史话 | ”完井防砂”技术被国外垄断十年，中国是如何打破的？

  能源杂志 2016-02-29 19:07

经过近三十年的摸索，以及最近十年的技术攻关，中海油成功突破了一趟多层充填防砂极其复杂的结构设计，建立起了具有自主知识产权的覆盖套管井和裸眼井的自主化防砂工具技术体系。
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口述 | 杨立平（中国海油海油发展工程技术公司总经理）
文 | 本刊记者 徐沛宇

目前，中国国内海上油气年产量的60%来自渤海油田。而渤海95%以上的油气井都需要高效防砂，才能稳产高产。在石油行业，渤海湾由于多为疏松砂岩的储层，地层出砂严重，其地质结构被形容为“摔碎了的盘子，又被踏上了几脚”。
井下防砂工具素有“油井之肾”之称，它要准确安装在几千米深的井下，实现有选择性防砂，既能牢牢将地层比头发丝粗细的砂粒防住，也能让其放行，确保原油顺畅流出，并且不影响油井产能。
而在过去，国内海上油气开发的完井防砂一直被国外技术垄断。高昂的工具价格和服务费用使油田完井成本长期居高不下，至少6个月以上的供货周期还让油田开发进度明显滞后，而且“洋工具”固有的水土不服导致防砂事故时有发生，严重制约了我国海洋石油开发自主化进程。
经过近三十年的摸索，以及最近十年的坚持攻关，我们终于成功突破了一趟多层充填防砂极其复杂的结构设计，建立起了具有自主知识产权的覆盖套管井和裸眼井的自主化防砂工具技术体系。
从2013年开始，中海油完井防砂技术在海上油田大面积推广应用，自主化防砂工具逐步替代进口工具，防砂成本一举降低了40%，供货周期从半年缩短到1个月，迫使国外工具降价30%以上。2014年，在曹妃甸油田18口防砂井和垦利10-1油田110口防砂井器材及服务招投标中，中国海油发展工程技术公司击败贝克休斯、哈里伯顿、斯伦贝谢三大国际油服巨头，拿下全部合同。
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国外垄断的十年
1989年，我从中国石油大学石油开发系钻井工程专业毕业，正赶上渤海油田开发开放时期。当时国内海上原油年产量仅100多万吨，是现在的五十分之一，工作量不是很多。我大学毕业被分配到采油公司后，就和一批大学生到胜利油田和大港油田分别实习了半年。
在胜利油田，我见识了陆地油田简易的完井防砂，就是将预砂管直接下到油井里面，每隔三个月取出来换一次，虽然成本低廉，但是防砂效果不太理想。如果把钻井比作盖房子，那么完井就是内部装修，防砂是大部分油气田完井的主要工作，陆地油田的完井防砂类似于“粗装修”。受条件所限，海上油田的完井防砂都是永久性防砂，必须做到“精装修”。
1989年到1999年，我作为现场负责人在渤海油田干了十年的完井防砂，这十年是国外先进的防砂技术垄断渤海油田的十年，也是中海油引进、消化、吸收防砂技术的十年。

