定向鉆井和隨鉆測(cè)量/隨鉆測(cè)井示意圖（資料圖）
打破壟斷的“貪吃蛇”怎樣地下找油
5月3日清晨5時(shí)，中國(guó)海油渤海九號(hào)鉆井平臺(tái)。經(jīng)過63小時(shí)的連續(xù)作業(yè)，中國(guó)海油旗下中海油服自主研發(fā)的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)Welleader、隨鉆測(cè)井系統(tǒng)Drilog聯(lián)袂初演，在成功命中位于地下一兩千米的三處油藏靶點(diǎn)后，順利返回海面。我國(guó)就此打破跨國(guó)公司在這一當(dāng)今世界鉆井、測(cè)井頂尖技術(shù)上的壟斷，繼美國(guó)之后成為全球第二個(gè)同時(shí)擁有這兩項(xiàng)技術(shù)的國(guó)家。
用最短時(shí)間，盡量少鉆井多打油，對(duì)海洋石油意味著什么？
被譽(yù)為“可以引導(dǎo)鉆頭像‘3D版貪吃蛇’一樣在地下幾千米的堅(jiān)硬巖石里自由穿行并準(zhǔn)確命中油氣藏目標(biāo)”的這兩項(xiàng)技術(shù)，由中海油服油田技術(shù)事業(yè)部主導(dǎo)研發(fā)。該部總工程師郭云在接受記者采訪時(shí)介紹，一直以來，油氣田開發(fā)都像是在做一道時(shí)效與成本的“計(jì)算題”，即如何在已知地下油氣儲(chǔ)層位置的情況下，用最小的成本和最快的速度完成鉆井服務(wù)？換言之，若想開采“物美價(jià)廉”的油氣資源，就必須用最少的井位完成最大范圍的儲(chǔ)量開采，并以最少的起鉆次數(shù)實(shí)現(xiàn)最短鉆井周期。
用最短時(shí)間，盡量少鉆井，打出盡量多的油，對(duì)海洋石油意味著什么？郭云披露的這樣一組數(shù)據(jù)道出原委——目前的鉆井設(shè)備日租金，陸上在人民幣20萬元以內(nèi)；海上則通常不低于50萬美元，而像“海洋石油981”這樣的頂級(jí)設(shè)備，日費(fèi)更高達(dá)百萬美元。海上鉆井成本普遍高出陸上十幾倍，倒逼出海上鉆井設(shè)備的高可靠性和高效率。
定向鉆在地層中任意方向鉆進(jìn)，目標(biāo)瞄準(zhǔn)難動(dòng)用儲(chǔ)層
面對(duì)時(shí)效與成本的難題，全球范圍內(nèi)的油氣公司不約而同地選擇了定向鉆井技術(shù)。
郭云介紹，與傳統(tǒng)的直井不同，定向鉆是能夠在地層中三維任意方向行進(jìn)的鉆井技術(shù)。它并非讓鉆頭“直”達(dá)目的層，而是要求鉆頭能夠在地層深處按照設(shè)計(jì)好的斜度鉆進(jìn)，直至命中深達(dá)幾千米的地下油氣藏“靶心”；主要適用于常規(guī)油氣藏開發(fā)殆盡之后，原本難以動(dòng)用的薄、差儲(chǔ)層。
他解釋說，普通的定向鉆，是傳統(tǒng)鉆具加上一套“螺桿馬達(dá)”，即在靠近鉆頭位置有一彎角，可以根據(jù)井眼軌跡調(diào)整鉆進(jìn)方向。成本低是這種螺桿鉆具的最大優(yōu)點(diǎn)，因此而在當(dāng)今的定向鉆作業(yè)中占近60%。其缺點(diǎn)是鉆進(jìn)斜度大了，工作效率低；而且井眼不夠規(guī)矩，造成后期完井困難。
高難度定向井作業(yè)的“撒手锏”
“海上大斜度、水平井居多，旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)就派上了用場(chǎng)。”郭云表示，旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)在于，能夠?qū)崟r(shí)控制井下鉆進(jìn)方向，實(shí)現(xiàn)類似于“3D版貪吃蛇”的鉆具運(yùn)行軌跡調(diào)整，從而一趟鉆貫穿目標(biāo)儲(chǔ)層——甚至可以讓直徑0.2米的鉆頭在0.7米的薄油層中橫向或斜向穩(wěn)定穿行，實(shí)現(xiàn)一趟鉆“橫向”移動(dòng)1000米的長(zhǎng)距離作業(yè)。這種精準(zhǔn)制導(dǎo)本身成本高于螺桿鉆具，但能降低綜合開發(fā)成本，最終實(shí)現(xiàn)油氣田資源開發(fā)價(jià)值最大化。目前，全球超過40%的定向井采用該系統(tǒng)鉆成。
旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)能夠在地下幾千米完成作業(yè)，離不開隨鉆測(cè)井系統(tǒng)的“導(dǎo)航指路”。郭云形容，隨鉆測(cè)井系統(tǒng)等于為井下設(shè)備加裝了“千里眼”，能夠隨時(shí)將鉆進(jìn)“沿途”的地質(zhì)數(shù)據(jù)反饋至地面，由測(cè)井工程師完成即時(shí)的信息處理和指令傳達(dá)。兩套系統(tǒng)并肩作戰(zhàn)，能夠?qū)崿F(xiàn)全井段定向旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，實(shí)時(shí)調(diào)整井眼軌跡，并測(cè)量井下環(huán)境參數(shù)；可極大提升作業(yè)效率，降低工程風(fēng)險(xiǎn)。是進(jìn)行超深水、水平井、大位移井等高難度定向井作業(yè)的“撒手锏”。
事實(shí)上，它也是跨國(guó)公司在國(guó)際市場(chǎng)呼風(fēng)喚雨的“撒手锏”：由于研發(fā)難度大，多年來這兩項(xiàng)技術(shù)一直被美國(guó)三大油田技術(shù)服務(wù)公司視為競(jìng)爭(zhēng)核心，高度壟斷。根據(jù)全球范圍作業(yè)量統(tǒng)計(jì)，2014年這兩項(xiàng)技術(shù)至少為相關(guān)公司帶來約200億美元收入。
旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)、隨鉆測(cè)井系統(tǒng)究竟難在哪？
“旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)、隨鉆測(cè)井系統(tǒng)究竟難在哪，以至跨國(guó)公司擁其自重？”
在回答這一問題時(shí)，郭云表示，所有鉆井儀器設(shè)備因其工作環(huán)境極度惡劣（高溫、高壓、大振動(dòng)等），總體上都比普通設(shè)備要求高得多的可靠性。
具體到技術(shù)層面，他解釋，旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)的難點(diǎn)在于，需根據(jù)地下情況隨時(shí)實(shí)現(xiàn)地面控制，涉及大振動(dòng)狀態(tài)下的姿態(tài)測(cè)量（調(diào)整下一步動(dòng)作的前提）、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制精度（靠三套獨(dú)立液壓系統(tǒng)完成）、井下電源提供（泵送鉆井泥漿同時(shí)推動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電）、地面與井下數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸（沒有電纜，靠鉆井泥漿循環(huán)壓力變化獲?。┑龋鶎賴?guó)內(nèi)空白。隨鉆測(cè)井系統(tǒng)難點(diǎn)在于，“幾乎用到所有已知的探測(cè)法，并需系統(tǒng)集成”，包括電磁波、聲波、核磁共振及通用傳感等，以及相關(guān)的數(shù)據(jù)處理。
為此，中海油服在國(guó)家863計(jì)劃支持下，2008年以來，歷經(jīng)艱辛攻關(guān)，僅基礎(chǔ)檢驗(yàn)設(shè)施就投資2億多元，終于突破技術(shù)瓶頸，形成了具備自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的商標(biāo)、系統(tǒng)技術(shù)和裝備體系。
此次渤海作業(yè)中，兩套系統(tǒng)一趟鉆完成813米定向井段作業(yè)，成功命中1613.8米、2023.28米和2179.33米三處靶點(diǎn)，最大井斜49.8°，最小靶心距2.1米，充分證明兩套系統(tǒng)具備了海上作業(yè)能力。
