壓裂酸化團隊成員在實驗室研討技術難題。
◎名片
西南石油大學壓裂酸化教學科研團隊(以下簡稱「壓裂酸化團隊」)致力於油氣增產技術人才培養和科學研究工作。團隊牽頭創建了國內第一個油氣藏酸化實驗室,參與了中國各大油氣田的壓裂酸化技術攻關,自「十二五」以來,獲國家科技獎6項、省部級獎20項,出版專著9部,發表論文1500餘篇,發明專利150餘件,形成創新技術50餘項,轉化應用創新產值達2000億元,為中國壓裂酸化理論和技術發展作出了重要貢獻。
◎探訪
把數千米以下的石油和天然氣從緻密的巖石中快速高效地開採出來,是充滿挑戰的難題。
西南石油大學有一個科研團隊專門解決這個難題——在地下修建油氣流動的「高速公路」,專業詞彙叫「壓裂酸化工程技術」,是快速提高油氣產量的核心技術。
中國85%、全球約96%的油氣資源開發都需要這項技術,在油氣開採領域,這項技術相當於足球場上的臨門一腳,不可或缺!
經過60年發展,西南石油大學石油與天然氣工程學院的壓裂酸化教學科研團隊,逐漸建立起國內最重要、最系統化的壓裂酸化技術創新基地,發展成為中國油氣增儲上產研究及人才培養領域的主力軍。在業內大名鼎鼎,在公眾眼裡還很陌生,壓裂酸化團隊到底有多牛?
近日,記者走進西南石油大學一探究竟。
創新引領壓裂酸化技術,填補國內技術空白
2017年1月,國家科學技術獎勵大會上,西南石油大學榮獲兩項國家技術發明獎。其中,由校長趙金洲教授領銜的團隊「深層超深層油氣藏壓裂酸化高效改造技術及應用」項目獲國家技術發明二等獎。
榮譽面前,壓裂酸化團隊很低調,從「油氣田大型酸化壓裂工藝技術」獲1978年全國科學技術大會獎以來,他們拿獎已拿到手軟。
團隊不僅自身優秀,還持續培養優秀壓裂酸化專業人才。團隊在1985年受石油部委託舉辦了第一期全國性壓裂酸化培訓班,目前已培養或培訓了全國70%以上壓裂酸化技術骨幹,成為我國壓裂酸化技術人才培養重要基地,業內稱為壓裂酸化「黃埔軍校」。
1959年,任書泉老師率先在四川石油學院(西南石油大學的前身)開展壓裂酸化理論和技術研究,掀開了國內酸化研究的新篇章。1978年,國內首個酸化實驗室在該校建立,任書泉成為該領域的奠基人。他潛心教學科研、矢志報效祖國的精神深深影響了身邊的青年教師,以趙金洲、趙立強等為代表的青年教師陸續加入,酸化、壓裂研究團隊雛形顯現。
1977年,我國開始大量從國外引進壓裂酸化施工急需的壓裂車組,但當時國內技術水平落後,會操作壓裂車的技術人員極少。無奈之下,趙金洲等團隊成員逐句翻譯壓裂車操作手冊。也就在那時,他們下定決心,一定要把壓裂技術的空白填上。但壓裂酸化是涉及多學科的綜合複雜技術,僅依靠買回來的硬體(壓裂車)是不夠的,還需要軟體系統。
1983年起,團隊開始研發壓裂酸化軟體體系,在國內首次系統建立了考慮多種因素變化的壓裂二維和三維理論模型,開發出我國第一代二維、三維壓裂設計軟體和酸化設計軟體,引領我國與國外幾乎同步從壓裂二維跨入三維時代。此後,陸續研製了水平井壓裂酸化軟體等多項專用軟體,保證了我國壓裂酸化技術的成功應用。
到上世紀90年代,以趙金洲、趙立強為骨幹的第二代創新研究團隊發展壯大。他們聚焦油氣增儲上產難點,發揮團隊科研技術優勢,攻克了一批關鍵技術難題,逐步縮小與國外差距。進入新世紀以來,楊兆中、胡永全、劉平禮、李勇明、李小剛、李年銀、羅志鋒和任嵐等教授的新鮮血液注入,團隊進一步壯大為國內領先創新研究團隊。
他們繼續堅持創新發展,以國家重點學科、重點實驗室和工程實驗室壓裂酸化分室等省部級重點實驗室為平臺,承擔了一大批國家級項目及三大石油公司課題,在深層超深層、緻密超緻密、高壓超高壓及縫洞型油氣藏、頁巖和煤層氣藏等壓裂酸化領域,取得了系列重大創新引領成果。
