探碧波千里 驅(qū)深?！皻恺垺?/h1>
2018-07-16 19:38吳彪呂騰波
科學(xué)中國人·上半月 2018年5期
吳彪 呂騰波
專家簡介：
李中，教授級高級工程師，中國石油大學(xué)（華東）特聘教授，中國海油南海西部石油管理局總工程師。從事南海油氣鉆完井技術(shù)研究和攻關(guān)工作長達(dá)24年，先后主持和完成了南海多個勘探開發(fā)建設(shè)工程鉆完井作業(yè)項(xiàng)目，負(fù)責(zé)了多項(xiàng)國家級及中國海洋石油集團(tuán)公司級重大科研課題，取得了豐碩成果，為南海西部油田的油氣田開發(fā)做出了重大貢獻(xiàn)。作為南海西部油田鉆完井工程團(tuán)隊(duì)帶頭人，先后主持了北部灣復(fù)雜地層優(yōu)質(zhì)高效鉆完井技術(shù)、珠江口盆地海上超低滲油氣田勘探開發(fā)、鶯歌海盆地東方高溫高壓氣田開發(fā)和瓊東南盆地深水勘探鉆完井技術(shù)等重大項(xiàng)目的工作，相繼攻克了復(fù)雜斷塊鉆井、高溫高壓鉆井和深水鉆井等世界級難題，研究成果通過在現(xiàn)場的應(yīng)用和轉(zhuǎn)化，取得了顯著成效，技術(shù)指標(biāo)行業(yè)領(lǐng)先。這些成果的取得進(jìn)一步強(qiáng)化了中國海油在海洋油氣鉆完井領(lǐng)域的技術(shù)領(lǐng)先優(yōu)勢，將極大促進(jìn)南海油氣的全面勘探開發(fā)，對推動南海能源基地建設(shè)、保障國家能源安全等具有重要意義。
以第一完成人身份獲得2017年度國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎一等獎，累計(jì)獲省部級科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎17次，其中包括特等獎3次、一等獎7次。發(fā)表專業(yè)學(xué)術(shù)論文20余篇，取得授權(quán)專利16件，出版專著6部，同時還培養(yǎng)了一批符合國際標(biāo)準(zhǔn)的高溫高壓和深水鉆完井高素質(zhì)人才，促進(jìn)了我國海洋油氣工程建設(shè)，以卓越首創(chuàng)技術(shù)搶占了世界油氣勘探開發(fā)的制高點(diǎn)。
盡管人類開采石油與天然氣的活動最初由大陸開始，但從19世紀(jì)末，美國加利福尼亞海邊鉆出第一口海上油井之后，勘探海中“氣龍”便成為世界各國的頻發(fā)動作。
時代發(fā)展推進(jìn)了測試作業(yè)和鉆井技術(shù)的革新速度。而在我國，海洋油氣工程的系列研究均起步較晚，粗略算下來也不過60余年：1957年，因漁民反映海面有油苗漂浮，南海西部的油氣地質(zhì)勘探逐漸開始；1966年，我國第一座鉆井平臺于渤海順利建成；1967年，第一口勘探井喜噴原油……塵封多年，中國海洋油氣工業(yè)的序幕緩緩拉開，中國海洋石油人自此逐風(fēng)破浪，于跌宕起伏的發(fā)展中劈出一條跟隨、創(chuàng)新、引領(lǐng)之路。
作為從事海洋油氣鉆完井研究的佼佼者，身為解決多項(xiàng)高溫高壓和深水測試作業(yè)世界性難題的團(tuán)隊(duì)領(lǐng)頭人，李中用20多年的時間促成了高溫高壓鉆井關(guān)鍵技術(shù)、井筒完整性技術(shù)、安全控制技術(shù)和鉆完井提質(zhì)增效技術(shù)四大國際級首創(chuàng)成果。對他和他領(lǐng)銜的“南海高溫高壓鉆完井關(guān)鍵技術(shù)及工業(yè)化應(yīng)用”項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)來說，2017年度國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎一等獎的表彰固然可喜，但最為珍貴的還是將中國海洋油氣鉆完井技術(shù)研究推上了一個新臺階，達(dá)到了一個就經(jīng)濟(jì)產(chǎn)值、環(huán)保效益、施工人員人身安全保障而言，他人無法企及的高度。而李中和他的團(tuán)隊(duì)，也為國際高難度海洋油氣工程開發(fā)、建設(shè)豎起了一支引領(lǐng)世界水平的標(biāo)桿！
史無前例 難上加難
海洋蘊(yùn)含著全球70%以上的油氣資源。步入21世紀(jì)以來，全球的油氣發(fā)現(xiàn)有近一半源自深海。而在中國南海，當(dāng)珠江口盆地首次出現(xiàn)一口日產(chǎn)295.7立方米的高產(chǎn)油井，當(dāng)原油從離海底2000多米的地層深處噴涌而出，它也一改往日低調(diào)，被國外專家一致視作“可能成為另一個波斯灣或北海油田”的海域。
