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普光之剑

2006-05-18 来源: 中国石化报
石化新闻
 
    十多年前,一位为南方海相勘探倾注了半生心血的地质学家,带着深深的遗憾离开了人世。临终前他重复着讲了多年的一个观点:“南方海相没有突破,最大的困难是物探技术不过关。”十多年后的今天,中国石化终于发现了普光大气田。回首走过的艰辛历程,正是“科技之剑”帮助勘探者们佐证了新的理论认识,剖开了数千米深的地层,劈开了“地宫之门”,实现了前人未了的心愿。

  是来自中国石化的4支物探队伍――胜利油田226地震队、江汉油田266地震队、西南石油局249地震队、滇黔桂石油勘探局258地震队,首次将真正意义上的山地高分辨率地震勘探技术带到了川东北地区。

  在最初的日子里,“平原作战”力能伏虎的胜利油田226地震队比不上同场献技的“川军”、“滇军”兄弟,他们在平原地区积累的那些得心应手的高招绝技,在这里几乎没了用武之地。过去他们在平原地区用GPS搞测量,几分钟就能定好一个点,进了山地,卫星信号变差,有时两个小时才测一个点;过去他们一天能打几百口井、放几百炮,现在有时几天难打一口井,一天听不到一次炮响……川东北山地高精度二维地震项目最初的磨炼,为他们应对世界上首块大面积复杂山地深层碳酸盐岩高精度三维地震勘探积累了经验。

  胜利油田物探项目部技术顾问郑泽继,这位年过花甲、满头银发的老专家,为川东北山地高分辨率三维地震总结了“三难”。一是地貌地形条件复杂,地面测线排列摆放难。工区内海拔1000米以上的山峰有26座,相对高差最大近1000米,地形险峻,有悬崖峭壁的山包达300多个。一个三维排列47.3平方千米,按规程需要在一个平面上纵横摆好12条大线、216道小线,确定好3.1万多个检波器(一种鸭蛋大小的物探地面接收装置)的摆放位置。这些工作在平原上也许算不了什么,但把如此巨大的一个“苍蝇拍”放到蜿蜒起伏、崖高沟深的山地,而且要保证所有装置在放炮时都能同步精准地工作,取得如同平原地区一样的效果,其难度是可以想见的。二是山地表层地质结构复杂多变,打井埋置炸药十分困难。有时一口井需要反复打几次才能达到要求。三是深层地质结构复杂,地震勘探信号接收难。从深层反射回来的地震波传到地面,信号衰减严重。物探队伍把这样的山地三维地震比作破解“多元一次方程式”,有太多的因素制约着勘探结果,有太多的工作参数需要重新测定,任何一个参数定得不准,整个地震数据采集的质量都会受到影响。

  面对从没遇到过的“对手”,他们必须重新“铸剑”,练就一套新的高招绝技。为此,胜利物探公司对226地震队的硬件装备进行了彻头彻尾的更新。用物探队员们的话说,“除了人是旧的,其他全都换成了新的”。新引进的具有国际领先水平的408UL24浮点数字地震仪,可以接收的最高频率达400赫兹,信号处理时,能保证300赫兹以下的频率不受影响,可以大大提高深层地震信号接收的精度。然而,仅仅有了先进的装备还不行,还必须采取严格的管理措施和精湛的施工方法。否则,就如同一个不懂“剑术”的人握着一把“利剑”,再好的装备也等同于一截“烧火棍”。为保证装备发挥应有的作用,每一条大小测线摆放到位,每一个炮点和检波器安放点精确到位,一个地震队投入的采集人员由过去的百十名职工一下子扩展到4600多人,队上职工风趣地说,我们一个“连”变成了一个“师”,每个工人都弄了个“连长”、“营长”当当。为确保每一个岗位都能够按施工设计和技术要求进行操作,226队为自己制定的工作标准严格到了近乎苛刻的程度。他们在各个工序推行自检、全检、抽检、互检、专检“五检制”质量监控体系,其中仅放线工序就配备了180名质检员。为与一个炮点的设计相吻合,他们曾出动62个人抬着钻机爬了3天的山,完成了区区50米的平面位移。

