◎科技日報記者 梁 樂 朱 彤
盛夏的新疆準噶爾盆地，熱浪滾滾。在位於其東緣的中國石油新疆油田公司吉慶油田作業區（以下簡稱「吉慶油田」），一枚垂直向下挺進的鉆頭，在地下約4000公尺深處緊急「剎車」。
「就是這裏，找到頁巖油了！」作業區鉆井平台上爆發出一陣歡呼。
很快，鉆頭重新開機，來了個90度旋轉，沿著水平方向繼續前進。
「我們不僅實作了在地下幾千米深處垂直鉆探，還能使鉆頭在地下拐彎，進行水平鉆探，這大大提升了頁巖油的勘探率和成功率。」8月5日，在接受科技日報記者采訪時，中國石油新疆油田公司勘探事業部經理郭旭光自豪地說，經過十多年科研攻關，吉慶油田已初步構建起陸相頁巖油勘探開發綜合技術體系。
尋找甜點區
頁巖油，是指儲藏在頁巖中的石油資源。這種非常規原油很難開采，有人形象地稱其為「從石頭縫裏擠出的油」。此前，世界上只有美國才有能力開采頁巖油氣。
吉慶油田企業高級專家梁成鋼介紹，中國頁巖油以陸相為主，主要分布在新疆準噶爾盆地，相比北美海相頁巖油，其連續分布面積偏小、成熟度偏低、黏土含量偏高，開發難度極大。曾幾何時，有的外國專家甚至認為，在準噶爾盆地鉆探頁巖油井是「天方夜譚」。
「不信邪」的中國石油人迎難而上。2011年，新疆油田在吉木薩爾凹陷，部署了第一口直井——吉25井，並成功獲得頁巖油工業油流。經過專家勘探估算，這片區域的頁巖油儲量逾10億噸。當時，這一訊息震動了整個石油界。
次年，新疆油田在這片區域又部署了一口水平井——吉172-H井，第一年年產量就突破8000噸。
「發現高產油井後，我們以為也能像北美一樣，在凹陷內打井就能采出頁巖油。」梁成鋼回憶道，「然而，在部署了一批工業化試驗井後，卻發現事與願違。」
「井一口口打下去，但產油量卻差距很大。」新疆油田公司勘探開發研究院非常規研究所工程師何吉祥說，有的井日產量突破百噸，有的井日產量只有個位數。
由於未達到穩定高產的標準，後續鉆井作業被迫按下「暫停鍵」。
何吉祥告訴記者，在國外，把含油性好、開采價值大的頁巖油有利部位稱為「甜點區」。由於我們沒有找準自己的「甜點區」，才使得開采效果遠未達到預期。
從頭再來，追根溯源。在一間存放著上萬塊巖心樣品的倉柯瑞，科研團隊利用放大鏡、顯微鏡，在樣品的奈米、微米級的孔隙和裂縫中，尋找「甜點區」的蛛絲馬跡。
「那兩年大家都憋著一口氣，在不斷的自我懷疑和否定中奮力前行。」何吉祥說。最終，團隊刻畫出陸相頁巖油的地層特征，找到了「甜點區」的分布規律。
與此同時，該團隊成功開發出一種基於多個參數的定量「甜點」評估技術。這一突破也填補了中國陸相頁巖油油藏理論空白。
提升鉆遇率
陸相頁巖油勘探難，難在儲油層之深，更難在「甜點區」之薄。
在吉慶油田作業區，儲油地層平均深度達3800公尺。深藏其中的「甜點區」如同波浪般起伏分布，平均厚度僅有1.5公尺。這無疑給勘探工作帶來巨大挑戰。
「勘探鉆頭剛打到‘甜點區’內部，不出幾十米又鉆了出去，就像開車行駛在沒有路燈的鄉間小道，一不小心就會開出路面。」吉慶油田地質研究中心二級工程師嶽紅星介紹，業內將鉆頭找到油層的機率稱為鉆遇率。四年之前，國內這個指標一直停留在50%以內，這意味著巖層中布設的管道有一半采不出油來。