但向前推進(jìn)10年，境況卻完全不同。位于歐亞、太平洋和印澳板塊的交匯之地，中國南海除了目前已知的油氣儲量誘人，還同美國墨西哥灣、英國北海并稱為全球三大海上高溫高壓海區(qū)。且相比其他兩個區(qū)域，中國南海的溫度、壓力更高，勘探開采任務(wù)更為艱巨。“從地球的板塊角度來講，中國南海地處應(yīng)力的集中區(qū)，地質(zhì)狀況極為復(fù)雜，地層最高溫度接近250℃，壓力系數(shù)也可能達(dá)到2.4?！崩钪腥绱苏f道。
最高溫2 4 9℃、最高壓力系數(shù)2.38，這是最新鉆井資料給出的結(jié)果。并且，原國土資源部《全國油氣資源動態(tài)評價》數(shù)據(jù)顯示，中國南海高溫高壓區(qū)域蘊(yùn)藏著近15萬億立方米的天然氣，約占中國南?？傎Y源量的三分之一。這也間接說明了想要海中尋寶并不是一件容易的事?！八械臄?shù)據(jù)是地質(zhì)人員根據(jù)南海高溫高壓區(qū)域的地質(zhì)構(gòu)造、沉積特征等分析研究后預(yù)估出來的。”李中指出，“是否真的成藏，規(guī)模多大，具體在哪里，必須鉆井證實(shí)?！?/p>
1978年3月，國家作出海洋石油對外開放的戰(zhàn)略決策，吸引了大批國際巨頭公司入駐中國南海，海洋對外合作由此迅速轉(zhuǎn)入實(shí)施階段。1982年1月，國務(wù)院頒布《中華人民共和國對外合作開采海洋石油資源條例》，規(guī)定“對外合作海洋石油資源的業(yè)務(wù)，統(tǒng)一由中國海洋石油總公司全面負(fù)責(zé)”。
然而，在高溫高壓海域鉆井，風(fēng)險高、成本高、失敗率更高，加之中國南海海域臺風(fēng)頻繁，地層高含CO2，實(shí)際作業(yè)的難度可想而知。前期鉆探的15口高溫高壓井，投入近50億美元的財(cái)力，結(jié)果卻讓人大跌眼鏡——全部國際企業(yè)鎩羽而歸，陸續(xù)撤出這片被論斷為“高溫高壓海洋石油氣無法游離成藏”的海域。
中國南海高溫高壓區(qū)天然氣勘探由此成為行業(yè)公認(rèn)的世界級難題。
靶向狙擊 深耕不輟
值得一提的是，雖受制于技術(shù)，國外專家過早地給中國南海油氣成藏判下死刑，但中國海洋石油人對于“南海夢”的堅(jiān)持和追求并未受到影響。
“儲量是石油公司發(fā)展的基礎(chǔ)，在擁有勘探權(quán)益的區(qū)域找到盡可能多的油氣，是勘探從業(yè)者的職責(zé)。不管南海高溫高壓區(qū)的天然氣勘探有多難，我們都會努力突破?！?994年，剛剛加入中國海洋石油集團(tuán)有限公司湛江分公司的李中，應(yīng)國家需求、受行業(yè)前輩感召，開啟了新一輪的海上求索之路。
“經(jīng)過第一輪對外合作，國內(nèi)鉆井裝備基本實(shí)現(xiàn)跟進(jìn)，基礎(chǔ)研究隊(duì)伍和作業(yè)隊(duì)伍也隨之組建起來。另外在合作期間，國內(nèi)面向鉆井工藝的技術(shù)、程序、方法也有了進(jìn)一步的提升?！痹诶钪锌磥恚瑖馄髽I(yè)紛紛撤出中國南?？碧綑?quán)益，看似陷入了僵局，但對中國本土海洋石油人而言，是挑戰(zhàn)也是機(jī)遇。“我們不斷琢磨、反思，問題到底出在哪里。最后發(fā)現(xiàn)制約勘探的最主要原因，其實(shí)還是鉆井工藝?！崩钪兄赋?，自1984年首次在中國南海鶯瓊盆地鉆高溫高壓探井以來，一直鮮有儲量發(fā)現(xiàn)的一個重要原因就是鉆井技術(shù)不夠先進(jìn)，而高溫高壓的環(huán)境要求鉆井裝備具有較強(qiáng)的抗高溫高壓及密封性能。
為此，以李中為代表的中國海洋石油集團(tuán)有限公司湛江分公司依托原國家“863”計(jì)劃、國家重大專項(xiàng)及“十二五”規(guī)劃等，聯(lián)合中海油研究總院、中海油田服務(wù)股份有限公司、中國石油大學(xué)（北京）、中海油能源發(fā)展股份有限公司、長江大學(xué)、西南石油大學(xué)、中國石油大學(xué)（華東）、深圳新速通石油工具有限公司等十幾家高新技術(shù)單位，歷經(jīng)20余年攻關(guān)研發(fā)集成了一系列針對南海鶯瓊盆地高溫高壓區(qū)域的、具有自主知識產(chǎn)權(quán)的鉆完井技術(shù)體系。利用該體系中針對高溫高壓鉆井安全性、井筒完整性和鉆完井的提質(zhì)增效等問題的四大關(guān)鍵技術(shù)，他們成功解決了南海鶯瓊盆地高溫高壓領(lǐng)域鉆完井的世界性難題，建成了國內(nèi)首個海上高溫高壓氣田。
在填補(bǔ)國內(nèi)領(lǐng)域空白之際，李中項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)了5個大中型氣田，實(shí)現(xiàn)直接經(jīng)濟(jì)效益近200億元，快速促成了我國邁入海上高溫高壓天然氣鉆完井技術(shù)領(lǐng)域的國際先進(jìn)行列 。
技術(shù)在宇 信念于心
2010年，南海鶯瓊盆地中深層步入了勘探的“春天”。
短短兩年時間，東方13-1、東方13-2相繼被發(fā)現(xiàn)，而陵水、樂東系列油氣田也在緊隨的幾年內(nèi)加入待開發(fā)行列。一時間，國內(nèi)外媒體將鏡頭迅速聚焦南海鶯瓊盆地，紛紛加入跟蹤報(bào)道之列。
