技术攻关引领元坝气田高效开发

□ 袁 鹏

2021年7月，元坝气田8200米最深井完钻，刷新元坝气田井深纪录。唐茂华 摄

初冬的元坝，青山葱葱、绿水环绕、薄雾缥缈，世界首个埋深超7000米的高含硫生物礁大气田—元坝气田坐落其中。

元坝气田是迄今世界上埋藏最深、地质情况最复杂的海相酸性气田，气藏具有超深、高温、高压、高含硫化氢等特点，是开发风险极大、建设难度极大的含硫大气田。要开发这样的大气田，被看作是“勇敢者的游戏”。

2010年以来，西南石油局依托国家和集团公司科研课题开展系统关键技术攻关，创新运用国际领先的超深层小礁体精细刻画技术和超深水平井优快钻井与储层深度改造技术，攻克了这一世界级难题，成功开发建设了年产40亿立方米天然气的大气田—元坝气田，填补了我国超深层生物礁气田开发的空白，巩固了中国石化在超深层高含硫生物礁气田高效绿色开发的领先地位。

储层精细刻画技术实现精准“定靶”

“元坝气田气藏主体埋深7000米，75%以上的单礁体面积小于1平方千米，这些生物礁体就是含气层，其大小、形状、位置识别不清，就好比枪手看不到射击目标，无从下手。”西南石油局油气勘探科研人员说，传统地震描述技术根本无法识别和刻画复杂礁群内部的小礁体，必须开展超深层小礁体精细刻画技术攻关，这是元坝气田开发的先决条件。

为寻找深藏的“气宝贝”，西南石油局油气勘探科研人员积极开展随钻岩性快速识别、核磁物性分析、优质储层预测等技术的攻关研究，创新形成“台缘生物礁群发育模式与生物礁储层构型”“超深层复杂生物礁群精细刻画与储层预测技术”。

在西南石油局勘探研究院科研人员的电脑屏幕上，一座连绵不断“火焰山”的图像呈现在眼前。科研人员指着屏幕介绍，这就是通过台缘生物礁群发育模式与生物礁储层构型和超深层复杂生物礁群精细刻画与储层预测技术精细刻画出来的元坝气田生物礁三维地质模型。

“建立气藏三维地质模型，就好比给7000米地层做了一次CT，清晰展现了礁体的形状、大小、边界及纵横向分布情况。橙、黄、绿、蓝等不同颜色代表礁体不同含气性，其中，橙色代表最好的优质储层。”油气勘探科研人员介绍。

通过地震解释、气藏描述和储层建模的一体化技术，科研人员精细刻画出21个礁群、90个单礁体。其中，面积小于0.5 平方千米的单礁体21个，精准识别出地层岩性、地层水分布和含气层构造，储层厚度预测符合率由早期的68.2%提高到95.1%，精准计算出7000米深的生物礁体坐标，实现了精准“定靶”。

目前，该精细刻画技术在我国首次实现7000米深、最小0.5平方千米小生物礁体的精确识别与精细刻画。

超深水平井优快钻井技术大幅缩短钻井周期

今年7月，元坝102-4H顺利完钻，水平段长1105米，完钻井深8200米，超过7座武汉长江大桥的总长度，接近珠穆朗玛峰的高度，再次刷新元坝气田最深井纪录。

资料显示，元坝气田平均深度比其他气田要深1000～2000米，其地层最高温度达160摄氏度，是国内发现的最深的海相气田。

“在超深钻井中，钻头会遭遇更高的温度和压力、更复杂的压力系统和气水关系。当井深超过7000米，一个手指甲大小的面积就会顶着700公斤压力，每继续钻进一米，甚至半米，都面临巨大风险挑战。”西南石油局有关专家介绍。

为实现科学、安全、经济、高效钻井，西南石油局开展了艰苦卓绝的科研攻关，创新形成复杂生物礁群超深水平井轨迹控制与优快钻井技术，攻克了超深层钻井提速关键技术，突破了超深水平井蛇形“变轨”技术瓶颈，挑战了一项项不可能，实现了精准“中靶”。

“元坝气田礁体平均储层厚度56米，其最优质储层仅有30米，远低于普光气田礁体200多米的厚度。”他们在钻进过程中，地质与工程相结合，通过地质建模-数值模拟一体化技术和元素录井、核磁共振分析技术，时时跟踪钻遇油气显示、岩性变化，及时调整钻头钻进轨迹，特别在水平段钻进时，要进行4～6 次调整，钻头蛇形钻进，将多个礁体像土豆一样串起来，实现一井长穿多个礁体，有效提高了动用储量。

开发10年来，元坝气田平均钻井周期从早期的500多天缩短到300天左右，机械钻速较常规钻井提高30%以上，有效储层钻遇率提高37.8%，单井平均无阻流量提高4.7倍，实现钻井提速提效目标。

元坝气田储层改造施工现场。袁鹏 摄

超深完井和储层深度改造技术实现“少井高产”

今年9月，元坝102-4H调整井酸化压裂改造中，采用“滑套分流+多级暂堵+胶凝酸酸化+适中规模及排量”升级技术，对长兴组水平段两个礁体储层段进行分流酸化深度改造，在稳定油压23.5兆帕下获天然气日产量65.5万立方米。该井的成功实施并获高产为元坝长兴组气藏持续保持稳产提供了保障，也进一步验证了气藏新的潜力区。

“气井产能的高低取决于地层的导流能力，要提高地层导流能力就必须对地层进行酸化压裂，形成网状裂缝和气流通道。而元坝气田气藏超深、地层压力高，且水平段长，用常规的酸化压裂施工技术无法达到效果。”工程技术研究院科研人员说。

为此，他们创新超深长水平段均匀酸化改造工艺技术，研发了“温控＋酸控”可降解暂堵剂，创新形成了多级暂堵、交替注入为主要内容的长井段均匀酸化改造工艺，有效地改善了地层吸酸面积，实现了充分酸压改造，改造体积较常规工艺提升1.9倍以上，平均单井天然气绝对日无阻流量超过250万立方米，单井增产达3.2倍。

元坝气田气藏高含硫，具有高腐蚀性，对投产作业和长期安全生产提出了挑战。研究人员在管柱力学分析和防腐材质腐蚀实验评价的基础上，形成高含硫超深水平井完井投产技术体系：通过采用带井下安全阀、永久式封隔器及配套油管的完井酸化投产一体化管柱，简化工序、优化工艺，实现紧急情况安全自动关井。

同时，他们还在验证国产化镍基合金、钛合金材质的抗腐蚀性能的基础上，开发钛合金油管、电镀钨合金衬管、优选国产镍基合金管材和采气井口装置，实现井下管材、采气井口装置国产化率达85%，降低完井投产成本数亿元。

“元坝气田的开发非常艰难，但我们成功了。这在20 年以前是想都不敢想的，高含硫气田开发技术的进步让几代石油人的梦想变为现实。”油气勘探和工程技术科研人员感慨万分。

自2014年12月投产以来，元坝气田累计生产天然气超过220亿立方米。35口生产井平均日产量超过40万立方米，其中有12口井已经累计生产天然气超过10亿立方米。元坝气田已成为“少井高产”、绿色安全高效开发的标杆，如一颗璀璨明珠屹立东方。