吉慶油田作業(yè)區(qū)（吉木薩爾頁巖油項目經(jīng)理部）吉172-H井。新疆石油報記者 王濤 攝
吉慶油田作業(yè)區(qū)（吉木薩爾頁巖油項目經(jīng)理部）員工切換工藝流程。新疆石油報記者 王濤 攝
吉慶油田作業(yè)區(qū)（吉木薩爾頁巖油項目經(jīng)理部）員工在頁巖油聯(lián)合處理站巡檢 。新疆石油報記者 張睿 攝
11月26日，獵獵寒風(fēng)中，積雪映照下，新疆吉木薩爾頁巖油井——吉172_H井經(jīng)過12年的開發(fā)生產(chǎn)，仍在頑強地從地下幾千米磨刀石般的巖層中“擠出”汩汩油流，為吉木薩爾頁巖油增油上產(chǎn)添磚加瓦。
當天，新疆吉木薩爾國家級陸相頁巖油示范區(qū)今年產(chǎn)量達到100.6萬噸，成為我國首個年產(chǎn)突破百萬噸的頁巖油示范區(qū)。
該示范區(qū)于2020年設(shè)立，按照規(guī)劃，2025年要實現(xiàn)年產(chǎn)頁巖油170萬噸，其中新疆油田承擔(dān)140萬噸產(chǎn)量任務(wù)，吐哈油田承擔(dān)30萬噸。
吉172_H這口首次采用“萬方液、千方砂”體積壓裂、見證了吉木薩爾頁巖油曲折開發(fā)歷程的功勛井，與新疆油田吉慶油田作業(yè)區(qū)（吉木薩爾頁巖油項目經(jīng)理部）（以下簡稱吉慶油田作業(yè)區(qū)）的304口、吐哈油田的85口頁巖油井一起，樹立了我國陸相頁巖油開發(fā)的新里程碑。
從常規(guī)到非常規(guī)，從認識不清到精準刻畫，從跟隨學(xué)習(xí)到自主創(chuàng)新……十余年間，科研人員不斷突破認識領(lǐng)域，引領(lǐng)“非常規(guī)”，挑戰(zhàn)“不可能”，以技術(shù)創(chuàng)新和管理創(chuàng)新共同發(fā)力，實現(xiàn)了從陸相頁巖縫隙中“找”油到陸相頁巖高效“產(chǎn)”油的加速發(fā)展和量質(zhì)齊升的大幅跨越。
難“動”的儲量
很多人是在2015年才第一次聽說吉木薩爾可產(chǎn)頁巖油。當時，新疆油田公司宣布在吉木薩爾凹陷落實了超10億噸規(guī)模儲量。但實際上，早在上世紀八九十年代，新疆石油人就開始了對頁巖油開發(fā)的摸索，只是，當時頁巖油被賦予了另一個名字。
“當時正值準東會戰(zhàn)時期，勘探人員在吉木薩爾蘆草溝發(fā)現(xiàn)頁巖中有明顯的油氣顯示。由于這一油藏是非常粘稠、儲層滲透率也很低的烴源巖，我們將這一油藏稱之為致密油?！奔獞c油田作業(yè)區(qū)技術(shù)專家、二級工程師吳承美介紹，當時在地質(zhì)方面對頁巖油的認識還停留在“頁巖非常致密，其內(nèi)部的油要么很難開采，要么開采出來也不能高產(chǎn)”的階段，加上當時的鉆井、壓裂等工程技術(shù)還無法達到對深井的開采，因此，即使吉木薩爾野外有不少頁巖油的天然露頭，但對它的開發(fā)依舊沒能提上日程。
這一認識在業(yè)內(nèi)持續(xù)了很長一段時間，直到2011年，吉25井壓裂試油日產(chǎn)原油18噸，讓地質(zhì)人員重新注意到了這一油藏?！叭欢?，在對它進行開發(fā)的過程中，我們卻遇到了困難?！眳浅忻阑貞?，鉆井過程中取心顯示油氣含量很好，可是一試油，得到的產(chǎn)量卻不高，甚至有幾口井的產(chǎn)量都未能達到設(shè)計值。
為此，地質(zhì)人員繼續(xù)對這一區(qū)域進行分析，得出的結(jié)論是：“整個吉木薩爾凹陷是一個富油的凹陷，可以開采，但產(chǎn)量偏低，難以有效動用。”于是，開發(fā)工作因此暫停。
不久以后，新疆油田公司對現(xiàn)有難采儲量進行摸底，吉木薩爾致密油又一次回到了大家的視野中。隨后，新疆油田公司在準東采油廠成立了致密油開發(fā)作業(yè)區(qū)，針對此類油藏開展針對性研究。
大家認為，要實現(xiàn)此類油藏有效開采，必須通過先進的壓裂技術(shù)“壓碎”致密儲層，在巖石的微小孔喉與井筒之間構(gòu)建起可以讓原油流動的“快速通道”。