被世界的目光鎖定，李中和一大批技術(shù)人員齊心協(xié)力，撬動聳立在高溫高壓鉆井技術(shù)面前的大山?！霸诟邷馗邏簠^(qū)域鉆井，主要難在作業(yè)安全與成本兩方面。”李中指出，高溫高壓對鉆具、鉆井液、固井水泥漿的性能以及作業(yè)方案、人員能力等都提出很大挑戰(zhàn)，作業(yè)時極易誘發(fā)井壁失穩(wěn)、漏失、井噴甚至船毀人亡等事故。鉆井成本很高，動輒數(shù)億元。
“從20世紀(jì)90年代中期開始，我們陸續(xù)將測試、鉆井工作攬過來自行摸索。過程中交了不少‘學(xué)費(fèi)，但經(jīng)過十幾年的沉淀，技術(shù)體系建起來了，也成功發(fā)現(xiàn)幾個高溫高壓油氣田?！崩钪谢貞浀?。
長久以來，南海海域高壓成因復(fù)雜，鉆前壓力預(yù)測并不準(zhǔn)確，直接導(dǎo)致井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)無法“量體裁衣”。與此同時，工程作業(yè)時地層壓力窗口狹窄、控制難度高，極易造成溢流井漏甚至井噴?！笆艿貙痈吆緾O2腐蝕影響，固井質(zhì)量差，井筒泄漏風(fēng)險及環(huán)空帶壓比例高，一不小心可能給鉆井平臺造成毀滅性的災(zāi)難。并且探井完鉆，即使發(fā)現(xiàn)良好油氣顯示，也因海上平臺空間狹小，又受臺風(fēng)、天然氣水合物、沖蝕、震動等影響，測試作業(yè)風(fēng)險高，成功率低?！痹诙嗉夜俜矫襟w的報(bào)道中，此類評述屢見不鮮。
“鶯瓊盆地壓力系數(shù)為2.38，相當(dāng)于1.25萬噸的重物壓在1平方米的面積上?！崩钪斜硎?，相比勘探，開發(fā)過程除了鉆完井難還需要應(yīng)對氣藏高溫高壓及高含CO2等境況，這便使得開發(fā)材料與設(shè)備的抵抗性、密封性必須符合高標(biāo)準(zhǔn)。
在明確鉆井難點(diǎn)及要求之后，在分析前人的理論研究和實(shí)踐開發(fā)經(jīng)驗(yàn)之后，李中所在團(tuán)隊(duì)克服重重阻礙，圓滿完成東方13-1、東方13-2、樂東10-1、樂東10-2等氣田的開發(fā)任務(wù)，保證了南海54口高溫高壓井的安全和高效鉆探；并在此過程中，基于超高溫高壓鉆井技術(shù)需求形成了數(shù)項(xiàng)安全控制技術(shù)、優(yōu)質(zhì)作業(yè)技術(shù)和高效作業(yè)技術(shù)，不但保障了工程人員的生命權(quán)益，還極大地降低了經(jīng)濟(jì)成本、提升了作業(yè)效率。
四大技術(shù) 引領(lǐng)國際
在2018年中國海洋石油集團(tuán)有限公司的科技工作報(bào)告會上，李中作為代表闡述了技術(shù)創(chuàng)新成果及成果轉(zhuǎn)化相關(guān)情況。隨著一張張幻燈片的切換，文字和數(shù)據(jù)所呈現(xiàn)的不再是單一的研究結(jié)論，而是實(shí)際生產(chǎn)可見的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)優(yōu)越性、應(yīng)用系統(tǒng)1+1>2的平臺效應(yīng)。
“我們不是為了研究而研究”，李中對于技術(shù)落地解決國家油氣開采重大問題的初衷分外強(qiáng)調(diào)。而在勘探及鉆井作業(yè)中，因地質(zhì)環(huán)境多變所致，沒有任何兩個油氣工程開發(fā)是完全相似的。每一次作業(yè)除了面對高溫高壓、高CO2等問題，還需應(yīng)對接連出現(xiàn)的各種新施工阻礙。因此，經(jīng)過幾十年技術(shù)累積，具有海、陸油氣工程作業(yè)廣泛應(yīng)用價值的四大首創(chuàng)先進(jìn)技術(shù)體系格外復(fù)雜、引人注目。
在海上高溫高壓井安全鉆井技術(shù)方面，李中率團(tuán)隊(duì)基于理論層面認(rèn)識，首創(chuàng)了多源壓力成因的高壓地層孔隙壓力預(yù)測技術(shù)和雙向動態(tài)循環(huán)井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)，建立了耦合溫度作用的地層破裂壓力和坍塌壓力計(jì)算模型?！跋啾葌鹘y(tǒng)三壓力剖面預(yù)測精度、井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，我們把預(yù)測精度由70%提高到95%。常規(guī)的7層井身結(jié)構(gòu)也被優(yōu)化為5層?！崩钪斜硎荆@井之于壓力預(yù)測的精準(zhǔn)度要求十分嚴(yán)格，分毫之差帶來的極有可能是一場人財(cái)兩失的災(zāi)難。為了能夠出拳準(zhǔn)打“氣老虎”，他們開發(fā)了高溫高壓窄壓力窗口下井筒壓力場精確計(jì)算、ECD精準(zhǔn)控制及水平井井控技術(shù)，利用構(gòu)建的海上高溫高壓安全鉆井技術(shù)，將井漏、溢流等事故造成的井眼報(bào)廢率由30%降低至0。
