國際形勢風(fēng)云變幻，能源安全重要性愈發(fā)凸顯。非常規(guī)油氣、復(fù)雜油氣的順利開采也就變得尤為重要，但兩類油氣用常規(guī)方法開采很難出油，必須借助各種“利器”——精密設(shè)計(jì)的石油裝備，才能讓“液體黃金”從復(fù)雜地層的微小裂縫中噴涌而出。

在長江大學(xué)，有這么一群人，幾十年來接續(xù)傳承，堅(jiān)守石油裝備研發(fā)，與地下復(fù)雜環(huán)境“打擂臺”“扳手腕”，在反復(fù)較量中，不斷助力非常規(guī)油氣、復(fù)雜油氣的開發(fā)。

降服頁巖油的“綠色雷霆”

在江蘇油田花頁4平臺，SYL8000型電驅(qū)壓裂裝備正在平穩(wěn)地進(jìn)行頁巖油壓裂施工，現(xiàn)場沒有柴油機(jī)的轟鳴聲，也沒有刺鼻的氣味，一改傳統(tǒng)壓裂作業(yè)的嘈雜與污染。這臺由長江大學(xué)李美求教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合中石化四機(jī)石油機(jī)械有限公司共同研制的壓裂裝置，最大功率8000馬力，1臺設(shè)備的作業(yè)效能可頂替常規(guī)柴驅(qū)2500型壓裂車3臺，大幅提升頁巖油壓裂作業(yè)效率。

頁巖油作為一種非常規(guī)油氣，被牢牢地“鎖”在地面千米以下像磨刀石一樣致密的頁巖層里。復(fù)雜的地質(zhì)條件、極低的滲透率，讓傳統(tǒng)打井方式“力不從心”。針對生產(chǎn)中的難題，SYL8000型電驅(qū)壓裂裝備應(yīng)運(yùn)而生。該設(shè)備不僅實(shí)現(xiàn)6000伏大功率電機(jī)和變頻控制系統(tǒng)的國產(chǎn)化應(yīng)用，更成為國內(nèi)首臺套功率最大的電驅(qū)壓裂裝置，填補(bǔ)了行業(yè)技術(shù)空白。

“設(shè)備功率密度較國際先進(jìn)水平提升19%，與柴油驅(qū)動設(shè)備相比，井場作業(yè)裝備、占地面積減少67%以上，施工噪聲下降22%?！崩蠲狼蠼榻B道。相關(guān)技術(shù)先后在重慶涪陵區(qū)、黑龍江大慶市、四川威遠(yuǎn)縣等地區(qū)推廣，產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益約40億元，并獲評湖北省科技進(jìn)步獎一、二等獎。

穿梭萬米井下的“靈活手臂”

在重慶涪陵頁巖氣田，一根根纖細(xì)的連續(xù)管，深入到地下數(shù)千米的頁巖層，精準(zhǔn)完成鉆井、射孔、鉆塞等一系列復(fù)雜作業(yè)，讓深埋在地下的頁巖氣源源不斷地被開采出來，同時創(chuàng)下連續(xù)管單井鉆塞34支、一趟鉆鉆塞34支、最長作業(yè)3065米的作業(yè)紀(jì)錄。

這根屢創(chuàng)佳績的鋼鐵軟管，常被譽(yù)為萬米井下的“靈活手臂”，是復(fù)雜油氣藏開發(fā)、老油田挖潛增效的關(guān)鍵技術(shù)裝備，也是長江大學(xué)馬衛(wèi)國教授團(tuán)隊(duì)深耕行業(yè)20年的科研成果。連續(xù)管應(yīng)用范圍廣泛，幾乎涵蓋油氣井完井、測井、增注、老井增產(chǎn)等20多種作業(yè)項(xiàng)目。

20年前，我國連續(xù)管技術(shù)尚處于空白狀態(tài)，核心裝備完全依賴進(jìn)口。馬衛(wèi)國教授團(tuán)隊(duì)率先踏上自主研發(fā)的征程，成為國內(nèi)該領(lǐng)域自主創(chuàng)新的先行者，并逐步從常規(guī)水平井向超長水平井邁進(jìn)。

水平段長度超3000米的井常被稱作超長水平井，往往面臨著井眼軌跡控制難、巖屑易堆積卡鉆、管柱摩阻扭矩大等一系列工程難題，成為國內(nèi)頁巖氣開發(fā)的瓶頸。從2000米到3000米及以上，這是油氣開發(fā)技術(shù)的一次重大突破。

為了啃下這塊“硬骨頭”，團(tuán)隊(duì)錨定行業(yè)痛點(diǎn)，歷時10年潛心攻關(guān)，反復(fù)進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)，在井架旁、操作臺前不斷優(yōu)化技術(shù)方案，最終成功研發(fā)出超長水平段水平井鉆完井延伸新技術(shù)、新工具、新軟件，構(gòu)建起適配我國頁巖氣開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)體系。

目前，相關(guān)技術(shù)在四川長寧-威遠(yuǎn)國家級頁巖氣產(chǎn)業(yè)示范區(qū)、重慶涪陵國家級頁巖氣示范區(qū)、鄂西頁巖氣勘探開發(fā)示范區(qū)等成功應(yīng)用1600余井次，新增產(chǎn)值10億元左右。

挺進(jìn)地下的“蛟龍”

如果說地表的壓裂裝備是降服非常規(guī)油氣的“雷霆戰(zhàn)錘”，那么深入地層深處的井下工具，則是引導(dǎo)鉆頭精準(zhǔn)突破、保障通道安全和暢通的“深海蛟龍”。

依托湖北省油氣鉆完井工具工程技術(shù)研究中心，長江大學(xué)幾代人接力攻關(guān)，聚焦井下鉆進(jìn)速度與效率，致力于為“地下珠峰”的攀登者打造最鋒利的“登山杖”。從渦輪鉆具到螺桿鉆具，再到水力振蕩器，一系列擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的井下提速提效工具，在深層鉆探動力、復(fù)雜軌跡控制、降摩減阻等領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展。

近年來，隨著我國頁巖氣開發(fā)進(jìn)入“深水區(qū)”，長水平段帶來的摩阻問題成為制約開采效率提升的“攔路虎”。針對這一行業(yè)痛點(diǎn)，長江大學(xué)夏成宇教授團(tuán)隊(duì)潛心研制的新型水力振蕩器和內(nèi)置沖擊器，猶如為地下蜿蜒的鉆柱注入了“活力因子”。其巧妙利用鉆井液的水力動能，將靜摩擦轉(zhuǎn)化為動摩擦，同時為鉆頭提供沖擊力，有效破解了長水平段鉆柱“粘卡”和機(jī)械鉆速慢等難題，在多個頁巖氣區(qū)塊的現(xiàn)場應(yīng)用中表現(xiàn)優(yōu)異，為頁巖氣的效益化開發(fā)打通了“腸梗阻”。

面對國家深地戰(zhàn)略萬米深井的鉆探需求，長江大學(xué)劉先明教授團(tuán)隊(duì)向地下高溫高壓的極限環(huán)境發(fā)起挑戰(zhàn)。他們研制的系列渦輪鉆具，以耐高溫、長壽命、適配PDC（聚晶金剛石復(fù)合片）鉆頭的獨(dú)特優(yōu)勢，成為攻克超深層巖石的“尖兵利器”。

（中國教育報(bào)-中國教育新聞網(wǎng) 記者 程墨 通訊員 李勝杰）