技術攻關引領元壩氣田高效開發(fā)

□ 袁 鵬

2021年7月，元壩氣田8200米最深井完鉆，刷新元壩氣田井深紀錄。唐茂華 攝

初冬的元壩，青山蔥蔥、綠水環(huán)繞、薄霧縹緲，世界首個埋深超7000米的高含硫生物礁大氣田—元壩氣田坐落其中。

元壩氣田是迄今世界上埋藏最深、地質情況最復雜的海相酸性氣田，氣藏具有超深、高溫、高壓、高含硫化氫等特點，是開發(fā)風險極大、建設難度極大的含硫大氣田。要開發(fā)這樣的大氣田，被看作是“勇敢者的游戲”。

2010年以來，西南石油局依托國家和集團公司科研課題開展系統(tǒng)關鍵技術攻關，創(chuàng)新運用國際領先的超深層小礁體精細刻畫技術和超深水平井優(yōu)快鉆井與儲層深度改造技術，攻克了這一世界級難題，成功開發(fā)建設了年產(chǎn)40億立方米天然氣的大氣田—元壩氣田，填補了我國超深層生物礁氣田開發(fā)的空白，鞏固了中國石化在超深層高含硫生物礁氣田高效綠色開發(fā)的領先地位。

儲層精細刻畫技術實現(xiàn)精準“定靶”

“元壩氣田氣藏主體埋深7000米，75%以上的單礁體面積小于1平方千米，這些生物礁體就是含氣層，其大小、形狀、位置識別不清，就好比槍手看不到射擊目標，無從下手?！蔽髂鲜途钟蜌饪碧娇蒲腥藛T說，傳統(tǒng)地震描述技術根本無法識別和刻畫復雜礁群內(nèi)部的小礁體，必須開展超深層小礁體精細刻畫技術攻關，這是元壩氣田開發(fā)的先決條件。

為尋找深藏的“氣寶貝”，西南石油局油氣勘探科研人員積極開展隨鉆巖性快速識別、核磁物性分析、優(yōu)質儲層預測等技術的攻關研究，創(chuàng)新形成“臺緣生物礁群發(fā)育模式與生物礁儲層構型”“超深層復雜生物礁群精細刻畫與儲層預測技術”。

在西南石油局勘探研究院科研人員的電腦屏幕上，一座連綿不斷“火焰山”的圖像呈現(xiàn)在眼前?？蒲腥藛T指著屏幕介紹，這就是通過臺緣生物礁群發(fā)育模式與生物礁儲層構型和超深層復雜生物礁群精細刻畫與儲層預測技術精細刻畫出來的元壩氣田生物礁三維地質模型。

“建立氣藏三維地質模型，就好比給7000米地層做了一次CT，清晰展現(xiàn)了礁體的形狀、大小、邊界及縱橫向分布情況。橙、黃、綠、藍等不同顏色代表礁體不同含氣性，其中，橙色代表最好的優(yōu)質儲層?！庇蜌饪碧娇蒲腥藛T介紹。

通過地震解釋、氣藏描述和儲層建模的一體化技術，科研人員精細刻畫出21個礁群、90個單礁體。其中，面積小于0.5 平方千米的單礁體21個，精準識別出地層巖性、地層水分布和含氣層構造，儲層厚度預測符合率由早期的68.2%提高到95.1%，精準計算出7000米深的生物礁體坐標，實現(xiàn)了精準“定靶”。

目前，該精細刻畫技術在我國首次實現(xiàn)7000米深、最小0.5平方千米小生物礁體的精確識別與精細刻畫。

超深水平井優(yōu)快鉆井技術大幅縮短鉆井周期

今年7月，元壩102-4H順利完鉆，水平段長1105米，完鉆井深8200米，超過7座武漢長江大橋的總長度，接近珠穆朗瑪峰的高度，再次刷新元壩氣田最深井紀錄。

資料顯示，元壩氣田平均深度比其他氣田要深1000～2000米，其地層最高溫度達160攝氏度，是國內(nèi)發(fā)現(xiàn)的最深的海相氣田。

“在超深鉆井中，鉆頭會遭遇更高的溫度和壓力、更復雜的壓力系統(tǒng)和氣水關系。當井深超過7000米，一個手指甲大小的面積就會頂著700公斤壓力，每繼續(xù)鉆進一米，甚至半米，都面臨巨大風險挑戰(zhàn)?！蔽髂鲜途钟嘘P專家介紹。