與此同時，作為一項(xiàng)綜合運(yùn)用技術(shù)、操作和組織管理的油氣田開發(fā)解決方案，井筒完整性對在全生命周期內(nèi)，降低油氣井地層流體不可控泄漏風(fēng)險具有重要作用。它是目前國際油公司普遍采用的管理方式，通過測試、監(jiān)控、風(fēng)險評估、管理制度等形式達(dá)到預(yù)防和減少油氣井事故的目的。高溫高壓高含CO2氣井井筒完整性技術(shù)，是李中及其團(tuán)隊(duì)為實(shí)現(xiàn)油氣井安全生產(chǎn)程序化、標(biāo)準(zhǔn)化和科學(xué)化目標(biāo)，針對南海惡劣的作業(yè)環(huán)境自主研發(fā)的一項(xiàng)卓越技術(shù)體系?！盎诜且?guī)則顆粒級配理念和發(fā)明的實(shí)驗(yàn)評價裝置，我們自主研發(fā)了‘五防‘自修復(fù)固井水泥漿體系，發(fā)明了復(fù)雜多相流體腐蝕評價裝置，創(chuàng)建了CO2分壓27.9MPa條件下組合防腐技術(shù)……”在2017年度國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎一等獎的項(xiàng)目申請書中，一項(xiàng)項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)被展出。而這些文字背后則關(guān)乎著國家油氣開采的財(cái)政投入、深水測試作業(yè)的時間耗費(fèi)，以及海上作業(yè)人員的生命安全權(quán)益。構(gòu)建完成的全壽命6級屏障井筒完整性技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了高溫高壓氣田生產(chǎn)期間環(huán)空“零”帶壓的突破。換言之，這些技術(shù)的應(yīng)用可以使一口鉆探井節(jié)約1～2億元的資金，將原本幾個月的施工期大幅度縮短，并在一定程度上填補(bǔ)了國際該技術(shù)領(lǐng)域的長期空白。
李中說，前期大量基礎(chǔ)工程資料調(diào)研對于多項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展具有保障作用，而徹底要將測試工作風(fēng)險性降至最低，還需依靠完善成熟的安全測試體系?？紤]到高溫高壓、腐蝕磨損環(huán)境的特殊性，他建立了生產(chǎn)條件下雙封隔器密閉空間環(huán)空壓力計(jì)算模型，研制了生產(chǎn)管柱安全評價裝置。而后，運(yùn)用創(chuàng)新的雙封隔器射孔生產(chǎn)聯(lián)作管柱工藝，以及自主研發(fā)的環(huán)空保護(hù)液自動補(bǔ)償系統(tǒng)，解決了海上臺風(fēng)等極端工況及無人平臺的生產(chǎn)管柱安全難題。“經(jīng)過20多年的研發(fā)，我們從生產(chǎn)實(shí)踐中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，推出了一套多節(jié)點(diǎn)檢測及全流程控制技術(shù)體系?！崩钪醒a(bǔ)充介紹，該套技術(shù)基于水合物、沖蝕、震動、熱輻射多因素條件下風(fēng)險評估及生產(chǎn)安全控制模型建立，已成功應(yīng)對20余次強(qiáng)臺風(fēng)肆虐，完成了10余口高溫高壓井測試，實(shí)現(xiàn)了技術(shù)作業(yè)零事故。
從油氣田出產(chǎn)油氣的效率和品質(zhì)考量，李中率領(lǐng)團(tuán)隊(duì)還研制了塔式切削擴(kuò)眼裝置，開發(fā)出導(dǎo)眼鉆進(jìn)與多級擴(kuò)眼一體化鉆井技術(shù)，形成了叢式井大尺寸井眼淺層鉆進(jìn)、預(yù)斜、防碰三效一體的作業(yè)模式?；诟邷馗邏簵l件下巖石具有粘塑性等特征，新型鉆頭及提速工具能夠?qū)@井速度提高350%，鉆完井液費(fèi)用降低90%。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，相比海外作業(yè)團(tuán)隊(duì)，李中團(tuán)隊(duì)利用相應(yīng)技術(shù)在同一區(qū)域可將平均單井工期由176.29天縮短為47.93天，單井費(fèi)用降低至1億元，為國家節(jié)省經(jīng)濟(jì)資源數(shù)百億元。
隨著國家一帶一路倡議的推進(jìn)，李中和他的團(tuán)隊(duì)不再局限于帶動國內(nèi)領(lǐng)域?qū)I(yè)研究發(fā)展?！氨緛砦覀兊暮诵膱F(tuán)隊(duì)有30多人，但經(jīng)過分派統(tǒng)籌，大部分既懂管理又懂技術(shù)的精銳陸陸續(xù)續(xù)被‘借出去了?！崩钪斜硎?，他們要“走出去”的不單是技術(shù)還有國際化的專業(yè)服務(wù)隊(duì)伍，現(xiàn)已同東南亞及中東地區(qū)、俄羅斯和南美墨西哥灣海域開展起頻繁的合作。
