郭小阳:打下油田钻井坚实一锤

2021年03月10日  点击:[]

钻井中有一项工程作业叫固井,因其耗资巨大、工艺复杂、无法重来,被称为“一锤子买卖”。固井失败,几千万的投入就打了水漂。我校从1977年建立固井团队至今,几代人艰苦探索40余年,到了郭小阳教授领衔的这一代,已经掌握了一系列“硬核”技术,因而油田有“固井有困难,就去找西南”一说。这个“西南”,指的是西南石油大学。

1983年石油部责成我校每年举办一期全国固井工程师培训班。

图为1985年第三期培训班师生合影,前排右二为青年教师郭小阳(图/档案馆)


一举替代国外产品

“气窜”是制约固井作业质量的一大顽症,是国际石油工程界公认的难题。2006年重庆开县罗家二井井喷失火事件,2010年美国墨西哥湾钻井平台爆炸倾覆事件,都是固井质量不良和气窜诱发。能否攻克气窜,保证固井成功,不只是投资效益问题,更是事关生命安全和生态环境的大问题。

上世纪80年代初,大庆、胜利、四川、中原、新疆等主要油气田,都存在气窜问题,有的还相当严重。拥有先进技术的美国哈里伯顿、斯伦贝谢等跨国技术服务巨头曾说:“你们中国人要想解决这个问题就要来买我们的产品和服务。”而他们的王牌产品约3万美元一吨,折合人民币约20万元,国家每年要付出大量的外汇。

1982年,石工院施太和教授从现场带回一个BJ-休斯公司的处理剂样品,对郭小阳说:“你能不能琢磨一下是怎么回事儿。”那时,他吃饭睡觉都在琢磨气窜。一次,和高光昭老师在建材市场看到加了发泡剂的材料,产生了新的科研思路并进行了防窜技术开发研究,成果出来后在大庆油田进行了9口井的工业试验,这是我校第一次向油田有偿转让科研成果。后来他又从罗平亚老师的理论与实践得到启示,研发成功工艺更简便、效果更显著的KQ系列防气窜添加剂,在四川选了5口高压气井进行工业试验获得成功,随后又在中原、新疆、吉林等油田应用全部获得成功。产品经石油部鉴定后推广应用,定价仅为美国的十分之一。从1987年至今30多年,我国油田一直在用这个产品,一举替代了国外产品。KQ系列防气窜添加剂当年曾获得四川省优秀新产品一等奖。

后来郭小阳到英国访学,与哈里伯顿英国阿伯丁分公司主任交流时,这位主任说:“现在我明白中国人为什么不买我们的产品了,因为中国已经有了。”如今,团队骨干程小伟副教授承担了国家科技部水泥基新材料重大研究课题。程小伟说:“我们将通过水泥基材料的创新,把固井防气窜技术再提高到新的水平。”

郭小阳教授在四川龙王庙大气田生产现场指导马勇和刘洋两位博士生的科研工作


郭小阳教授(中)带领博士生在江苏油田试验最新技术


多次刷新世界纪录

随着浅层、易开采储量的递减,开发深层油气资源是石油工业的发展方向,这给固井带来更大的挑战。郭小阳领衔的第三代固井科研团队,针对深井超深井固井中的重大工程技术瓶颈,开展了一系列理论和技术研究,取得了一批重大的理论创新和技术突破。

上世纪90年代末,新疆石油局在准噶尔盆地钻井中遇到超高压、严重漏失地层,固井难度极大。郭小阳带领团队与现场科技人员一起,开发设计出国内第一套超高密度隔离液与水泥浆体系,在国际上首次进行深井塞流作业获得成功,使新疆石油局超高压固井技术领先国内,为今天新疆石油局建设环玛湖10亿吨储量大油田奠定了固井技术基础,中石油为此向全国钻井系统发出表彰通报。