火山口上幹「革命」,啃下高含硫氣田開發技術「硬骨頭」
2007年,位於四川宣漢的普光氣田開發拉開帷幕。這類高含硫氣田開發歷來被看作是「勇敢者的遊戲」,開發中不可缺少的壓裂酸化技術,全球沒有成功先例。
在這特殊關頭,西南石油大學壓裂酸化團隊接受了普光氣田增產的重大攻關課題。「原計劃打井80口要減少到50口,且每口井的產氣量要從30萬方/天提升到80萬方/天,一口井增加的天然氣產量可滿足20萬戶人家生活所需。」
趙金洲把這段沒有退路的時光稱為「火山口上的革命」。
團隊成員夜以繼日攻關,攻克了高壓安全注入酸液、高溫下酸液對管柱的腐蝕、硫沉積和酸液在地下流動無法控制等關鍵技術難題,形成了智能酸壓技術。成果的實施,硬生生地在溫度達150多攝氏度、5000多米深的地下開闢出了天然氣流動「高速公路」,成功率和有效率均達100%,單井產量提高2.7倍,建成百億方年產能力,保障了國家「川氣東送」重點工程順利實施,惠及長江經濟帶70多個大中型城市、上千家企業、2億多居民。該成果促進我國成為少數幾個掌握開發大型高含硫氣田核心技術的國家,由於這一突出貢獻,西南石油大學壓裂酸化教學科研團隊2012年獲得國家科學技術進步獎特等獎。
能啃「硬骨頭」,這是團隊的真實寫照。如今,全國所有壓裂酸化攻關的油氣田,首選他們作為技術指導和支撐。
我國的頁巖氣和煤層氣資源在全球名列前茅,四川省頁巖氣資源量全國第一,但將地下的頁巖氣、煤層氣資源快速開採出來,難度巨大。主要原因是天然氣在地下流動的通道過於狹小,相當於要從僅有頭髮絲600分之一大小的巖石孔隙中開採天然氣。
在頁巖和煤層中修建「高速路網」的關鍵技術是水力壓裂。壓裂酸化團隊瞄準頁巖氣、煤層氣地下「高速路網」的建造,進行了近20年的持續攻關。不僅擁有「路網」結構設計方面50多項發明專利,還研發出具有世界先進水平的壓裂液、支撐劑等「築路」材料,創建了根據地面數據診斷地下「路網」建造行為的「千裡眼」方法。這些成果在四川盆地和全國頁巖氣、煤層氣開發中得到廣泛應用,尤其為四川盆地天然氣清潔能源產業發展提供了有力支撐。
◎對話
西南石油大學校長、博士生導師趙金洲教授:
為祖國加油
為民族爭氣貢獻科技力量
記者:怎樣看待團隊工作的意義?
趙金洲:當前國內一次性能源消費中,石油僅佔18.8%,天然氣佔7.2%,中國能源消費尚處煤炭時代。而我國石油消費量的70%、天然氣消費量的46%依靠進口,油氣產量不但無法滿足國民經濟發展,影響人民生活,更對國家能源安全構成嚴重威脅。我們的職責,就是「為祖國加油,為民族爭氣」貢獻科技力量。
40年來,團隊不忘初心,聚焦油氣增儲上產難點,研發上百餘項技術,應用於國內幾乎所有陸上、海上油氣田,同時推廣應用到中東、中亞和南美等大型油氣田。
記者:團隊獲得這麼多成果靠的是什麼?
趙金洲:是傳承和創新。我們的前輩鍥而不捨、精益求精的科研精神一直感染著我們,一代代傳承下去。知難而進,敢於拼搏,這是石油人的精神,也是我們的堅持。從最初的酸化技術,到我後來主導研究的壓裂技術,團隊始終把創新放在第一位,緊密結合國家能源戰略需求,瞄準油氣科學和工程前沿,不斷引領我國壓裂酸化科學發展。
記者:團隊在油氣田開採現場工作辛苦又危險,就沒想過離開做點輕鬆的工作?
趙金洲:說實話,從業這麼多年,面對的各種誘惑確實很多,但我們團隊一直堅守在這裡。大家也許是太忙了,要解決的問題一個接一個,就是這麼踏踏實實地幹。搞科研最怕三心二意,我們就瞄準壓裂酸化技術難題,集中力量並堅持不懈、持之以恆地做下去,不斷取得突破和成就。(記者 江芸涵(圖片由西南石油大學提供)