早期的锦州20-2凝析气田、绥中36-1油田的防砂作业都是一趟一层充填防砂，每完成一口井的防砂作业，起下钻要好几十趟，费时费力。
1997年，优快钻井技术在渤海湾大面积推广，锦州9-3油田W区连续钻井46口，与同区块1995年的钻井作业相比，平均机械钻速提高3.6倍，平均建井周期由37天缩短到7.79天。钻井优快倒逼完井提速，一直在渤海油田进行防砂作业的美国贝克休斯公司决定，要在锦州9-3进行中国首次One-Trip（一趟多层防砂完井，俗称糖葫芦）试验。
全球第一口一趟多层完井防砂井，是贝克休斯公司1983年在美国加利福利亚的Beta油田实施的，但是当时的技术与现在不同，几经改进，优化到比较先进的水平。贝克休斯担心One-Trip在渤海湾出现砂卡，几千米的井下，一把砂子就能把防砂管柱牢牢卡住，一旦砂卡，整口井很有可能作废，2000万元的钻井投资化为乌有。为此，贝克休斯把美国休斯顿总部的完井防砂设计团队全部转移到渤海湾。
防砂工具——那些黑色的大管子如此金贵，乘坐飞机从美国来到中国。第一口井一趟两层，第二口井一趟三层，均取得成功，但在某口井砂卡还是发生了，好在前后花了一个半月，动用了连续油管和水力切割打捞，总算解卡。
1998年开始，一趟多层（最多到五层）充填完井防砂技术在渤海湾大面积铺开。
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中国“工具手”替换“老外”
2000年，中海油股份有限公司改制上市，我从甲方的完井防砂总监改为乙方实业公司的“一把手”，带领386人监督队伍代表甲方。作为中海油唯一的一支监督监理力量，面对海上100多个承包商，为油公司提供钻完井监督技术服务，这就要求大家必须专业精、会协调、英语棒。
管理体制变化，从花钱变成挣钱，我看问题的视角必须要变得不同。我当时经常思考，这个工具可以重复利用，外国人一天的人员费就是800美金，整个平台一站就是十来个外国人，为什么需要这么多“老外”？为什么必须用“老外”？我们新招聘的大学生怎么就不行？完井防砂技术中国引进了，就必须消化、吸收。
于是，我们新创造了一批岗位，被人称为Tool Hand（工具手），打算完成一场史无前例的“人员置换”。一批中国“工具手”走上平台，给外国人打下手，外国人摆摆手：NO！NO！NO！我当时就急了：凭什么不要，必须用，大学生工作热情高，穿上工服就想干活。外方说：完井防砂英文专业很强，大学生现场对话反应不过来。
于是，我们及时推出了“双赢”的机制：一个“工具手”，替换掉一个老外，一天给200元人民币！一个中国“工具手”一天的人员费300美金，这样就能为甲方节约500美金，何乐而不为？
15年前那个时候，钻井总监的工资一天还不到100元，对于海油第一批没有住房补贴的社聘制大学生来说，一天收入200元，简直是天文数字。中国“工具手”专业技能迅速掌握，英语水平很快提高，范白涛、司念亭等10多位大学生成长起来，两年之内全面替代了外国人。
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国产化的艰难突破
防砂人员虽然完成了替换，但核心防砂技术依然掌握在外国人手里，不过，我们看到了防砂工具国产化曲折道路中的光明。
那是1998年，贝克休斯的一趟多层防砂技术刚刚推广，现场中方技术人员在心里嘀咕：这东西真有那么难吗？没想到很快出现一场“工具风波”，让中方人员对外国工具肃然起敬。
那一次在绥中36-1油田作业，有一个防砂工具从井里捞了几次没有上来，中外技术人员现场分析，找各种原因，以为射孔作业把防砂工具给掩埋了，就下相关工具打捞，一次次扑空，最后下小尺寸卡瓦打捞筒，总算捞了上来。我当时作为现场总监，就把外方负责人、在贝克休斯公司干了几十年的印度人姆鲁训了一顿。姆鲁不吭声，表示接受批评。
但是过了两个小时，姆鲁直奔总监室对我说，Mr.Yang，请跟我到甲板去！姆鲁指着打捞上来的工具说，这不是他们制造的，他们的每个工具都打有钢号，而这个却没有。姆鲁随手拿来一个螺母对着工具一敲，工具表面留下一个浅坑，姆鲁使劲敲了敲他们的工具，没留下任何可见痕迹。
事后调查了解到，这个工具是中方一个老专家在陆地研制的。他说，这么个小东西，这么贵，有啥了不起？就“一模一样”仿造了一个，试验没问题就放到了外方工具库里。
大家分析，中国第一个防砂工具问题出在两个方面：一个是英制转成公制，让工具的尺寸有所缩小；另一个是我们的工具材质软，打捞了几次就抓不住，掉到了井筒里。这次“风波”让大家对外国工具肃然起敬，这样的工具眼下中国还造不了。
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跻身世界主流技术
防砂难度极大的渤海湾，国产化防砂工具遭遇“滑铁卢”，但是实践出真知，国产化防砂理论却逐渐跻身世界前列。
在绥中36-1油田J区实施大规模防砂后，油田投产，但产量一直低于ODP报告预期，过了两三年，进行酸化处理，效果依然不明显，大家分析认为，这是防砂过度，原油和砂粒都给防住了，影响了原油产量。
当时的完井防砂技术攻关项目组负责人是现任海油发展工程技术工具公司副经理的陈胜宏。他那时把渤海油田所有的防砂井进行全面统计，透过防砂“大数据”表面现象，探索发现防砂技术的规律，指出防砂工具尺寸的选择，防砂工艺技术的参数选择，是一个整体的系统工程，尤其到油田开发中后期，需要进行精细化防砂。这些前期研究，为2006年中国海洋石油总公司副总经理周守为院士从油藏角度在全球首次提出“适度防砂”这一科学概念，奠定了理论基础。
“适度防砂”，要求允许一些细小的砂粒伴随原油返到井口，但是大的砂粒不能出来。“适度”到什么程度，必须结合油藏实际，进行科学计算，既不影响ODP报告产量，又不影响完井防砂作业。这一理论，很快成为中国海油完井防砂的主流技术，并在全球业界得到积极响应。
2004年，在探索“适度防砂”理论的同时，海油发展工程技术工具公司总工程师左凯率领“8个子弟兵”研究团队向国产化防砂工具发起时间持久、信念毫不动摇的冲击。有的甲方领导担心海上出问题不好收拾，反对防砂工具搞“国产化”，拍着桌子对我说：“外国的技术就是好，我们就用外国的。”
我平心静气地回应说：“我们从1982年搞海洋石油开发，一直是拿来主义，是在引进、消化、吸收，那么20年后的今天，我们总得扔掉洋拐棍，进行自主创新，有我们自有化的工具技术了吧。”
当时，中国海洋石油总公司副总工程师姜伟和中海油研究总院大力支持我的观点，认为海油应该有“海油化”的核心技术。6年前“工具风波”的阴影虽然还在心头挥之不去，而我对推进防砂工具“国产化”仍有坚定的信心。那个时候，国内的彩电、冰箱、汽车等行业出现了大量“中国造”，而其打进了国际市场，民族工业加工制造能力和水平确实跟了上来，我觉得防砂工具“国产化”的时机已经成熟。