2012年，新疆油田公司請來國外技術(shù)團隊，使用了當時最先進的體積壓裂技術(shù)，首次對吉172_H井采用“萬方液、千方砂”的壓裂模式。結(jié)果證明這一模式增油效果非常顯著，吉172_H井初期原油產(chǎn)量達到了70噸/天。
新疆油田公司乘勝追擊，于2013年至2014年在吉172_H井西南方位部署了10口先導(dǎo)試驗井。技術(shù)人員一邊努力學(xué)習(xí)先進技術(shù)，在這些井上摸索試驗體積壓裂；一邊嘗試以不同規(guī)模的壓裂液、石英砂組合降低壓裂成本。然而，令人意想不到的是，經(jīng)過各種嘗試，這10口井的產(chǎn)量加在一起，還沒有吉172_H井一口井的產(chǎn)量高。
這10口井的低產(chǎn)，像一盆盆冷水接連不斷地澆在了新疆油田技術(shù)人員的頭頂上。對致密油的開發(fā)，又一次陷入了停滯。
認識的糾偏
雖然10口先導(dǎo)試驗井在產(chǎn)量上近乎“全軍覆沒”，但這次失利并未嚇退新疆油田公司技術(shù)人員。很快，大家振作精神，“解剖”分析失利原因。
“在分析過程中，我們才意識到，此前認為吉木薩爾凹陷中‘滿盆是油’可以‘隨意鉆井’的想法實在太過于樂觀?！奔獞c油田作業(yè)區(qū)地質(zhì)研究中心黨支部書記、副主任陳依偉回憶，正是這一錯誤的認知導(dǎo)致在此前鉆井過程中對地層認識不清，對鉆井軌跡的調(diào)整不夠謹慎。
大家理清思路，開始從地質(zhì)上對儲層和地層重新展開認識?！皩χ旅苡偷闹旅軐傩圆粦?yīng)只停留在描繪開采出來的原油性質(zhì)，還應(yīng)該用來描繪原油所在儲層的性質(zhì)?！眳浅忻勒f，例如，按照儲層源巖的形成，頁巖油儲層大致可以分為沉積型、混積型、紋層型和夾層型4類。吉木薩爾頁巖油的儲層類型是以火山灰、碎屑巖、化學(xué)物質(zhì)共同組成的三元沉積型。
“儲層類型的確定，對我們今后對建立儲層中‘甜點’（頁巖油藏中最富含油氣的部分）的識別、提升鉆遇率有著極大的幫助。”陳依偉說。
同時，地質(zhì)人員對儲層中“甜點”著重進行了研究。
2019年，吉慶油田作業(yè)區(qū)成立后，地質(zhì)人員根據(jù)地質(zhì)評估，大致判定吉木薩爾頁巖油含油儲層加起來共計240米左右，再將這些含油儲層劃分為“上、下甜點”兩大類，每一類中再細化三到四個小層位，并分析出每一小層位的特點。
吳承美介紹，對“甜點”進行分類的好處十分明顯：例如，通過對靶向集中在“上甜點”的油井進行統(tǒng)計，地質(zhì)人員發(fā)現(xiàn)，整個“上甜點”油層在平面上的含油性差異很大。有的“上甜點”井在壓裂后，返排液中含水量很大。地質(zhì)人員對比多口井的數(shù)據(jù)后得出結(jié)論，“上甜點”油層的油實際上是從下部生油巖中運移到了現(xiàn)在這個稍微大一點的儲油層，因此，其油質(zhì)中就含有一定量的水。而對“下甜點”來說，由于油層沒有發(fā)生運移，因此其所在層位比較穩(wěn)定，原油品質(zhì)也比較好。
這樣精細的“甜點”劃分，為提高“上、下甜點”鉆遇率奠定了基礎(chǔ)。
“利器”的升級
地質(zhì)認識的提升，投射到具體工作中，就是立即用新的認識來指導(dǎo)生產(chǎn)。2015年至2016年間，新疆油田公司在吉木薩爾凹陷部署了40口開發(fā)控制井，目的就是落實清楚油層在各平面不同“甜點”層位上的發(fā)育情況。同時，還對這些井進行試油，看看這些油層的產(chǎn)量情況。
而一批開發(fā)控制井試油后，大家發(fā)現(xiàn)各井的產(chǎn)量高低不同，且沒有一定的規(guī)律性。為了弄清各井在鉆井及壓裂中動用的是否是最優(yōu)“甜點”所在層位，技術(shù)人員開始了對油層新一輪的評價分析。
