对于油气工业来讲，科技创新是产业的生命力，其对行业进步的推动作用越来越明显。在“全国科技创新大会、两院院士大会、中国科协第九次全国代表大会”闭幕之际，本刊就当前中国页岩气资源开发的创新趋势和技术方向，采访了中石化石油机械股份有限公司总经理谢永金先生。

        谢永金介绍了自2012 年以来，在新形势、新常态、低油价下，石化机械针对国内页岩气开发工程装备技术不成熟的现状，先后攻克掌握了30 多项核心关键技术，其中，“十二五”国家科技重大专项“3000 型成套压裂装备研制及应用示范工程”实现工业化应用，“十三五”国家科技重大专项“大型油气田及煤层气开发——深层页岩气开发关键装备与工具研制”全面启动，企业正由单一制造销售产品成功向为客户提供一体化解决方案转型发展。中国页岩气由于非常规油气资源生成机理和赋存环境的特殊性，气藏地表条件复杂，储层埋藏深，对石油工程装备的技术要求比美国要高，因此，创新研发国产自主装备是推进中国页岩气开发的必由之路。2012 年，中石化在涪陵焦石坝焦页1HF 井的成功开钻，是中国页岩气勘探开发的新开端、转折点，也是国内首个大型页岩气田——涪陵页岩气田提前进入商业化开发阶段，同时标志中国页岩气开发实现重大战略突破。

        目前，中国石油化工集团公司已基本形成了页岩气井压裂改造设计、体积压裂滑溜水液体配置、大型压裂施工等页岩气储层大型水力压裂改造技术体系和水平井分簇射孔、可钻式桥塞分段、电缆泵送桥塞、连续油管泵送桥塞、钻塞等配套工艺技术体系以及“井工厂化”页岩气平台井组钻井、完井和一只钻头一根螺杆“一趟钻”钻完水平井段的技术体系；特别是自主研发的3000 型压裂车达到世界压裂装备的领先水平，形成了完备的压裂作业技术体系。“拥有核心关键装备技术是解决页岩气大规模开发的有效手段。”谢永金表示。石化机械通过自主研发和合作攻关，掌握核心技术，为涪陵焦石坝页岩气开发提供关键装备和工具一体化解决方案，研制出了23 项关键装备和工具，打破国外技术和市场服务垄断。井工厂移运钻机、压裂工程整体配套装备、页岩气专用钻头、耐油基等壁厚螺杆钻具、易钻复合桥塞等系列关键装备和工具，重点解决了钻机井间移运搬迁时间长、定向钻进工具面不稳定等问题，形成了井工厂钻机全方位步进式移运、大型储层改造压裂工程配套装备和整体控制技术、页岩气全井段专用钻头钻具组合优化技术等国产化特色技术，推进了页岩气低成本、高效率、规模开发，为重庆涪陵“建成示范、走在前列”实现一期建成50 亿立方米产能以及中石油长宁威远的页岩气开发建设中发挥了重要装备支撑作用。

        “井工厂”作业模式有效降低页岩气开发成本
        谢永金表示：“针对涪陵页岩气现场具体工程问题，围绕钻井提速提效目标，使用一个钻井平台布控多口采气井，按照均匀布井方式，采取‘井工厂’作业模式进行，施工成本下降，作业效率明显提高。而这些成绩的取得有赖于国产装备的技术提升与创新。”由石化机械自主研发的井工厂自走式钻机一举实现了山区快速转场移运、同井台整体快速移运、钻机自动化、井工厂高效钻井以及减少辅助作业时间、缩短钻井周期和作业安全高效的目标。

        轮轨式ZJ50、ZJ70 电驱动钻机，采用平衡式重负荷车轮技术、重型宽翼导轨标准节技术，进行单列井间移运；滑轨式机械式或复合驱动钻机（ZJ50L/LDB、ZJ70L/LDB）， 采用成熟的棘爪步进式结构技术，适用于各种驱动型式的钻机进行单列井间移运；步进式5,000m~7,000m 电动钻机，采用多组步进平移油缸同步性控制技术、钻机整体移运无线检测控制技术等，实现任意方向整体快速移动，并快速对正井口。

        钻完井工具在页岩气开发中全面实现国产化
针对涪陵页岩气井井底高温高压等复杂地层，石化机械开发出的适应导眼、一开、二开、三开等各开次的针对性牙轮和金刚石钻头、螺杆钻具产品，攻克了钻具在涪陵工区因储层埋藏较深、地质条件复杂、地层稳定性差等造成的钻头易断齿、磨损快、钻具易卡易断等技术难关；满足“一趟钻”的高要求，实现了国产化降本、机械钻速提高和长寿命的目标。大扭矩等壁厚螺杆钻具技术、耐油基泥浆等壁厚螺杆钻具技术，解决常规螺杆传递扭矩小的不足，国产耐油基泥浆螺杆使用寿命短等问题，其中全井段系列的3 个规格螺杆，机速平均提高30% 以上；耐油基螺杆使用平均超过140 小时，最高达246 小时。

