備與工具向“自動(dòng)化、系列化、標(biāo)準(zhǔn)化、國(guó)產(chǎn)化”轉(zhuǎn)化，支撐中國(guó)頁(yè)巖氣安全、綠色、高效開(kāi)發(fā)。