對于海洋石油人而言，鉆井作業(yè)一旦開始，晝夜不休地反復(fù)跟蹤、分析、評估幾乎是家常便飯。了解到如此龐大的作業(yè)量，媒體曾問李中：“如果有一次重新選擇的機(jī)會是否還會投身海上油氣研發(fā)領(lǐng)域？”他的回答是肯定的，是毫不猶豫的。在李中看來，人生的意義、個人的價值本就體現(xiàn)在勇于挑戰(zhàn)，而他更熱衷搏擊海浪，向獨(dú)一無二的難題發(fā)起進(jìn)攻。
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以第一完成人身份獲得2017年度國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎一等獎，累計(jì)獲省部級科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎17次，其中包括特等獎3次、一等獎7次。發(fā)表專業(yè)學(xué)術(shù)論文20余篇，取得授權(quán)專利16件，出版專著6部，同時還培養(yǎng)了一批符合國際標(biāo)準(zhǔn)的高溫高壓和深水鉆完井高素質(zhì)人才，促進(jìn)了我國海洋油氣工程建設(shè)，以卓越首創(chuàng)技術(shù)搶占了世界油氣勘探開發(fā)的制高點(diǎn)。
盡管人類開采石油與天然氣的活動最初由大陸開始，但從19世紀(jì)末，美國加利福尼亞海邊鉆出第一口海上油井之后，勘探海中“氣龍”便成為世界各國的頻發(fā)動作。
時代發(fā)展推進(jìn)了測試作業(yè)和鉆井技術(shù)的革新速度。而在我國，海洋油氣工程的系列研究均起步較晚，粗略算下來也不過60余年：1957年，因漁民反映海面有油苗漂浮，南海西部的油氣地質(zhì)勘探逐漸開始；1966年，我國第一座鉆井平臺于渤海順利建成；1967年，第一口勘探井喜噴原油……塵封多年，中國海洋油氣工業(yè)的序幕緩緩拉開，中國海洋石油人自此逐風(fēng)破浪，于跌宕起伏的發(fā)展中劈出一條跟隨、創(chuàng)新、引領(lǐng)之路。
作為從事海洋油氣鉆完井研究的佼佼者，身為解決多項(xiàng)高溫高壓和深水測試作業(yè)世界性難題的團(tuán)隊(duì)領(lǐng)頭人，李中用20多年的時間促成了高溫高壓鉆井關(guān)鍵技術(shù)、井筒完整性技術(shù)、安全控制技術(shù)和鉆完井提質(zhì)增效技術(shù)四大國際級首創(chuàng)成果。對他和他領(lǐng)銜的“南海高溫高壓鉆完井關(guān)鍵技術(shù)及工業(yè)化應(yīng)用”項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)來說，2017年度國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎一等獎的表彰固然可喜，但最為珍貴的還是將中國海洋油氣鉆完井技術(shù)研究推上了一個新臺階，達(dá)到了一個就經(jīng)濟(jì)產(chǎn)值、環(huán)保效益、施工人員人身安全保障而言，他人無法企及的高度。而李中和他的團(tuán)隊(duì)，也為國際高難度海洋油氣工程開發(fā)、建設(shè)豎起了一支引領(lǐng)世界水平的標(biāo)桿！
史無前例 難上加難
海洋蘊(yùn)含著全球70%以上的油氣資源。步入21世紀(jì)以來，全球的油氣發(fā)現(xiàn)有近一半源自深海。而在中國南海，當(dāng)珠江口盆地首次出現(xiàn)一口日產(chǎn)295.7立方米的高產(chǎn)油井，當(dāng)原油從離海底2000多米的地層深處噴涌而出，它也一改往日低調(diào)，被國外專家一致視作“可能成為另一個波斯灣或北海油田”的海域。
但向前推進(jìn)10年，境況卻完全不同。位于歐亞、太平洋和印澳板塊的交匯之地，中國南海除了目前已知的油氣儲量誘人，還同美國墨西哥灣、英國北海并稱為全球三大海上高溫高壓海區(qū)。且相比其他兩個區(qū)域，中國南海的溫度、壓力更高，勘探開采任務(wù)更為艱巨。“從地球的板塊角度來講，中國南海地處應(yīng)力的集中區(qū)，地質(zhì)狀況極為復(fù)雜，地層最高溫度接近250℃，壓力系數(shù)也可能達(dá)到2.4?！崩钪腥绱苏f道。
最高溫2 4 9℃、最高壓力系數(shù)2.38，這是最新鉆井資料給出的結(jié)果。并且，原國土資源部《全國油氣資源動態(tài)評價》數(shù)據(jù)顯示，中國南海高溫高壓區(qū)域蘊(yùn)藏著近15萬億立方米的天然氣，約占中國南?？傎Y源量的三分之一。這也間接說明了想要海中尋寶并不是一件容易的事?！八械臄?shù)據(jù)是地質(zhì)人員根據(jù)南海高溫高壓區(qū)域的地質(zhì)構(gòu)造、沉積特征等分析研究后預(yù)估出來的。”李中指出，“是否真的成藏，規(guī)模多大，具體在哪里，必須鉆井證實(shí)?！?/p>
