压裂革命

如何破解低渗致密油气藏高效开发的世界级难题?如何打破国际油服巨头技术垄断?中国石化西南石油局五年磨一剑，成功研发“井下全通径无级滑套系统”，已在22口井推广应用成功，较常规压裂技术平均单井产量提高60%，部分单井增产达2倍以上，实现了难动用储量的效益开发，锻铸了具有世界领先水平的“中国智造”。

压裂无级限

中国石化西南石油局瞄准国际前沿，立足自主创新，为推动增产增效探索了全新路径，成功研发井下全通径无级滑套系统，让原来无法动用的非常规天然气储量转化为效益产量。

大咖云集，智慧闪耀。

3月20日，来自全球65个国家和地区的2000家企业、18个国家展团，齐集第十七届中国国际石油石化技术装备展览会，捧出了自己压箱底的最新产品和技术。

中国石化西南石油局只带着一项技术而来。然而，就这一项技术已经足以让西南石油人艳惊天下，俄罗斯、法国等国家的同行在现场就迫不及待地要谈合作。

一技走天下。

这项技术就是“井下全通径无级滑套系统”。中国石化西南石油局局长、西南油气分公司总经理甘振维说：“与世界顶尖的石油企业同台竞技，‘井下全通径无级滑套系统’展现了无可比拟的技术优势和无限广阔的应用前景。利用这项技术，较常规技术致密气平均单井产量可以提高60%。”

60%其实是一个非常保守的数字，有时可以达到100%、200%，或者更多。它意味着压裂工艺技术的革命性颠覆，意味着一些因为没有效益而暂时沉睡的气田可以开采了。2015年中国天然气对外依存度达30.1%，而我国致密砂岩气产量约占天然气总产量三分之一，若其产量能有100%、200%的增长，把我国致密砂岩气资源有效解放出来，就可望为我国实现天然气消费独立提供有力保障!更不要说这套技术在常规油藏、页岩油气藏及油气井的开发生产中同样适用。

好雨知时节，当春乃发生。一口井打出两口甚至三口的产量。在低油价已经延续两年多、降本增效逐渐走到穷途的时候，“井下全通径无级滑套系统”这套工艺创新恰如及时雨，驱赶着石油人心头的阴云。

天道酬勤

2011年3月8日，在一个普通的招待所里，西南石油局局长、西南油气分公司总经理甘振维刚刚参加完国际压裂技术推介会。推介会刚刚结束，他脑海中灵光一闪，一个困扰了七天的问题有了解决思路。

这个问题就是如何打破外国公司的技术封锁，自主开发压裂工艺技术，突破目前水平井分段压裂只能限制在12～13段的极限。

工欲善其事，必先利其器。

1859年，随着Edwin L. Drake油井钻探成功，现代石油工业诞生了。接下来的100多年时间里，包括石油在内的化石能源枯竭论一次一次提出，又一次一次地因为油气勘探开发技术的进步被击退。川西产能建设及勘探项目部经理、石油工程技术研究院原院长戚斌说：“地质还是那个地质，但用了新工艺技术后，我们老区的产量从以前几千万立方米涨到现在的30亿立方米。所以，工程技术对于产量提升非常重要。”

得益于工程技术进步，当今世界油气行业正向深海、大漠、山地等环境复杂区进军，向致密气、致密油、煤层气、页岩气等难度大的油气存储区进军。

这种进军并非一帆风顺。在致密气这个天然气增储上产的重要领域，由于单井产量低、经济效益差，我国至少一半以上的致密气储量无法动用。当成本难以继续降下去的时候，通过技术进步提高产量成为致密气效益开发的不二手段。

地下岩石和水泥地一样，非常致密，天然气无法溢出。压裂就像在水泥地上打一个缝，然后气体像小溪一样慢慢汇聚到大河中。以前的常规工艺改造之后，2寸7的油管柱只能分成12段，这样1000米长分12段只能80米左右出一条缝隙。条数不多、支状河流不密，很多致密气储量就动用不了。可以说，水平段分段压裂段数直接关系着低渗致密油气藏的产量，成为世界级难题。