在分析測井數(shù)據(jù)時，技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的電測工具只能測出孔隙體積在一個油層內(nèi)的占比，而這一數(shù)據(jù)并不能對孔隙內(nèi)含油數(shù)量進行評價。這時，技術(shù)人員啟用了在常規(guī)油開發(fā)中常見的核磁測井儀器。
“給油井做核磁，就像給人體做核磁一樣，可以清楚地找到‘病灶’所在，從而據(jù)此制訂出相應(yīng)的對策。”陳依偉介紹，“通過核磁測井，我們就可以明確哪些孔隙較大、內(nèi)部含油多，這類的孔隙就被我們確定為‘可動孔’，需要我們集中力量去攻克它?！?/p>
2020年，基于這項“利器”，陳依偉帶領(lǐng)團隊創(chuàng)造了國內(nèi)首個核磁分頻處理儲層識別技術(shù)，將靜態(tài)評價與預(yù)期產(chǎn)量符合率從56%提升到85%。
如果說用核磁測井解決了尋找含油最佳孔隙的問題，那么使用XRD（巖性分析儀）就能幫助鉆頭在鉆進時，精準地在“甜點”中穿行不跑偏。
科研人員將“上甜點”細分為四個層位，再對每個層位的巖性和油層分別進行分析，從而確定出最佳的鉆井軌跡，找到“黃金靶體”（產(chǎn)油最好的油層）。
“針對在油藏埋深3500米以上、油層厚度僅有1.5米的‘下甜點’，準確識別出‘下甜點’細分出的三個層位之間的界限尤為重要?！奔獞c油田作業(yè)區(qū)地質(zhì)研究中心技術(shù)員岳紅星介紹，利用XRD，就能控制著直徑約20厘米的鉆頭又快又好地穿過“黃金靶體”，并為此后的壓裂造出最合適的通道。
儀器工具的迭代升級，大幅提升了“黃金靶體”的鉆遇率。陳依偉介紹，截至目前，吉木薩爾頁巖油“黃金靶體”鉆遇率已經(jīng)達到87.3%。同時，鉆井工期也由之前的91天大幅縮減到如今的32.6天。
立體式“榨油”
近年來，人們常常把頁巖油的開采比喻為石頭縫中“榨”油。
不同于常規(guī)油氣藏需要借助地殼內(nèi)部壓力開采，頁巖油的開采則需要對含油頁巖進行加壓，用水、砂和化學(xué)劑使含油頁巖中的裂縫擴大，以釋放出頁巖油，因此體積壓裂作業(yè)是頁巖油開采的重要手段。
吉慶油田作業(yè)區(qū)工藝研究中心黨支部書記魯霖懋說，如果將頁巖油層比作千層威化餅干，那么原油就是夾在餅干中間的奶油，運用體積壓裂技術(shù)就像是用壓力將千層威化餅干中的奶油“擠榨”出來。
不過，以吉木薩爾頁巖油巖層的復(fù)雜性，僅依靠單一的體積壓裂手段并不能搞定“榨油”過程。從吉172_H井開啟吉木薩爾頁巖油體積壓裂先河，到該示范區(qū)大規(guī)模推廣體積壓裂的十余年間，吉慶油田作業(yè)區(qū)已經(jīng)發(fā)展出了一套“縫藏匹配+精準改造+全域支撐+ CO_2前置”組合式的壓裂技術(shù)。
這套壓裂技術(shù)具體是指在壓裂方案設(shè)計時，根據(jù)不同油藏的特性，設(shè)計不同的壓裂方式，例如布下管網(wǎng)時，縫隙要設(shè)計到多寬才合適，不同的地層需要設(shè)計成多少段等等，均進行立體式綜合考慮。
通過多方位論證壓裂工藝、壓裂參數(shù)與儲層的適配性以及縮小簇間距，該示范區(qū)在壓裂中大幅降低了原油流動阻力，保證了儲層充分動用。
同時，為了確保每一條裂縫都能在壓裂過程中維持穩(wěn)定，工程技術(shù)人員對不同寬度的裂縫加入不同粗細的材料。壓力產(chǎn)生的裂縫寬度不一，不同的裂縫需要采取不同的石英砂粒徑組合：主縫就相當于一條高速公路，需要對它拓寬；小縫就像是一條條鄉(xiāng)村小道，需要把它鋪到裂縫的最前端。
同時，按照綠色開發(fā)理念，開展CO_2前置壓裂，將液態(tài)CO_2注入地層中，在有效驅(qū)油的同時，還能實現(xiàn)碳埋存與利用。
尋求最優(yōu)解
回首吉木薩爾頁巖油的開發(fā)歷程，一個認識愈發(fā)清晰——沒有因地制宜的技術(shù)創(chuàng)新，吉木薩爾頁巖油的開發(fā)可能就會停滯不前；沒有“一全六化”的新型管理模式，新疆油田公司就無法對頁巖油實現(xiàn)經(jīng)濟開采。