1978年3月，國家作出海洋石油對外開放的戰(zhàn)略決策，吸引了大批國際巨頭公司入駐中國南海，海洋對外合作由此迅速轉(zhuǎn)入實(shí)施階段。1982年1月，國務(wù)院頒布《中華人民共和國對外合作開采海洋石油資源條例》，規(guī)定“對外合作海洋石油資源的業(yè)務(wù)，統(tǒng)一由中國海洋石油總公司全面負(fù)責(zé)”。
然而，在高溫高壓海域鉆井，風(fēng)險高、成本高、失敗率更高，加之中國南海海域臺風(fēng)頻繁，地層高含CO2，實(shí)際作業(yè)的難度可想而知。前期鉆探的15口高溫高壓井，投入近50億美元的財(cái)力，結(jié)果卻讓人大跌眼鏡——全部國際企業(yè)鎩羽而歸，陸續(xù)撤出這片被論斷為“高溫高壓海洋石油氣無法游離成藏”的海域。
中國南海高溫高壓區(qū)天然氣勘探由此成為行業(yè)公認(rèn)的世界級難題。
靶向狙擊 深耕不輟
值得一提的是，雖受制于技術(shù)，國外專家過早地給中國南海油氣成藏判下死刑，但中國海洋石油人對于“南海夢”的堅(jiān)持和追求并未受到影響。
“儲量是石油公司發(fā)展的基礎(chǔ)，在擁有勘探權(quán)益的區(qū)域找到盡可能多的油氣，是勘探從業(yè)者的職責(zé)。不管南海高溫高壓區(qū)的天然氣勘探有多難，我們都會努力突破?！?994年，剛剛加入中國海洋石油集團(tuán)有限公司湛江分公司的李中，應(yīng)國家需求、受行業(yè)前輩感召，開啟了新一輪的海上求索之路。
“經(jīng)過第一輪對外合作，國內(nèi)鉆井裝備基本實(shí)現(xiàn)跟進(jìn)，基礎(chǔ)研究隊(duì)伍和作業(yè)隊(duì)伍也隨之組建起來。另外在合作期間，國內(nèi)面向鉆井工藝的技術(shù)、程序、方法也有了進(jìn)一步的提升?！痹诶钪锌磥恚瑖馄髽I(yè)紛紛撤出中國南?？碧綑?quán)益，看似陷入了僵局，但對中國本土海洋石油人而言，是挑戰(zhàn)也是機(jī)遇。“我們不斷琢磨、反思，問題到底出在哪里。最后發(fā)現(xiàn)制約勘探的最主要原因，其實(shí)還是鉆井工藝?！崩钪兄赋?，自1984年首次在中國南海鶯瓊盆地鉆高溫高壓探井以來，一直鮮有儲量發(fā)現(xiàn)的一個重要原因就是鉆井技術(shù)不夠先進(jìn)，而高溫高壓的環(huán)境要求鉆井裝備具有較強(qiáng)的抗高溫高壓及密封性能。
為此，以李中為代表的中國海洋石油集團(tuán)有限公司湛江分公司依托原國家“863”計(jì)劃、國家重大專項(xiàng)及“十二五”規(guī)劃等，聯(lián)合中海油研究總院、中海油田服務(wù)股份有限公司、中國石油大學(xué)（北京）、中海油能源發(fā)展股份有限公司、長江大學(xué)、西南石油大學(xué)、中國石油大學(xué)（華東）、深圳新速通石油工具有限公司等十幾家高新技術(shù)單位，歷經(jīng)20余年攻關(guān)研發(fā)集成了一系列針對南海鶯瓊盆地高溫高壓區(qū)域的、具有自主知識產(chǎn)權(quán)的鉆完井技術(shù)體系。利用該體系中針對高溫高壓鉆井安全性、井筒完整性和鉆完井的提質(zhì)增效等問題的四大關(guān)鍵技術(shù)，他們成功解決了南海鶯瓊盆地高溫高壓領(lǐng)域鉆完井的世界性難題，建成了國內(nèi)首個海上高溫高壓氣田。
在填補(bǔ)國內(nèi)領(lǐng)域空白之際，李中項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)了5個大中型氣田，實(shí)現(xiàn)直接經(jīng)濟(jì)效益近200億元，快速促成了我國邁入海上高溫高壓天然氣鉆完井技術(shù)領(lǐng)域的國際先進(jìn)行列 。
技術(shù)在宇 信念于心
2010年，南海鶯瓊盆地中深層步入了勘探的“春天”。
短短兩年時間，東方13-1、東方13-2相繼被發(fā)現(xiàn)，而陵水、樂東系列油氣田也在緊隨的幾年內(nèi)加入待開發(fā)行列。一時間，國內(nèi)外媒體將鏡頭迅速聚焦南海鶯瓊盆地，紛紛加入跟蹤報(bào)道之列。
被世界的目光鎖定，李中和一大批技術(shù)人員齊心協(xié)力，撬動聳立在高溫高壓鉆井技術(shù)面前的大山?！霸诟邷馗邏簠^(qū)域鉆井，主要難在作業(yè)安全與成本兩方面。”李中指出，高溫高壓對鉆具、鉆井液、固井水泥漿的性能以及作業(yè)方案、人員能力等都提出很大挑戰(zhàn)，作業(yè)時極易誘發(fā)井壁失穩(wěn)、漏失、井噴甚至船毀人亡等事故。鉆井成本很高，動輒數(shù)億元。
“從20世紀(jì)90年代中期開始，我們陸續(xù)將測試、鉆井工作攬過來自行摸索。過程中交了不少‘學(xué)費(fèi)，但經(jīng)過十幾年的沉淀，技術(shù)體系建起來了，也成功發(fā)現(xiàn)幾個高溫高壓油氣田?！崩钪谢貞浀?。