目前，国际油服巨头压裂技术可以突破传统水平井12段的分段限制，达到20～30段，可以大幅提高单井产量。当然，价格也令人咋舌。

“外国人能研究出这项技术，中国人为什么不行?”甘振维认为，在关键领域我们不能受制于人。

不限级压裂国际主流技术有两种：桥塞分段和连续油管拖动。但这两种办法一是成本高，二是不能一次性投产完井，同时存在施工工序多、施工周期长的弊端。

能否综合连续油管尺寸不变和滑套便捷的优点，制造出不受油管内径限制的滑套?甘振维开始思索。

有一种科学，叫做想象力。

看着招待所的房门，甘振维抓住了关键的一点：房间钥匙大小相似，但一把钥匙只能打开其所对应的锁。如果每个滑套有一把专门的“钥匙”，那自然能突破12级分段的限制?

心动不如行动，没有试验工具，甘振维用纸剪出一个简易的物理模型。经过几次试验，被证明在理论上成立。

这就是“井下全通径无级滑套系统”诞生的最初创意。它采用巧妙的设计和创新的结构，施工过程中，通过钥匙和滑套的编码智能匹配，不用人为干预，应该开的“绝不放过”，不该开的“一笑而过”，从而实现无级限和唯一性的完美结合。

很多人把这个创意归结于偶然。其实，创意尤其是科学创意绝非人们所认为的“灵光一现”，也不该用“妙手偶得”，而应要用“天道酬勤”来解释。“井下全通径无级滑套系统”便是如此。如果没有对行业发展动向的深刻把握，没有多年专业与非专业知识的积累，它绝不会在短短时间内出现。“我平时总爱琢磨一些技术、生产管理上的问题，哪怕在飞机上也是这样。”甘振维如是说。

劳其筋骨

每一棵橡树都会结出许多橡树种子，但只有一两颗种子能长成橡树。因为松鼠会吃掉大部分的橡树种子。绝大部分创意会被现实的压力所摧毁。“井下全通径无级滑套系统”从创意萌芽直到成功研发，科研人员付出了很多。

德阳的夏天有多热?

你只要试试馒头蒸熟揭开锅后，把脸放上去的感觉就知道了。

可是就在德阳最热的7月，位于德阳的西南油气分公司石油工程技术研究院内传来了一阵阵叮当叮当的“打铁”声。

怎会有打铁声?

2011年7月，没等试验场地建起来，“井下全通径无级滑套系统”开发团队已经开始进行第一步试验。打铁声正是铜棒敲击“钥匙”的声音。先期试验要验证能否让钥匙在通过滑套时只打开对应的滑套而不发生误开现象，因此要反复地让一把把“钥匙”通过滑套。

搞科研就是坐在办公室吹着空调画图纸?

这是错觉。

20个滑套，每次试验最底下1号滑套的“钥匙”分别要通过前面19个滑套，最后才打开1号滑套。2号钥匙则要通过前面18个滑套。也就是说，每组试验20把“钥匙”共需要通过滑套200多次。

“钥匙”怎样通过滑套?用铜棒敲!

“‘钥匙’本来应该靠水压推动，但我们没有条件，只能用铜棒将钥匙敲下去。每一把钥匙顺利通过滑套要受几百斤的力才行，最少要敲1分多钟才能下去。当时在7月、8月、9月三个最热的月份里，团队中仅有的两三个男职工一遍又一遍举起铜棒重重的敲击着‘钥匙’。他们的衣服汗湿得就像一幅幅‘地图’一样。”原西南油气分公司石油工程技术研究院管具技术中心主任王磊说。

短短三个月，1米长、60多斤重的铜棒两头都被敲得卷了起来。卷得不能工作了就送到工厂削掉，然后继续工作。三个月下来，铜棒短了一大截。

铜杵磨成针之后，石油工程技术研究院井下工具研发室主任侯治民开始背着4公斤的“钥匙”奔跑。

侯治民很好认。

“现场最像民工的那个，戴着眼镜的，就是他。”

他在干什么?

20级井下全通径无级滑套在试验场全部逐一打开，验证了井下全通径无级滑套系统的设计合理。但这仅仅是开始。接着新的挑战又来了!