        从2013 年到2015 年，石化机械自行研制的钻头钻具平均钻井周期由78 天减少到62 天，平均机械钻速由4.2 米/h 提高至8.2 米/h。2015 年， 在涪陵解决了水平段五峰组进尺少的问题，焦页10-4HF 井进尺1,530m，一趟钻完成水平段龙马溪、五峰、涧草沟组钻进；在焦页32-4HF 开展全井承包应用，井深4,666m，平均机械钻速13.13m/h，创当时工区最快记录。“公司自主研制的SCP 系列复合材料桥塞，掌握了易钻复合材料关键技术，用于直井和水平井分层压裂作业中的临时性地层分隔，可用多种主流电缆或液压坐封工具坐封，卡瓦能可靠锚定于多种级别套管，施工完成后一趟管柱快速钻除多个桥塞，展示了良好的密封性、稳定性、承压性和可钻性，在涪陵页岩气大规模分段压裂中全面替代进口。以此为标志，中国页岩气开发装备与工具全面实现国产化，并出口北美市场6000 余套，为国产装备‘走出去’赢得了口碑。”谢永金介绍说。

        大型压裂装备为改造页岩气储层提供有力保障
        大型压裂技术突破了常规压裂理论的束缚，主要采用大排量、大砂量在地层中造出超过常规压裂长、宽、高的裂缝，扩大泄油气半径，创造“人造渗透率”，提高单井产量，大幅增加了非常规油气储量的动用程度。近年来，石化机械采油工程装备跻身世界前沿，研制的世界首台3000 型压裂泵车，与自主研发的混砂车、仪表车、连续配液装置、连续输砂装置、液氮泵装置等辅助装备配套形成系列，掌握了超高压大功率压裂泵及集成技术轻量化集成技术，大规模压裂液全流程高效混配、精确输送技术和超高压管汇设计、制造及安全保障技术体系以及基于大型压裂工程成套装备集群化控制与应用技术等多项关键技术，有效解决了涪陵页岩气受限井场交叉、同步压裂等难题，实现了大功率、高压力、大排量、连续压裂作业施工；低能耗、低噪音、低排放和绿色、低碳、环保、安全的目标。

        其“超高压大功率油气压裂装备研制及集群化应用项目”获得国家科技进步二等奖，3000 型成套压裂装备成为中国石油装备制造行业标志性产品。160 多台装备在涪陵先后压裂施工140 多口井，成为涪陵页岩气开发储层改造的主力技术装备。在焦页9-1HF、9-3HF井，首次实现交叉式压裂，缩短施工周期40% ；南页1HF 井压裂施工中单段连续时间达8 小时，最高压力高达112MPa，井深5,820m，3000 型压裂泵装置在高压长时间下持续作业，刷新国内页岩气压裂“最高施工压力”施工纪录；2500 型、3000 型成套压裂装备涪陵焦页42 号台四井大型同步压裂排量14~16m3/min，压力70~91MPa，共75 段，以8 段/ 天（每天工作15 小时以上）的速度，施工总液量达13 万方、砂量5 千方，52台设备长时间高可靠性运行刷新了国内规模最大、连续作业时间最长的纪录。

        井口气回收装置促进页岩气开发绿色环保
        石化机械“绿色驱动”理念将助力全球页岩气开发更高效、节能、环保。通过持续深入开展井口气回收技术研究和工艺创新，加大工艺攻关力度，石化机械解决了困扰油公司试采井口页岩气放空燃烧问题，促进了涪陵页岩气绿色开发。针对深层页岩气井口压力高特点，对井口气回收装置进行了优化改进，采用高进压回收流程，将压缩机入口压力范围扩大至3~20MPa，优化后的井口气回收装置能够更好适应深层页岩气的回收使用。结合试气试采工艺要求、井口页岩气特点，石化机械设计了无基础安装运行，变工况能力好，移动搬迁性能强的成套井口页岩气回收系统。通过气体处理、增压计量、充装回收的方式，将该类天然气转变为商品气，减少能源浪费和环境污染 。目前已在涪陵、大牛地、杭锦旗以及丁山、金山等区块开展天然气回收，每天回收天然气10 万方 ，减排二氧化碳约300 吨/ 天 。

        路虽远，行则将至；事虽难，做则必成。

        中石化石油机械股份公司将进一步强化与用户的结合，从设计源头上降本提质，为国内页岩气大规模开发提供更多精良装备和服务支撑。按照2017 年涪陵页岩气示范区总产能100 亿立方米的目标，借助承担“十三五”国家油气重大专项“深层页岩气开发关键装备与工具研制”契机，自主创新开展井工厂高效自动化钻机组研制、深层页岩气带压作业装备、钻完井关键工具、页岩气回收及专用井口装置等六大课题攻关，掌握井工厂钻机全方位步进式移运技术和管柱自动化处理 、井工厂大型压裂工程配套装备和整体控制以及页岩气全井段专用钻头钻具组合优化和大容量连续油管作业装备等关键核心技术，加快推动了页岩气装备与工具向“自动化、系列化、标准化、国产化”转化，支撑中国页岩气安全、绿色、高效开发。