吳承美介紹，“一全六化”理念是集團公司在非常規(guī)油氣勘探開發(fā)實踐中提出的發(fā)展管理理念?！耙蝗笔侵笇Ψ浅Ｒ?guī)資源要實現(xiàn)效益開發(fā)的全生命周期管理，“六化”則是指在設(shè)計方面一體化統(tǒng)籌，操作方面專業(yè)化協(xié)同，運行方面市場化運作，后勤保障方面社會化支持，油田生產(chǎn)方面實行數(shù)字化管理，最終實現(xiàn)綠色化發(fā)展。
在吉木薩爾頁巖油開發(fā)過程中，一體化統(tǒng)籌既是一種工作組織模式，又是一種系統(tǒng)管理理念，它改變了過去各專業(yè)“鐵路警察各管一段”的思維方式，而是通過勘探開發(fā)一體化、地質(zhì)工程一體化、地上地下一體化、科研生產(chǎn)一體化、生產(chǎn)經(jīng)營一體化、設(shè)計監(jiān)督一體化等來實現(xiàn)通盤考慮。
今年1月，新疆油田公司成立吉木薩爾頁巖油產(chǎn)能建設(shè)工作專班，由公司主要領(lǐng)導(dǎo)掛帥開展專業(yè)化協(xié)同推進。該專班集中了新疆油田公司機關(guān)、科研單位和參建單位等13個部門多專業(yè)力量，靠前支持與決策、現(xiàn)場協(xié)調(diào)解決問題，將過去的直線式管理向矩陣式管理轉(zhuǎn)變。
吉慶油田作業(yè)區(qū)的市場化運作始于2021年。自那時起，該作業(yè)區(qū)就通過市場手段獲取最優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品和服務(wù)，發(fā)揮“鯰魚效應(yīng)”，推動鉆井、壓裂等承包商改進技術(shù)、提升服務(wù)水平，培育出統(tǒng)一開放、競爭有序的市場體系。
吉慶油田作業(yè)區(qū)加快推進物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)和數(shù)字化生產(chǎn)，已實現(xiàn)了油水井生產(chǎn)參數(shù)的數(shù)字化采集，集輸處理站庫工況的數(shù)字化監(jiān)控與預(yù)警。如今，該作業(yè)區(qū)生產(chǎn)參數(shù)數(shù)據(jù)已實現(xiàn)及時采集與共享，生產(chǎn)預(yù)警系統(tǒng)實現(xiàn)了油水井生產(chǎn)參數(shù)的自動化、集輸處理站庫工況的自動化監(jiān)控與智能預(yù)警分析，生產(chǎn)視頻監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)了對油、水井及鉆井、修井及重點施工作業(yè)現(xiàn)場100%全覆蓋。
自2015年首次應(yīng)用無桿泵采油技術(shù)以來，吉慶油田作業(yè)區(qū)通過3輪技術(shù)迭代，掌握了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的無桿泵采油關(guān)鍵技術(shù)。截至目前，該作業(yè)區(qū)無桿泵（電潛泵）占機采井總數(shù)的三分之一，建成了首個綠色高效智能的“無人巡檢”示范區(qū)。
“吐哈油田的頁巖油建設(shè)初期，照搬了吉慶油田作業(yè)區(qū)的‘甜點’識別、鉆井及壓裂以及無桿泵采油等一系列技術(shù)和先進做法。”吐哈油田準東采油管理區(qū)總工程師孫輝輝說，“如今，我們正在此基礎(chǔ)上進一步開展成本控制，全力實現(xiàn)效益開發(fā)，為吉木薩爾國家級頁巖油示范區(qū)建設(shè)貢獻吐哈力量?！?/p>
雄關(guān)漫道真如鐵，而今邁步從頭越。對吉木薩爾頁巖油示范區(qū)來說，頁巖油產(chǎn)量突破100萬噸是不懈努力下收獲的豐碩成果，也是一個新的開始。在陸相頁巖油勘探開發(fā)方面進行的持續(xù)探索和變“不可能”為“一定能”的實踐，將成為新疆油田公司“端牢能源飯碗”，保障國家能源安全和經(jīng)濟發(fā)展的強大基礎(chǔ)和不竭動力。