  确定适合山地工区的地震施工设计和工作参数,是应对复杂条件,提高地震采集质量的难点,也是关键点。226队根据甲方要求,逐线逐点进行反复试验、摸索、计算,建立起了以复杂储层为主要勘探对象的地震采集新模式。他们改进卫星定位系统,解决了山高林密导致GPS信号差的难题,为实现山区高精度定位和全天候、全方位观测创造了条件。他们发挥先进数字地震仪器的技术优势,完善了高频信号接收技术。他们从岩石力学、岩石物理学和爆破理论研究出发,建立了井深、岩性、炸药量的最佳匹配参数组合,实现了信噪比和分辨率的有机统一。运用这种宽方位角、高精度山地三维地震资料采集技术,带来的直接效果是地震采集资料的品质明显提升。整个山地三维项目结束后,226队所采集的地震资料质量指标均符合或高于甲方的技术要求,为储层精细描述提供了可靠的基础资料。

  地震资料处理和解释人员运用现代技术手段对野外采集来的高品质资料进行精细处理、解释,进一步校正了误差,排除了由于地面、表层地质和深层地质复杂造成的干扰和假象,运用高精度地震成像技术、深层碳酸盐岩油气储层预测技术,把地下情况形象、直观地展现在人们面前。这一整套地震资料采集、处理和解释技术,使地质家们对储层厚度的预测精度大大提高,由原来的37米提高到12米,预测深度与实钻深度的误差小于0.15%%,预测孔隙度与测井解释孔隙度的绝对误差小于0.32%%,相对误差小于5%%,居国际领先水平。

 在勘探界有句广为人知的话:“钻头不到,原油不冒。”如果说通过地震资料采集、处理和解释技术,侦察到了普光大气田这个大“金娃娃”的“藏身之所”,那么,在川东北海相勘探过程中逐渐形成的一整套钻井技术和储层保护与改造技术,则为打开这个“藏身之所”打造了一把“金钥匙”。

  承担川东北地区第一轮预探井钻探任务的3支钻井队,都曾是石油石化钻井系统的“王牌之旅”。其中,胜利70176钻井队(原3252钻井队)战功赫赫的队史甚至可以追溯到40年前。这个队曾创造过年进尺突破15万米的辉煌纪录,把美国的“王牌钻井队”和前苏联的“功勋钻井队”远远抛在后面。但就是这些响当当的角色,一上手就都在自己承钻的川东北“1”字号井上栽了跟头。普光1井曾发生井斜,被填了800多米的进尺;毛坝1井刚打完表层,就因套管断裂不得不填了重打;河坝1井一打就是3年多,在整个钻井周期中,仅处理井下事故的时间就占了3个多月。

  有专家指出,回首川东北50多年的勘探历史,之所以迟迟没有突破,固然存在理论认识的局限性和物探技术不过关的原因,但钻井技术不适应也是个不容忽视的问题。

  在钻井行业,一度有“谈南方色变”的说法。对于南方海相钻井之难,胜利油田70176钻井队总结出了“陡、硬、险、怪”四大难点;中原70128钻井队则归纳出“喷、漏、卡、塌、斜、硬、毒”七个方面的特点。汇总起来,川东北地区的钻井面临着四个难题。一是钻井速度慢。河坝1井虽说打了3年多,但从历史上说,还不算是最慢的。过去有个钻井队在川东北地区打井,开钻的时候,某青工刚刚结婚,后来他的孩子都上学了,井还没有打完。二是地质情况复杂。井下多套压力体系共存,泥浆比重小了压不住,会发生井涌甚至井喷;比重大了,地层承受不住,又容易发生井漏,俗称“上吐下泻”,而且会对油气层造成污染。三是井身质量控制难。地层倾角大,自然造斜率强,极易发生井斜,而且难以控制。四是有毒气体硫化氢含量高达15%%以上,不仅容易腐蚀脆断钻具、破坏钻井液性能、损坏设备,而且时刻威胁人身安全。因此有人说南方海相勘探是世界级难题,而川东北的地下复杂情况则是“集世界级难题之大成”。

  通向地下宝藏的路径布满了艰难险阻,剖开地层,打开通道,把沉睡了亿万年的大“金娃娃”抱出来,特别需要精心打磨钻井技术这把“利剑”。然而,各参战井队刚刚进入这一新领域,地下资料缺乏,钻探经验不足,他们就如同面对陌生的“剑客”,一边观察和躲闪着“对手”的招数,一边揣摩和期待着“一剑封喉”的绝佳方位和时机。第一轮探井的学费没有白交,参战井队终于从长时间摸索中积累了克敌制胜的经验和智慧。从第二轮评价井开始,围绕普光钻井几大难点展开的技术攻关和单项技术集成,已经初见成效,包括非常规系列井身结构、防斜打直技术、快速钻井技术、深井小间隙固井技术等在内的一整套钻井技术系列基本形成,为在复杂山地、深层、高压、高含硫地质条件下实现探井安全、有效钻探提供了有力的保障。业内人士评价,过去新区勘探形成适应性技术系列的周期一般要在5年以上,在普光气田勘探中仅用了不到两年的时间就基本实现了这一目标。