長久以來，南海海域高壓成因復(fù)雜，鉆前壓力預(yù)測并不準(zhǔn)確，直接導(dǎo)致井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)無法“量體裁衣”。與此同時，工程作業(yè)時地層壓力窗口狹窄、控制難度高，極易造成溢流井漏甚至井噴?！笆艿貙痈吆緾O2腐蝕影響，固井質(zhì)量差，井筒泄漏風(fēng)險及環(huán)空帶壓比例高，一不小心可能給鉆井平臺造成毀滅性的災(zāi)難。并且探井完鉆，即使發(fā)現(xiàn)良好油氣顯示，也因海上平臺空間狹小，又受臺風(fēng)、天然氣水合物、沖蝕、震動等影響，測試作業(yè)風(fēng)險高，成功率低?！痹诙嗉夜俜矫襟w的報(bào)道中，此類評述屢見不鮮。
“鶯瓊盆地壓力系數(shù)為2.38，相當(dāng)于1.25萬噸的重物壓在1平方米的面積上?！崩钪斜硎?，相比勘探，開發(fā)過程除了鉆完井難還需要應(yīng)對氣藏高溫高壓及高含CO2等境況，這便使得開發(fā)材料與設(shè)備的抵抗性、密封性必須符合高標(biāo)準(zhǔn)。
在明確鉆井難點(diǎn)及要求之后，在分析前人的理論研究和實(shí)踐開發(fā)經(jīng)驗(yàn)之后，李中所在團(tuán)隊(duì)克服重重阻礙，圓滿完成東方13-1、東方13-2、樂東10-1、樂東10-2等氣田的開發(fā)任務(wù)，保證了南海54口高溫高壓井的安全和高效鉆探；并在此過程中，基于超高溫高壓鉆井技術(shù)需求形成了數(shù)項(xiàng)安全控制技術(shù)、優(yōu)質(zhì)作業(yè)技術(shù)和高效作業(yè)技術(shù)，不但保障了工程人員的生命權(quán)益，還極大地降低了經(jīng)濟(jì)成本、提升了作業(yè)效率。
四大技術(shù) 引領(lǐng)國際
在2018年中國海洋石油集團(tuán)有限公司的科技工作報(bào)告會上，李中作為代表闡述了技術(shù)創(chuàng)新成果及成果轉(zhuǎn)化相關(guān)情況。隨著一張張幻燈片的切換，文字和數(shù)據(jù)所呈現(xiàn)的不再是單一的研究結(jié)論，而是實(shí)際生產(chǎn)可見的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)優(yōu)越性、應(yīng)用系統(tǒng)1+1>2的平臺效應(yīng)。
“我們不是為了研究而研究”，李中對于技術(shù)落地解決國家油氣開采重大問題的初衷分外強(qiáng)調(diào)。而在勘探及鉆井作業(yè)中，因地質(zhì)環(huán)境多變所致，沒有任何兩個油氣工程開發(fā)是完全相似的。每一次作業(yè)除了面對高溫高壓、高CO2等問題，還需應(yīng)對接連出現(xiàn)的各種新施工阻礙。因此，經(jīng)過幾十年技術(shù)累積，具有海、陸油氣工程作業(yè)廣泛應(yīng)用價值的四大首創(chuàng)先進(jìn)技術(shù)體系格外復(fù)雜、引人注目。
在海上高溫高壓井安全鉆井技術(shù)方面，李中率團(tuán)隊(duì)基于理論層面認(rèn)識，首創(chuàng)了多源壓力成因的高壓地層孔隙壓力預(yù)測技術(shù)和雙向動態(tài)循環(huán)井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)，建立了耦合溫度作用的地層破裂壓力和坍塌壓力計(jì)算模型?！跋啾葌鹘y(tǒng)三壓力剖面預(yù)測精度、井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，我們把預(yù)測精度由70%提高到95%。常規(guī)的7層井身結(jié)構(gòu)也被優(yōu)化為5層?！崩钪斜硎荆@井之于壓力預(yù)測的精準(zhǔn)度要求十分嚴(yán)格，分毫之差帶來的極有可能是一場人財(cái)兩失的災(zāi)難。為了能夠出拳準(zhǔn)打“氣老虎”，他們開發(fā)了高溫高壓窄壓力窗口下井筒壓力場精確計(jì)算、ECD精準(zhǔn)控制及水平井井控技術(shù)，利用構(gòu)建的海上高溫高壓安全鉆井技術(shù)，將井漏、溢流等事故造成的井眼報(bào)廢率由30%降低至0。
