川慶鉆探自主研發(fā)頁巖氣水平井水基鉆井液紀(jì)實(shí)

10月13日，川渝大地普降雨水，沿著成自瀘高速一路向南，剛過新場就看到兩臺(tái)鉆機(jī)并排挺立于山林間。在6000多平方公里的長寧—威遠(yuǎn)國家級(jí)頁巖氣示范區(qū)，遍布這樣的雙鉆機(jī)鉆井平臺(tái)。

處于探索階段的中國頁巖氣開發(fā)，可持續(xù)發(fā)展之路充滿挑戰(zhàn)和不確定性，直到今年6月川慶鉆探自主研發(fā)的中國首套頁巖氣水平井高性能水基鉆井液(CQH-M1)體系首戰(zhàn)成功，關(guān)鍵技術(shù)瓶頸之一終于被打破，為中國頁巖氣可持續(xù)發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

一次突破性技術(shù)革命

以“頁巖氣”為關(guān)鍵詞在百度中搜索，找到相關(guān)新聞約7.28萬篇，而以“頁巖氣+水基鉆井液”為關(guān)鍵詞搜索僅找到相關(guān)新聞124篇。這124篇，90%是各媒體轉(zhuǎn)發(fā)《中國石油報(bào)》的兩篇報(bào)道。這兩篇均是川慶鉆探頁巖氣水平井高性能水基鉆井液的相關(guān)報(bào)道。

顯而易見，縱觀國內(nèi)外，頁巖氣水平井高性能水基鉆井液都屬于“稀罕物”。川慶鉆探自主研發(fā)的這套鉆井液體系，到底怎么樣？

“從查閱的科研資料看，我們是國內(nèi)第一家研發(fā)成功的。對(duì)比國外同類產(chǎn)品，我們的這套體系性能達(dá)到了國際先進(jìn)水平。”川慶鉆井液公司總經(jīng)理覃勇坦言，從準(zhǔn)備開始研發(fā)高性能水基鉆井液之時(shí)起，鉆井液公司就瞄準(zhǔn)國內(nèi)第一、國際先進(jìn)。

“首先是性能，我們的水基鉆井液性能與油基鉆井液基本相當(dāng)。”川慶鉆井液公司頁巖氣項(xiàng)目部經(jīng)理李茂森告訴記者，就拿最難控制的高溫高壓濾失量來說，世界上鉆井液技術(shù)領(lǐng)先的國際同行對(duì)于高性能鉆井液的標(biāo)準(zhǔn)定義是每30分鐘8毫升，而川慶鉆探達(dá)到每30分鐘小于5毫升，這個(gè)數(shù)據(jù)達(dá)到了國際先進(jìn)水平。

截至目前，頁巖氣水平井高性能水基鉆井液已在長寧、威遠(yuǎn)區(qū)域現(xiàn)場試驗(yàn)完成4口井。除了第一口井是從水平段開始使用頁巖氣水平井高性能水基鉆井液外，其余3口井都是造斜段和水平段全程使用高性能水基鉆井液。4口井全部應(yīng)用成功，各項(xiàng)指標(biāo)優(yōu)異。

“通俗地說，成功的水基鉆井液，就是要在高溫高壓的環(huán)境下，撐得住井壁，堵得住漏層，少向頁巖層滲漏，挾帶砂巖能力很強(qiáng)。”李茂森表示，從專業(yè)技術(shù)上講，這幾項(xiàng)性能因化學(xué)特性相互抑制，就像蹺蹺板，這邊下去，那邊起來，最大的難點(diǎn)就在于找到一個(gè)平衡點(diǎn)。

這個(gè)平衡點(diǎn)就是解決問題的關(guān)鍵。中國工程院院士羅平亞曾指出，頁巖直井井壁穩(wěn)定問題，已基本得到解決，但在頁巖地層中鉆成井眼規(guī)則的長水平段，國內(nèi)外都沒有解決。鉆井中80%的井壁穩(wěn)定問題發(fā)生在頁巖地層井段。

實(shí)踐證明，世界級(jí)難題現(xiàn)被川慶鉆探解決了。長寧H13-3井水平段采用高性能水基鉆井液鉆進(jìn)，水平段長1500米，平均機(jī)械鉆速每小時(shí)8.1米。同片區(qū)長寧H12-4井水平段采用油基鉆井液鉆進(jìn)，水平段長1500米，平均機(jī)械鉆速每小時(shí)5.97米。數(shù)據(jù)顯示，采用高性能水基鉆井液相對(duì)于油基鉆井液，機(jī)械鉆速明顯提高，無事故復(fù)雜。

朋友圈里“里程王”

9月22日，威204H11-3井，鉆井井深已經(jīng)達(dá)到3117米。按照生產(chǎn)計(jì)劃，這口井要進(jìn)行頁巖氣水平井高性能水基鉆井液施工。李茂森一來到井場，就被ZY5028鉆井液隊(duì)隊(duì)長肖彬拉到鉆井液室查看鉆井液性能。因?yàn)樗麄儼磁浞脚涑鰜淼你@井液性能不理想，需要進(jìn)行調(diào)整。

