海外高效开采彰显中国智慧

倪海龙

科学技术作为第一生产力，已成为当代经济发展的决定因素，并受到世界各国的广泛重视。一个国家的科技水平和公民的科技素养直接关系民族的强盛和社会的进步。2018年度国家科学技术奖励大会已于2019年新年伊始在北京人民大会堂隆重举行。这一年一度的科技盛宴，再次向国人、向世界展示了中国科学界的实力和水平，彰显出了国家和民族的创新能力和自信风采。中国石油化工股份有限公司石油工程技术研究院院长路保平正是本届大会获奖科学家中的一位。此次，他作為第一完成人的“高酸性活跃厚沥青层复杂碳酸盐岩油田钻完井技术及应用”项目，从众多出色的科研项目中脱颖而出，最终荣获国家科学技术进步奖二等奖。这份荣誉是对他和团队成员多年以来不懈付出的肯定，更是大家同心协力用执着、用智慧、用汗水浇灌出的科研成果。从国家领导人手中接过获奖证书的那一刻，路保平感慨万千……

树立合作典范 赢得多方赞誉

2004年，中国石化集团与某国签订了油田开发建设项目合作备忘录。2007年年底，双方正式签署了开发碳酸盐岩油田的合作协议。2008年年初，“高酸性活跃厚沥青层复杂碳酸盐岩油田钻完井技术及应用”项目正式拉开了帷幕。

众所周知，“一带一路”沿线分布多个大型碳酸盐岩油气田，是我国能源合作的重点领域，涉及国家能源安全战略。该项目涉及的油田是中国石化在海外首个自主设计、开发建设的千万吨级整装新油田，已探明石油储量约32亿桶，天然气储量约800亿立方米。预计每日的石油产量可达到30万桶。但该油田属于典型的高酸性复杂碳酸盐岩油藏，地质条件复杂，碳酸盐岩厚度达3000米，活跃沥青层厚度约130米，地层多腐蚀介质并存（H2S 0.67%，CO2 6.34%，地层水矿化度90000ppm），这就为其钻完井施工带来了诸多难题与挑战。

路保平和团队成员们，克服了生活饮食等诸多的不便，直面挑战迎难而上。通过产学研相结合的多学科联合攻关，最终在碳酸盐岩地层孔隙压力预测、活跃厚沥青层安全钻井等方面取得重大突破，形成了高酸性活跃厚沥青层复杂碳酸盐岩油田钻完井技术体系，保障了油田一期年产500万吨大型油田在合同周期内高水平、高速度、高质量的建成与投产。

与此同时，该项目的成功也促进了“一带一路”倡议的实施，为保障国家能源安全战略做出了突出贡献。尤其是“自主设计、自主开发、自主建设”的油田开发模式，更为国内石油工程服务板块集群走向海外、一体化协同作战起到了示范作用。油田一期高质量如期建成已成为“一带一路”沿线国家大型能源项目成功合作的典范，并得到了合作方的高度肯定。

此外，该项目中取得的一系列创新技术成果，更是赢得了国内专业人士的高度赞誉，这让路保平和团队成员颇感自豪。以苏义脑院士为主任、李根生院士为副主任的鉴定委员会对相关成果鉴定后表示：“针对油田高酸性、活跃厚沥青层、高温高压复杂碳酸盐岩地层钻完井难题，经过十年攻关，该项目创新形成了以碳酸盐岩孔隙压力预测、活跃沥青层安全钻井、高效钻头研制、高酸性环境井筒完整性、孔隙型碳酸盐岩储层长井段均匀改造为核心的钻完井井筒关键技术，全面支撑了油田的高效开发”“其中基于流体声速的碳酸盐岩地层孔隙压力预测方法、‘三剂一具沥青侵入控制技术为国际领先”。

这些具有国际领先水平的技术成果，是路保平及其团队累累硕果的集中体现。项目成果获授权发明专利15件，发表论文55篇，出版专著2部，获软件著作权2项。其中，“大型油田复杂地质条件钻完井关键技术及工业化应用”荣获中国石油化工集团公司2016年度科学技术进步奖一等奖，“中东富油气区复杂地层井筒关键技术及工业化应用”荣获中国石油和化学工业联合会2015年度科学技术进步奖一等奖。

敢于直面挑战用“新”成就科研

“不经一番寒彻骨，怎得梅花扑鼻香”，压力往往也是最好的动力。纵观古今，正是由于困境与难题的存在，才激发出人类更大的潜能，催生出新思路、新技术。该油田复杂的地质条件，决定了想要实现其顺利开发和长效生产，就必须因地制宜地研制出新理论、新技术、新工具。

毋庸置疑，地层孔隙压力是钻井工程设计和施工需要依据的重要参数，准确预测地层孔隙压力是确保钻井井控安全、确定合理钻井液密度、设计井身结构和保证井壁稳定的基础。而碳酸盐岩地层具有非均质性强、孔洞及裂缝发育等特点，这就使传统孔隙压力的求取方法不再适用。

为此，路保平他们创新建立了基于流体声速的碳酸盐岩孔隙压力预测方法。他们基于弹性力学、流体力学理论与实验研究，发现了流体声速-弹性模量-流体压力间的响应特征，揭示了流体声速随流体压力的变化规律，提出了流体声速可以反映地层孔隙压力的新认识，奠定了碳酸盐岩地层孔隙压力预测的理论基础，为应用地球物理声波速度预测碳酸盐岩地层孔隙压力指明了方向。正是在新理论的指导下，路保平他们最终建立了地层孔隙压力与流体声速响应模型，形成了碳酸盐岩地层孔隙压力预测方法，并开发了计算软件，在实际应用中取得了良好的效果。该方法在碳酸盐岩地层孔隙压力的预测精度达95%，而常规方法预测精度只有63%，这使得井身结构得以进一步优化，套管层次减少一层，累计节约套管25300米。

与此同时，该油田还存在活跃厚沥青层沥青侵入严重、溢漏并存的问题，这就导致常规提高密度压井无法控制侵入，使得钻井及井控风险增大，从而给钻井施工带来严重影响。路保平他们针对这一难题集思广益，最终攻克了控制沥青侵入的世界级难题，创新形成了活跃厚沥青层安全钻井技术。

他们首先构建了可视化井筒-地层耦合流动实验室，以3D技术打印真实的裂缝空间形态，可视化模拟了井筒-有限圈闭沥青层之间的流体耦合流动特征，揭示了沥青侵入机理为钻井液与沥青密度差所致的重力置换，创建了“沥青侵入量与沥青层厚度、通道尺度、钻井液-沥青密度差正相关”的数学模型。此外，他们提出了降低工作液与沥青的密度差、封堵置换通道，不依靠提高密度压井的“以堵代压”控制沥青侵入思路，拓展了井控理论；创新建立了封堵井筒-沥青层通道控制沥青侵入的新方法；研发了氧化固化剂、自交联固化剂、降粘附剂和随钻封隔工具，即“三剂一具”这一关键技术载体，从而可实现安全弃井。在此基础上，路保平他们还研发出“化学封堵+物理阻隔+控压钻井”活跃厚沥青层安全钻井新工艺，实现了复杂沥青层安全高效钻井，并取得复杂时效降低81%，成井率100%的优异成果。