2011-2014年,“低压易漏长裸眼防漏固井理论与技术”在塔里木油田应用,将低密度水泥浆一次性上返至地面,封固井段长度从4500米、5867米、6500米一直提高到7000米,多次刷新世界纪录。2015-2016年,“塔里木库车山前低返速配套固井理论与技术”连续创造了6130米、7368米、7440米尾管小间隙、超高密度固井水泥浆一次性上返全封的世界纪录,成功解决了困扰西气东输源头气田20余年的固井难题。《中国石油报》、中国石油新闻中心、科技部《科技中国》杂志均作了报道。这项技术的成功应用,使得塔里木油田把我国第一个水泥环完整性研究课题交给了团队主力张兴国副教授领衔的科研队伍。

郭小阳教授(左二)在塔里木油田克深10试验井方案研讨会上讲解施工方案

2014-2016年,“固井前调整钻井液性能提高井固井质量的理论与技术”在大港油田采油三厂和冀东油田应用100余井次,固井质量全优,成功解决了调整井固井质量差、后续生产严重出水、甚至只出水不出油等困扰大港油田40多年的技术难题。这项技术为我国东部老油田焕发青春和增储上产闯出了一条新路。此后,郭教授团队的固井设计思想与工作方法被油田广泛采用,培养出了多位固井能手。如今,郭小阳弟子、四川省学术技术带头人李早元教授领衔的科研团队,已承担了大港油田开采55年来投资额最高的固井产学研用一体化重大专项课题。


一直在与国外公司比武

25年前,长庆油田在鄂尔多斯盆地的苏里格发现了大气田,但储层3500-4000米以下,漏失井段长,漏失最严重,勘探8年之久几乎没有水泥浆能够返出井口,固井质量全国最差。

那时正值我国申办奥运会,长庆油田担负着向北京供气的政治任务,为了尽快投产,先后请来了美国哈里伯顿、斯伦贝谢和日本新日铁,这些国际巨头要价一个比一个高,油田难以承受。他们想到了“西南”,便发电报给固井研究室负责人刘崇建老师,刘老师派郭小阳顶了上去。郭小阳率领团队整整干了3年,曾在油田连续工作了189天,他们研发的“低压易漏长裸眼地层注水泥成套技术”解决了困扰长庆8年的难题,替代了国外公司昂贵的技术方案,奠定了苏里格气田安全开发的重大工程技术基础,中石油再次向全国钻井系统发出表彰通报。1999年,该成果获得中石油科技进步一等奖,这是迄今为止我国固井领域的第一个最高级别奖励。现在,长庆油田已连续5年稳产5000万吨以上,成为我国第一大油田,被誉为“陆上新大庆”,而其固井主体技术25年前即以奠定。

郭小阳教授(右三)与他的在读和已毕业研究生在长庆油田施工现场


2014年,烟台杰瑞公司在哈萨克斯坦卡拉赞巴斯油田遭遇固井难题,面临丢失海外市场的风险。郭小阳教授应邀只身赴哈国前线,带领作业队伍查找原因,制定技术对策,与哈方聘请的俄罗斯固井公司同台竞技,在各自负责的10口井比武中获得全胜,取得了哈方信任,巩固了中方企业的市场份额,为国家争得了荣誉。

郭小阳教授在哈萨克斯坦卡拉赞巴斯油田做固井计算机仿真设计

郭小阳教授(右三)在哈萨克斯坦卡拉赞巴斯油田与中哈双方工程技术人员合影

2018年,中国、埃塞俄比亚、吉布提在签订“一带一路”东非最大天然气跨境合作项目时,因遇到固井难题,埃塞能源部产生动摇,拟请斯伦贝谢公司接手。为了保住项目,中资企业向我校求援,在当地安全局势并不明朗的情况下,郭小阳只身前往,查明原因,指导中资企业迅速摆脱了被动局面,使协议得以落实。中资企业保利-协鑫埃塞分公司总裁动情地说,感谢西南石油大学帮助我们捍卫了国家荣誉。