“哪怕實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)做得再好，也不足以完全應(yīng)付現(xiàn)場地下的復(fù)雜情況，我們還要根據(jù)現(xiàn)場情況，對(duì)配方做出及時(shí)調(diào)整。”李茂森作為研發(fā)和現(xiàn)場試驗(yàn)的負(fù)責(zé)人，時(shí)刻關(guān)注現(xiàn)場的纖毫變化，及時(shí)調(diào)整鉆井液性能。

作為現(xiàn)場試驗(yàn)的主力，鉆井液公司西部項(xiàng)目部經(jīng)理何濤經(jīng)歷了不同尋常的60天。在頁巖氣水平井高性能水基鉆井液現(xiàn)場試驗(yàn)過程中，從施工前準(zhǔn)備開始，為及時(shí)掌握鉆井液性能，他連續(xù)60多天駐井，每天平均繞井場巡檢12圈，每天的行走距離6公里多。他把運(yùn)動(dòng)手環(huán)中的數(shù)據(jù)分享到朋友圈里，連續(xù)兩個(gè)月，他都是500多名好友中的第一名。這位朋友圈里的“運(yùn)動(dòng)達(dá)人”，用近400公里的巡檢不僅帶來了現(xiàn)場的實(shí)驗(yàn)成功，還帶來了6公斤體重的消耗。

“看到我的白發(fā)了吧！”只有36歲的何濤直言現(xiàn)場試驗(yàn)期間，川慶鉆探公司領(lǐng)導(dǎo)、鉆井液公司領(lǐng)導(dǎo)都密切關(guān)注他們的情況，讓他們備受鼓舞的同時(shí)，也深感壓力之大。在第一口井試驗(yàn)完井作業(yè)時(shí)，何濤在鉆臺(tái)上守了30多個(gè)小時(shí)，直到作業(yè)完成才回到宿舍。

不可持續(xù)就是死路

國家《頁巖氣發(fā)展規(guī)劃(2011—2015年)》明確指出，大力發(fā)展頁巖氣是國家戰(zhàn)略，能夠緩解我國天然氣供需矛盾，促進(jìn)能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化，提高我國天然氣供給安全和能源保障能力，必須加大頁巖氣勘探開發(fā)力度，加快攻克頁巖氣勘探開發(fā)核心技術(shù)。

長水平段水平井鉆井系列配套技術(shù)，是頁巖氣能否有效開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)。頁巖氣長水平段鉆井最大的挑戰(zhàn)，就是頁巖地層極易坍塌和高密度下長水平段水平井高摩阻等復(fù)雜井下問題。如何保障鉆井作業(yè)在長水平段頁巖地層中高效施工，成為世界性課題。

“目前，對(duì)于鉆井液技術(shù)來說，一種是油基鉆井液，另一種就是水基鉆井液。”川慶鉆探技術(shù)專家、鉆井液公司副總工程師楊蘭平自豪地告訴記者，這兩種解決方案川慶鉆探都實(shí)現(xiàn)了自主研發(fā)，而且水平井高性能水基鉆井液還是國內(nèi)首家研發(fā)成功。

中國能源網(wǎng)首席信息官韓曉平表示，頁巖氣開發(fā)中的油基鉆井液回收處理是很大的問題，目前美國油基鉆井液都采用工廠化回收處理，我國下一步隨著頁巖氣鉆井的增多，油基鉆井液回收處理一定會(huì)提到議事日程上來，因?yàn)橐坏┰诃h(huán)境上出問題，對(duì)行業(yè)將是滅頂之災(zāi)。

“水基鉆井液是頁巖氣有效開發(fā)必須攻克的關(guān)鍵技術(shù)，也是國內(nèi)外都沒有能很好解決的重大技術(shù)難題。”中國工程院院士羅平亞這樣認(rèn)為。

隨著新《環(huán)境保護(hù)法》實(shí)施，對(duì)于油基鉆屑環(huán)境影響的要求也更加嚴(yán)格。含油巖屑根據(jù)《國家危險(xiǎn)廢物名錄》(2008年8月1日)，被劃入了危險(xiǎn)廢棄物的名錄，其管理和處置需按照危險(xiǎn)廢棄物相關(guān)規(guī)定執(zhí)行。

顯然，不管是環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)還是成本缺陷，注定油基鉆井液都將成為頁巖氣可持續(xù)發(fā)展“不可承受之重”，要想完成頁巖氣可持續(xù)發(fā)展大業(yè)，世界油氣專家必須攻克水基鉆井液的難關(guān)。

業(yè)界專家認(rèn)為，水基鉆井液代替油基鉆井液的做法，是降低環(huán)保壓力的有效方式。川慶鉆探依靠技術(shù)引領(lǐng)發(fā)展的理念，以行業(yè)領(lǐng)先的工程技術(shù)服務(wù)水平，將帶領(lǐng)頁巖氣勘探開發(fā)進(jìn)入可持續(xù)發(fā)展的新世界。