井下生产和地面试验不同。“钥匙”在井下滑套需要下放到数千米深的井下，还需通过千余米的水平段。所以，所有“钥匙”均需要先做4000米的耐磨性试验，以得出准确的试验数据。

“4000米的试验需要‘钥匙’反复通过管道百余次。为了让试验更准确，侯治民和他的同事一个人投送‘钥匙’一个在另一端接，然后用竹筐背着跑过来继续投送。一把‘钥匙’的一次试验，就是一次4000米的负重跑。”石油工程技术研究院党委副书记杨靖伟介绍。

正如赫尔岑所说，科学不是可以不劳而获的。在科学上除了汗流满面，是没有其他获得成功的方法的。热情也罢，幻想也罢，以整个身心去渴望也罢，都不能代替劳动。

2011年6月到2014年6月，地面试验398次，20把“ 钥匙 ”配套试验20多次，空井筒试验90余次。1000多个日夜让“井下全通径无级滑套系统”由简单的纸制模型，成为一项日臻成熟的技术，耐磨、冲蚀、压力……一系列的难点一一被突破。

苦其心志

世之奇伟瑰怪非常之观，常在于险远，而人之所罕至焉，故非有志者不能至也。

石油工程技术研究院管具技术中心主任工程师胡顺渠没有想到，加入“全通径无极滑套系统”研发会成为她人生路上一次百折不回的远征。

顺风顺水的地面试验结束后，2014年7月3日，挫折来了!

“首次生产试验，我们选择在SF311HF井下入15支井下全通径无级滑套进行压裂施工。在投入开第1号滑套的第一把钥匙后，最上面的15号滑套直接就开启了。”胡顺渠说，“钥匙错开滑套，就意味着试验遇到挫折了。”

独上高楼，望尽天涯路。

压力虽然很大，但是科学上没有平坦的大道，真理的长河中有无数礁石险滩。只有不怕巨浪的弄潮儿才能深入水底觅得骊珠。侯治民、胡顺渠和同事们抖抖灰尘，开始全力分析故障原因，寻找解决办法。

19天后，信心满满的工作人员在JS21-42HF井下入了19支井下全通径无级滑套，进行又一次的压裂施工。然而，又一次在生产性试验中出现错开滑套的问题。

有人调侃说：“不是‘一把钥匙开一把锁’嘛，怎么你们打造的是‘万能钥匙’?”

胡顺渠和她的同事们开始被压裂施工现场列入“不受欢迎”的名单：“大家压力很大。”

经过4个月的查找，问题找到了。侯治民说：“我们觉得这已经是极限，再有问题我们也不可能解决了。”

然而，“功夫不负有心人”有时候其实是一种理想，现实比理想要残酷得多。科学尊重的是事实，服从的是真理，不会因为任何人的压力而高抬贵手。

2014年11月23日，在JS24-9HF井下入15支井下全通径无级滑套的压裂施工，让他们经受了第三次挫折。功夫又一次负了有心人。

“连续三次试验，三次挫折。前两次我们都找到了一个自己认为的故障原因，但在信心满满的下一次试验时都惨遭挫折。”这段时间可以称之为胡顺渠40年生命征途中最黑暗的一段，“神经不粗一点的人直接就崩溃了。”

衣带渐宽终不悔，为伊消得人憔悴。

到底是“万能钥匙”还是有细节没注意?管具技术中心全体技术人员开始排查问题原因，并对2014年以来的所有井下全通径无级滑套压裂数据进行整理、对比，查原因、找问题。

…………

众里寻他千百度，蓦然回首，那人却在灯火阑珊处。

2015年3月17日，经过4个多月的排查，三次挫折的原因被找出来，最大的难关顺利渡过。接下来的试验一帆风顺。GM33-10HF井测试成功，JS33-19HF井30级滑套施工成功，XS21-46HF井试验成功……

“三次挫折的原因找到后，我们接下来的试验全部成功，保持了100%的成功率。”侯治民介绍。

如今，“井下全通径无级滑套系统”，已在油气开发中大显身手。西南石油局川西气田位于“成都—德阳—绵阳”这一四川省最具活力的高密度经济走廊上，工业发达、人口密集，对石油工程施工的安全环保要求极高。在20多口井成功推广运用这项技术，一大批气井获得高产。其中，JS33-19HF井实现了30级分段压裂，创造了不动管柱套管封隔器分段压裂分段数世界纪录。