為實現(xiàn)科學、安全、經(jīng)濟、高效鉆井，西南石油局開展了艱苦卓絕的科研攻關，創(chuàng)新形成復雜生物礁群超深水平井軌跡控制與優(yōu)快鉆井技術，攻克了超深層鉆井提速關鍵技術，突破了超深水平井蛇形“變軌”技術瓶頸，挑戰(zhàn)了一項項不可能，實現(xiàn)了精準“中靶”。

“元壩氣田礁體平均儲層厚度56米，其最優(yōu)質儲層僅有30米，遠低于普光氣田礁體200多米的厚度?！彼麄冊阢@進過程中，地質與工程相結合，通過地質建模-數(shù)值模擬一體化技術和元素錄井、核磁共振分析技術，時時跟蹤鉆遇油氣顯示、巖性變化，及時調整鉆頭鉆進軌跡，特別在水平段鉆進時，要進行4～6 次調整，鉆頭蛇形鉆進，將多個礁體像土豆一樣串起來，實現(xiàn)一井長穿多個礁體，有效提高了動用儲量。

開發(fā)10年來，元壩氣田平均鉆井周期從早期的500多天縮短到300天左右，機械鉆速較常規(guī)鉆井提高30%以上，有效儲層鉆遇率提高37.8%，單井平均無阻流量提高4.7倍，實現(xiàn)鉆井提速提效目標。

元壩氣田儲層改造施工現(xiàn)場。袁鵬 攝

超深完井和儲層深度改造技術實現(xiàn)“少井高產(chǎn)”

今年9月，元壩102-4H調整井酸化壓裂改造中，采用“滑套分流+多級暫堵+膠凝酸酸化+適中規(guī)模及排量”升級技術，對長興組水平段兩個礁體儲層段進行分流酸化深度改造，在穩(wěn)定油壓23.5兆帕下獲天然氣日產(chǎn)量65.5萬立方米。該井的成功實施并獲高產(chǎn)為元壩長興組氣藏持續(xù)保持穩(wěn)產(chǎn)提供了保障，也進一步驗證了氣藏新的潛力區(qū)。

“氣井產(chǎn)能的高低取決于地層的導流能力，要提高地層導流能力就必須對地層進行酸化壓裂，形成網(wǎng)狀裂縫和氣流通道。而元壩氣田氣藏超深、地層壓力高，且水平段長，用常規(guī)的酸化壓裂施工技術無法達到效果。”工程技術研究院科研人員說。

為此，他們創(chuàng)新超深長水平段均勻酸化改造工藝技術，研發(fā)了“溫控＋酸控”可降解暫堵劑，創(chuàng)新形成了多級暫堵、交替注入為主要內(nèi)容的長井段均勻酸化改造工藝，有效地改善了地層吸酸面積，實現(xiàn)了充分酸壓改造，改造體積較常規(guī)工藝提升1.9倍以上，平均單井天然氣絕對日無阻流量超過250萬立方米，單井增產(chǎn)達3.2倍。

元壩氣田氣藏高含硫，具有高腐蝕性，對投產(chǎn)作業(yè)和長期安全生產(chǎn)提出了挑戰(zhàn)。研究人員在管柱力學分析和防腐材質腐蝕實驗評價的基礎上，形成高含硫超深水平井完井投產(chǎn)技術體系：通過采用帶井下安全閥、永久式封隔器及配套油管的完井酸化投產(chǎn)一體化管柱，簡化工序、優(yōu)化工藝，實現(xiàn)緊急情況安全自動關井。

同時，他們還在驗證國產(chǎn)化鎳基合金、鈦合金材質的抗腐蝕性能的基礎上，開發(fā)鈦合金油管、電鍍鎢合金襯管、優(yōu)選國產(chǎn)鎳基合金管材和采氣井口裝置，實現(xiàn)井下管材、采氣井口裝置國產(chǎn)化率達85%，降低完井投產(chǎn)成本數(shù)億元。

“元壩氣田的開發(fā)非常艱難，但我們成功了。這在20 年以前是想都不敢想的，高含硫氣田開發(fā)技術的進步讓幾代石油人的夢想變?yōu)楝F(xiàn)實?！庇蜌饪碧胶凸こ碳夹g科研人員感慨萬分。

自2014年12月投產(chǎn)以來，元壩氣田累計生產(chǎn)天然氣超過220億立方米。35口生產(chǎn)井平均日產(chǎn)量超過40萬立方米，其中有12口井已經(jīng)累計生產(chǎn)天然氣超過10億立方米。元壩氣田已成為“少井高產(chǎn)”、綠色安全高效開發(fā)的標桿，如一顆璀璨明珠屹立東方。