  由于地层高含硫化氢,川东北地区的勘探面临着极大的风险。有人说南方海相气田这个大“金娃娃”既可爱又太娇气、太可怕,钻井技术过关,可以把它安全、健康地抱出来;钻井一旦有闪失,要么使它夭折,要么它就会像恶魔一样跑出来吞噬人的生命。

  胜利油田70176钻井队平台经理李子杰向记者讲述了在毛坝1井遭遇过的惊心动魄的一幕。当时该井在4324米井段钻遇高压气层,井下发生了强烈井涌。由于上岗人员发现及时,各工种协调配合,按照规范关井动作仅用两分钟就及时控制住了井口,使井控工作赢得了主动。在其后实行压井作业的过程中,井队面临两难选择:一是加大泥浆密度,可以迅速制服井涌,保障钻井安全,后果是井会被压死,储层受到严重损害;二是泥浆密度不够,气井随时有可能发生井喷,后果不堪设想。险情惊动了集团公司总部及南方分公司领导,他们紧急赶到现场研究对策,决定实施对储层损害最小的压井措施,要求“压稳而不压死”。几天时间里,井队连续组织了9次规模不等的压井施工,连续变换泥浆密度以确定平衡点。由于地下情况复杂,泥浆密度可调范围很窄,只在1.92~1.95之间。关键时刻,一家与南方分公司合作攻关的科研单位提供的暂堵工艺解了燃眉之急。这种工艺采用堵漏与压井并行的方法,先处理气层漏失,确保较高密度的泥浆压住气层,恢复正常钻进后,再施以配套的解堵工艺,既保证了钻探施工的安全,又有效保护了油气层。

  机械钻速慢、施工周期长,不仅影响勘探进度,而且衍生出其他很多钻井难题。从第一轮探井的后半阶段开始,整个川东北探区在确保完成地质任务和安全施工的前提下,围绕提高速度、缩短周期,展开了全面技术攻关。一方面,从国内外引进垂直钻井系统、气体钻井技术系列,在各井队迅速推广;另一方面,各井队积极开展提高机械钻速的尝试。中原油田70128钻井队在普光1井后期施工中,根据地层岩性优选钻头,优化钻具组合和钻进参数,同时积极与钻具生产厂合作,改进牙轮钻头的性能,大大提高了机械钻速,延长了钻头寿命。第二轮探井中的普光2井与普光1井相比,钻井周期缩短了300多天,创钻井周期、建井周期、机械钻速、取心进尺、密闭取心进尺、气井深井密闭取心、日进尺、班进尺、单只钻头机械钻速等9项川东北最新指标,其中气井、深井密闭取心填补国内空白。据统计,目前普光气田探井的钻井周期仍在逐步缩短,建井周期已经由平均360天缩短到平均274天,缩短了24%%。

  在南方海相的“大考场”中,人们沉着应对,细心摸索,认真总结,及时推广,终于初步形成了适应南方海相勘探的综合物探技术系列、综合钻井技术系列、储层保护与改造技术系列等等。有专家评价道,这对于我国乃至世界今后的海相勘探,都具有重要的参考价值。

  中原油田钻井三公司南方分公司经理徐长生说,目前他们已经为国际市场输送了4名平台经理,培训了5支钻井队,川东北地区已经成了外闯国际市场人员的培训基地。参加培训的队员说:“能在这里把井打好,往后什么样的井都能对付!”

  温家宝总理曾经指出:“没有石油理论的创新和技术的创新,就不可能有大的突破。”普光气田的勘探发现,就是理论创新与技术创新的结果。而今,中国石化正在把南方海相勘探作为一个大试验场,全力推进实践创新,努力建立与海相勘探相适应的地质理论体系与工艺技术系列,为找到更多更大的油气田提供理论指导和技术支撑。

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                     中原油田钻井三公司职工正在普光7井施工。

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