效果彰显

市场经济不相信眼泪。

油价长时间低迷的经营环境，给石油企业带来了巨大生存压力。谁都明白，老办法、老套路、老习惯，走不通了。创新、变革、突破，整个行业翘首以盼。谁能走出第一步，谁就将成为新时代的最大赢家。

西南石油局走在了前列。

离开德阳市区，沿着弯弯曲曲的山路驱车近一小时就到了位于中江县的JS206姊妹井。两井并排而立，于2016年8月投产。采用“井下全通径无级滑套系统”新压裂工艺的JS206HF井稳产9.6万立方米/天，采用旧工艺的JS206-1HF稳产3.0万立方米/天。

“两井地层条件基本一样，但前者不仅产气量是后者的三倍多，而且后期工作非常简单，滑套想开就开，想关就关，就是出水也不怕。”广西采油厂生产技术科科长梁德成介绍，“这都得益于‘井下全通径无级滑套系统’新压裂工艺的巨大能量。”

对于“井下全通径无级滑套系统”的意义，川西产能建设及勘探项目部经理、原石油工程技术研究院院长戚斌最有直观感受。2012年，西南石油局在四川盆地一口气打了100多口井，但平均单井产气量只有1.92万立方米。“因为没有效益，之后就不敢打井。如今采用新的压裂工艺技术，产量翻一倍达到三四万立方米，效益就非常可观了。这项技术堪称高效开发低渗致密油气藏的杀手锏。”戚斌说。

“井下全通径无级滑套系统”就是这么厉害。

分段无限级，可以无限制地分段压裂，最大限度获取资源。生产全通径，为后期维护和作业提供了极大方便。单段可开关。如一些分段(采油气通道)出水影响生产，可以针对性地关闭或开启，避免了出水对开采油气的影响;如果实施排水作业或油气井维护后，又可以重新开启再次投入生产。管柱一体化，常规的无限级分段压裂，施工管柱与油气井生产管柱不同，要在分段压裂完成后重新下入生产管柱，这样既增加了作业周期和作业成本，又会造成储层的二次污染，影响油气井产量。而井下全通径无级滑套分段压裂，施工管柱和油气井生产管柱一体化，施工完成后可直接投产，缩短施工时间，降低施工成本。

不仅仅是针对致密气。“我们这套技术的目标是致密气藏，但实际研究后才发现它在常规油藏、页岩油气藏及油气井的开发生产中同样适用。”石油工程技术研究院科技生产科科长雷炜说，“在压裂施工这一牵出油龙气龙、获取油气成果的关键环节，这项具有国际领先水平的‘中国智造’，正带来颠覆性的改变。”

不仅在产量提升上完败旧工艺。“井下全通径无级滑套系统”在施工成本和施工时间上也完败同行。雷炜说：“与泵送桥塞相比，我们的技术节约施工时间保守估计40%以上。国外能实现全通径的工艺单井成本大约1400万元。而达到同样效果，我们的技术只要700万元左右，不仅节省一半施工成本，而且更有利于后期管理。”

戚斌说：“我们不满足于将这项技术只用在四川盆地，今后要走出去承揽其他油气田的完井工程。以高效和低成本占领市场，甲方应该会优先选择我们施工。”目前戚斌正筹划到国内某工区一试身手，对利用这项技术盘活该区非常规天然气资源开发充满信心。

不仅仅是国内市场。“井下全通径无级滑套系统”在第十七届中国国际石油石化技术装备展览会上一举成名天下知。俄罗斯一家石油公司想依靠这项技术可开关的功能解决稠油生产中的堵水问题;法国一家石油公司看中了它无级限分段和井下全通径的优点;中国石化总部想要在系统内部全面推广这项技术……

不仅仅是压裂工艺技术体系。“井下全通径无级滑套系统”还可用于油气井开发过程中的生产管理，在堵水、调剖和产能测试等方面具有广阔的应用前景，让压裂从工程技术走向了管理艺术。这套技术只是一个平台，只是第一步。它改变了石油人的思维方式、工作方式，能带给石油开采工业一系列的变革。