不出所料，2006年5月，左凯科研团队先从简单的防砂工具做起，与国内测绘加工制造能力一流的军工企业合作，稳步推出具有自主知识产权的产品。短短5个月过后，他们就向顶部封隔器和坐封工具研制发起冲击，2007年10月，完成了第一套自主化防砂工具试制，2007年11月起，开始向剩余规格防砂工具系列“国产化”迈进。
这个时期，外方发现左凯登上平台，第一反应就是抱起防砂工具藏到房间去，他们说，只要左凯看一眼，就能琢磨设计出比他们的工具还要好的工具。一时间，平台上的外国人中间流传一句“经典”的话——“防火防盗防左凯”。
我当时十分惊喜，年轻一代科研人员气势如虹，不仅把永久放到井下外层防砂器材“国产化”，而且把包括中层和内层在内所有的防砂工具全部实现了“国产化”。
2009年12月，自主化防砂工具在陆地试验井试验成功。2012年12月，“海油化”防砂工具在辽河油田海南15-3井通过现场试验。2013年1月，“国产化”防砂工具技术在渤中28-2油田S-A53H井一举成功。2013年7月6日，左凯科研团队编撰的《STC防砂工具手册》由出版社公开发行。
近十年来，科研人员绘制了上千张图纸，研制了近百种工具，让3层管柱由内到外精确配合，使防砂工具一趟五层充填多达45次，在地下几千米以外实现了误差为毫米级的精准定位。同时，80多道密封模块让管柱不同层间实现封隔，8个流体通道精确切换导通，最小防砂层间距可达4米，远低于进口工具的10米，使更多薄油层的分层开发成为可能。自主化防砂工具技术体系获得了25项国家专利。
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走向海外
一项创新的技术应用于海上油田绝非易事。海上打一口井动辄一两千万元，失败不起。所以一个根深蒂固的观念是，“海上油田不是试验田”，必须在陆地油田推广应用成熟了才能出海作业。
海油发展工程技术工具公司经理张文虽然是一员女将，但是在“国产化”完井防砂工具“海油化”的过程中，立下了汗马功劳，留下了许多动人故事。张文带着防砂工具一次次赶到辽河油田、胜利油田推销完井防砂技术，坚信一定能做成。在寒冷的冬季，张文站在零下几十度的辽河油田钻井平台上，盯着工具下井作业，眼眉都挂满了白霜。
2013年，“国产化”防砂工具进行了100多次车间密封性试验，4次井下功能试验。同年，“国产化”防砂工具开始在海上油田大范围应用。绥中36-1油田M区9口井，作业类型几乎清一色的一趟五层砾石充填防砂，难度高，风险大，其中M7井防砂段总跨度357.4米，相当于3个海油石油大厦的高度。此次作业的成功，标志着中海油已经具备了高难度井防砂作业能力。
另一个具有里程碑意义是，在秦皇岛32-6油田34口井的防砂作业中，“中国军团”在8个作业点同时展开作业，令外方异常惊讶，这标志着中海油完全达到了高强度、高速度防砂作业水准。
“中国军团”的凌厉攻势，倒逼外国公司防砂作业主动降价30%以上。截至2015年11月底，“海油化”工具累计实施214井次防砂作业，快速响应了一线需求，保障了油田按时投产、增产和稳产。同时，一支100多人的高水平防砂技术专业化队伍形成，带动了中国海油内部和外部技术研发、加工制造企业的发展，为中海油创造了一个新的产业。
目前，中海油完井防砂技术现已经打入印尼油田，这项技术来自于海外，如今走向海外，加快了中国自主化海洋石油技术“走出去”的步伐。
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