與此同時，作為一項(xiàng)綜合運(yùn)用技術(shù)、操作和組織管理的油氣田開發(fā)解決方案，井筒完整性對在全生命周期內(nèi)，降低油氣井地層流體不可控泄漏風(fēng)險具有重要作用。它是目前國際油公司普遍采用的管理方式，通過測試、監(jiān)控、風(fēng)險評估、管理制度等形式達(dá)到預(yù)防和減少油氣井事故的目的。高溫高壓高含CO2氣井井筒完整性技術(shù)，是李中及其團(tuán)隊(duì)為實(shí)現(xiàn)油氣井安全生產(chǎn)程序化、標(biāo)準(zhǔn)化和科學(xué)化目標(biāo)，針對南海惡劣的作業(yè)環(huán)境自主研發(fā)的一項(xiàng)卓越技術(shù)體系?！盎诜且?guī)則顆粒級配理念和發(fā)明的實(shí)驗(yàn)評價裝置，我們自主研發(fā)了‘五防‘自修復(fù)固井水泥漿體系，發(fā)明了復(fù)雜多相流體腐蝕評價裝置，創(chuàng)建了CO2分壓27.9MPa條件下組合防腐技術(shù)……”在2017年度國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎一等獎的項(xiàng)目申請書中，一項(xiàng)項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)被展出。而這些文字背后則關(guān)乎著國家油氣開采的財(cái)政投入、深水測試作業(yè)的時間耗費(fèi)，以及海上作業(yè)人員的生命安全權(quán)益。構(gòu)建完成的全壽命6級屏障井筒完整性技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了高溫高壓氣田生產(chǎn)期間環(huán)空“零”帶壓的突破。換言之，這些技術(shù)的應(yīng)用可以使一口鉆探井節(jié)約1～2億元的資金，將原本幾個月的施工期大幅度縮短，并在一定程度上填補(bǔ)了國際該技術(shù)領(lǐng)域的長期空白。
李中說，前期大量基礎(chǔ)工程資料調(diào)研對于多項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展具有保障作用，而徹底要將測試工作風(fēng)險性降至最低，還需依靠完善成熟的安全測試體系?？紤]到高溫高壓、腐蝕磨損環(huán)境的特殊性，他建立了生產(chǎn)條件下雙封隔器密閉空間環(huán)空壓力計(jì)算模型，研制了生產(chǎn)管柱安全評價裝置。而后，運(yùn)用創(chuàng)新的雙封隔器射孔生產(chǎn)聯(lián)作管柱工藝，以及自主研發(fā)的環(huán)空保護(hù)液自動補(bǔ)償系統(tǒng)，解決了海上臺風(fēng)等極端工況及無人平臺的生產(chǎn)管柱安全難題。“經(jīng)過20多年的研發(fā)，我們從生產(chǎn)實(shí)踐中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，推出了一套多節(jié)點(diǎn)檢測及全流程控制技術(shù)體系?！崩钪醒a(bǔ)充介紹，該套技術(shù)基于水合物、沖蝕、震動、熱輻射多因素條件下風(fēng)險評估及生產(chǎn)安全控制模型建立，已成功應(yīng)對20余次強(qiáng)臺風(fēng)肆虐，完成了10余口高溫高壓井測試，實(shí)現(xiàn)了技術(shù)作業(yè)零事故。
從油氣田出產(chǎn)油氣的效率和品質(zhì)考量，李中率領(lǐng)團(tuán)隊(duì)還研制了塔式切削擴(kuò)眼裝置，開發(fā)出導(dǎo)眼鉆進(jìn)與多級擴(kuò)眼一體化鉆井技術(shù)，形成了叢式井大尺寸井眼淺層鉆進(jìn)、預(yù)斜、防碰三效一體的作業(yè)模式?；诟邷馗邏簵l件下巖石具有粘塑性等特征，新型鉆頭及提速工具能夠?qū)@井速度提高350%，鉆完井液費(fèi)用降低90%。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，相比海外作業(yè)團(tuán)隊(duì)，李中團(tuán)隊(duì)利用相應(yīng)技術(shù)在同一區(qū)域可將平均單井工期由176.29天縮短為47.93天，單井費(fèi)用降低至1億元，為國家節(jié)省經(jīng)濟(jì)資源數(shù)百億元。
隨著國家一帶一路倡議的推進(jìn)，李中和他的團(tuán)隊(duì)不再局限于帶動國內(nèi)領(lǐng)域?qū)I(yè)研究發(fā)展?！氨緛砦覀兊暮诵膱F(tuán)隊(duì)有30多人，但經(jīng)過分派統(tǒng)籌，大部分既懂管理又懂技術(shù)的精銳陸陸續(xù)續(xù)被‘借出去了?！崩钪斜硎?，他們要“走出去”的不單是技術(shù)還有國際化的專業(yè)服務(wù)隊(duì)伍，現(xiàn)已同東南亞及中東地區(qū)、俄羅斯和南美墨西哥灣海域開展起頻繁的合作。
對于海洋石油人而言，鉆井作業(yè)一旦開始，晝夜不休地反復(fù)跟蹤、分析、評估幾乎是家常便飯。了解到如此龐大的作業(yè)量，媒體曾問李中：“如果有一次重新選擇的機(jī)會是否還會投身海上油氣研發(fā)領(lǐng)域？”他的回答是肯定的，是毫不猶豫的。在李中看來，人生的意義、個人的價值本就體現(xiàn)在勇于挑戰(zhàn)，而他更熱衷搏擊海浪，向獨(dú)一無二的難題發(fā)起進(jìn)攻。
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