2020年，吉慶油田獲批建設第一個國家級頁巖油示範區。要實作商業化規模開采，提升鉆遇率至關重要。
吉慶油田頁巖型別為混積巖，組分含量十分復雜，很難找到規律性，因此需要更加精細的巖相分析。「國際上有一種方法，在鉆頭上攜帶裝置實分時析巖相，但成本太高。」嶽紅星說，為解決這一難題，大家每天都會進行「頭腦風暴」，有時甚至討論到淩晨。
有人提出，用碳酸鹽含量來判定儲油層位置。這在業內並無先例，好在這種方法成本很低，他們決定嘗試一把。
科研人員對采集於「甜點區」內外的巖屑進行了大量的分析比對。結果發現：碳酸鹽礦物含量存在明顯差異，並與頁巖含油量呈現負相關。
「我們在鉆井現場加了一道巖相分析，隨時對采集上來的巖屑進行礦物分析。如果碳酸鹽含量過高，我們就調整鉆頭角度，直到碳酸鹽含量回到正常水平。」梁成鋼告訴記者，這種方法將鉆遇率提升至80%以上。
基於全新的巖相礦物含量分方法，以及不斷改進的其他導向手段，吉慶油田形成一套頁巖油勘探開發的「黃金靶體」理論和技術體系。「‘黃金靶體’就是讓鉆頭始終平穩穿行於‘甜點區’，將鉆遇率提升至90%以上，達到國際先進水平。」梁成鋼說。
取代磕頭機
對於常規油田來說，只需一口直井打下去，原油就可以借助地層壓力自動流出地表。而頁巖油的開采則需要直井和水平井精妙配合，猶如在地層中「撐開一把傘」，透過壓裂的方法，為隱藏在巖石細密孔隙裏的原油，構建四通八達的「路網」。
2013年，吉慶油田引入了國外壓裂技術，但該技術很快就「水土不服」。
「地下4000公尺左右的地層，處於高溫高壓的極限狀態。這導致鉆頭和供電管路損耗率極高，嚴重拖慢施工進度。」梁成鋼說，加之壓裂材料價格昂貴，使得開采成本直線上升。
面對施工難題，吉慶油田開始探索水平井體積壓裂技術。該技術的獨特之處在於「高密度切割+高強度改造+低成本材料」。
「采用該技術後，吉慶油田不到50天，就完成了58號平台8口井的壓裂作業。而在此前，壓一口井就需要50至60天。」梁成鋼介紹。
記者在58號平台看到，「藏」在貨櫃式小房間裏的無桿泵，取代了傳統的「磕頭機」，將數千米之下的頁巖油源源不斷地輸送至地面。
「依托物聯網技術，無桿泵采油平台的溫度、壓力、計量等參數，會自動傳輸到中控室，實作了無人巡檢。」吉慶油田工藝研究中心助理工程師曹鵬禹對記者說。
此前，由於地下環境惡劣，每隔70多天，傳統無桿泵就要進行一次檢修，更換一次核心部件。「經過不斷的技術改造，目前無桿泵整體檢修周期可延長到400多天。」曹鵬禹說，「無桿泵身材小巧，還可減少80%的地面管網。」
今年，吉慶油田將完成100口頁巖油鉆井，新建產能60萬噸以上。這意味著，平均三天多，就能鉆出一口井。
黨的二十屆三中全會提出，推動技術革命性突破、生產要素創新性配置、產業深度轉型升級。新疆油田公司黨委委員、副總經理吳寶成表示：「我們將深入貫徹落實全會精神，紮實推動科技創新和產業創新深度融合，加快推進頁巖油氣開發邁向主流化、常規化，為增強國家能源安全和自給能力作出新的貢獻！」