郭小阳教授(左三)在埃塞俄比亚中资企业生产现场考察调研

郭小阳教授在埃塞俄比亚与中资企业技术人员现场研讨固井方案

“几十年来,我一直在与国外公司比武”,郭小阳说。在长庆、四川和塔里木油田,他都与美英日等国公司交过手。比如在塔里木库车山前超深井固井作业中,就与斯伦贝谢、哈里伯顿过招。斯伦贝谢曾经把塔里木第一口8000米超深井固报废了,哈里伯顿来了说我们也干不了。最终是郭小阳带领团队攻克了严重漏失情况下尾管固井水泥浆一次性上返全封的技术难题,这是国际上高温高压超深井首次采用全程塞流注水泥技术获得成功,完全替代了国外技术,使我国超高压固井技术一举跨入国际领先行列。

郭小阳教授在第13届世界石油高温高压钻完井与生产会议作报告

这些“硬核”早已引起国际上的关注。因此,2018年在10月30-31日,第14届世界石油高温高压钻完井与生产会议在国际石油之都美国休斯敦召开时,主办方邀请郭小阳参加。会议是美国能源部授权,由囊括全美石油公司、技术服务公司、装备制造商、材料生产商、船舶研究机构在内的美国海洋工业联合会主办,世界顶级石油杂志《世界石油》承办,是世界高温高压钻完井技术的最高竞技舞台。郭小阳在会上的报告不仅受到主办方和专家学者的交口称赞,还得到继续加强交流合作的邀请。郭小阳是首次代表中国出席大会,也是唯一作大会报告的大学教授和唯一参会的中国学者,他把“SWPU”这个符号印在了国际油气工业的最高竞技舞台上。

郭小阳教授说:“我们与国外相比还有差距,哈里伯顿、斯伦贝谢是国际石油技术服务的鼻祖,拥有很多先进技术,可以帮我们解决问题,但你一定要付出高昂的代价。国外公司不会把核心技术卖给我们,我们必须在学习国外先进技术的基础上自主创新。”


学界占有一席之地

由于数十年来始终坚持理论联系实际,解决国家重大需求面临的关键技术难题,敢于自主创新和接受实践检验,勇于探索开辟前人未走过的路,郭小阳和他的团队赢得了业界的尊重。

从1993年至今,郭小阳一直担任中国钻井工程标准化委员会特聘高级专家,他起草了5项石油天然气行业国家标准和2项企业标准;2004年起担任中国石油学会工程委员会钻井基础理论学组委员;2006年至今,一直担任中国石油学会工程委员会固井学组副主任,全国相关高校进入固井学组领导机构的仅他一人。担任这些职务,使我校在业界工业立法和行业学术领导层占有一席之地。郭小阳还多次应中石油邀请,作为中石油专家团成员,到国内各大油田调研,为中石油制定发展战略规划献计献策。


郭小阳教授给研究生讲解固井新材料(图/丁晓峰 李喻)


固井团队讨论新方案(图/曹正)

迄今为止,我校在固井方向已培养出30余名博士生、近200名硕士生,数量居石油高校第一。他们已经成为高校、科研院所、企业的学术技术带头人或后备人选。同时,在该领域还培训继续工程教育学员数千人。这些毕业生和学员进入企业后,已成长为三大石油公司在海内外油田的固井中坚力量。

经过几代人的努力,我校在固井领域已建成集石油工程、材料科学与工程、应用化学、计算机等多学科相结合的教学科研团队,成员均具有博士学历,年龄跨度40岁,成为现今国内固井领域人才培养规模最大、学术地位最高、科技创新成果最显著和攻坚克难声誉最突出、技术影响力最大的科研团队。目前,团队第四代已经挑起大梁,第五代90后已进入团队。

2018年,郭小阳教授光荣退休,他说:“现在我们把接力棒交给后起之秀,相信在建设双一流大学和百年名校的征程中,他们会比我们做得更好。”(图片除署名之外,均由郭小阳团队提供

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(向发全)


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