鉆井中有一項工程作業叫固井,因其耗資巨大、工藝復雜、無法重來,被稱為“一錘子買賣”。固井失敗,幾千萬的投入就打了水漂。我校從1977年建立固井團隊至今,幾代人艱苦探索40余年,到了郭小陽教授領銜的這一代,已經掌握了一系列“硬核”技術,因而油田有“固井有困難,就去找西南”一說。這個“西南”,指的是西南石油大學。

1983年石油部責成我校每年舉辦一期全國固井工程師培訓班。
圖為1985年第三期培訓班師生合影,前排右二為青年教師郭小陽(圖/檔案館)
一舉替代國外產品
“氣竄”是制約固井作業質量的一大頑癥,是國際石油工程界公認的難題。2006年重慶開縣羅家二井井噴失火事件,2010年美國墨西哥灣鉆井平臺爆炸傾覆事件,都是固井質量不良和氣竄誘發。能否攻克氣竄,保證固井成功,不只是投資效益問題,更是事關生命安全和生態環境的大問題。
上世紀80年代初,大慶、勝利、四川、中原、新疆等主要油氣田,都存在氣竄問題,有的還相當嚴重。擁有先進技術的美國哈里伯頓、斯倫貝謝等跨國技術服務巨頭曾說:“你們中國人要想解決這個問題就要來買我們的產品和服務。”而他們的王牌產品約3萬美元一噸,折合人民幣約20萬元,國家每年要付出大量的外匯。
1982年,石工院施太和教授從現場帶回一個BJ-休斯公司的處理劑樣品,對郭小陽說:“你能不能琢磨一下是怎么回事兒。”那時,他吃飯睡覺都在琢磨氣竄。一次,和高光昭老師在建材市場看到加了發泡劑的材料,產生了新的科研思路并進行了防竄技術開發研究,成果出來后在大慶油田進行了9口井的工業試驗,這是我校第一次向油田有償轉讓科研成果。后來他又從羅平亞老師的理論與實踐得到啟示,研發成功工藝更簡便、效果更顯著的KQ系列防氣竄添加劑,在四川選了5口高壓氣井進行工業試驗獲得成功,隨后又在中原、新疆、吉林等油田應用全部獲得成功。產品經石油部鑒定后推廣應用,定價僅為美國的十分之一。從1987年至今30多年,我國油田一直在用這個產品,一舉替代了國外產品。KQ系列防氣竄添加劑當年曾獲得四川省優秀新產品一等獎。
后來郭小陽到英國訪學,與哈里伯頓英國阿伯丁分公司主任交流時,這位主任說:“現在我明白中國人為什么不買我們的產品了,因為中國已經有了。”如今,團隊骨干程小偉副教授承擔了科技部水泥基新材料重大研究課題。程小偉說:“我們將通過水泥基材料的創新,把固井防氣竄技術再提高到新的水平。”

郭小陽教授在四川龍王廟大氣田生產現場指導馬勇和劉洋兩位博士生的科研工作

郭小陽教授(中)帶領博士生在江蘇油田試驗最新技術
多次刷新世界紀錄
隨著淺層、易開采儲量的遞減,開發深層油氣資源是石油工業的發展方向,這給固井帶來更大的挑戰。郭小陽領銜的第三代固井科研團隊,針對深井超深井固井中的重大工程技術瓶頸,開展了一系列理論和技術研究,取得了一批重大的理論創新和技術突破。
上世紀90年代末,新疆石油局在準噶爾盆地鉆井中遇到超高壓、嚴重漏失地層,固井難度極大。郭小陽帶領團隊與現場科技人員一起,開發設計出國內第一套超高密度隔離液與水泥漿體系,在國際上首次進行深井塞流作業獲得成功,使新疆石油局超高壓固井技術領先國內,為今天新疆石油局建設環瑪湖10億噸儲量大油田奠定了固井技術基礎,中石油為此向全國鉆井系統發出表彰通報。
2011-2014年,“低壓易漏長裸眼防漏固井理論與技術”在塔里木油田應用,將低密度水泥漿一次性上返至地面,封固井段長度從4500米、5867米、6500米一直提高到7000米,多次刷新世界紀錄。2015-2016年,“塔里木庫車山前低返速配套固井理論與技術”連續創造了6130米、7368米、7440米尾管小間隙、超高密度固井水泥漿一次性上返全封的世界紀錄,成功解決了困擾西氣東輸源頭氣田20余年的固井難題。《中國石油報》、中國石油新聞中心、科技部《科技中國》雜志均作了報道。這項技術的成功應用,使得塔里木油田把我國第一個水泥環完整性研究課題交給了團隊主力張興國副教授領銜的科研隊伍。

郭小陽教授(左二)在塔里木油田克深10試驗井方案研討會上講解施工方案
2014-2016年,“固井前調整鉆井液性能提高井固井質量的理論與技術”在大港油田采油三廠和冀東油田應用100余井次,固井質量全優,成功解決了調整井固井質量差、后續生產嚴重出水、甚至只出水不出油等困擾大港油田40多年的技術難題。這項技術為我國東部老油田煥發青春和增儲上產闖出了一條新路。此后,郭教授團隊的固井設計思想與工作方法被油田廣泛采用,培養出了多位固井能手。如今,郭小陽弟子、四川省學術技術帶頭人李早元教授領銜的科研團隊,已承擔了大港油田開采55年來投資額最高的固井產學研用一體化重大專項課題。
一直在與國外公司比武
25年前,長慶油田在鄂爾多斯盆地的蘇里格發現了大氣田,但儲層3500-4000米以下,漏失井段長,漏失最嚴重,勘探8年之久幾乎沒有水泥漿能夠返出井口,固井質量全國最差。
那時正值我國申辦奧運會,長慶油田擔負著向北京供氣的政治任務,為了盡快投產,先后請來了美國哈里伯頓、斯倫貝謝和日本新日鐵,這些國際巨頭要價一個比一個高,油田難以承受。他們想到了“西南”,便發電報給固井研究室負責人劉崇建老師,劉老師派郭小陽頂了上去。郭小陽率領團隊整整干了3年,曾在油田連續工作了189天,他們研發的“低壓易漏長裸眼地層注水泥成套技術”解決了困擾長慶8年的難題,替代了國外公司昂貴的技術方案,奠定了蘇里格氣田安全開發的重大工程技術基礎,中石油再次向全國鉆井系統發出表彰通報。1999年,該成果獲得中石油科技進步一等獎,這是迄今為止我國固井領域的第一個最高級別獎勵。現在,長慶油田已連續5年穩產5000萬噸以上,成為我國第一大油田,被譽為“陸上新大慶”,而其固井主體技術25年前即以奠定。

郭小陽教授(右三)與他的在讀和已畢業研究生在長慶油田施工現場
2014年,煙臺杰瑞公司在哈薩克斯坦卡拉贊巴斯油田遭遇固井難題,面臨丟失海外市場的風險。郭小陽教授應邀只身赴哈國前線,帶領作業隊伍查找原因,制定技術對策,與哈方聘請的俄羅斯固井公司同臺競技,在各自負責的10口井比武中獲得全勝,取得了哈方信任,鞏固了中方企業的市場份額,為國家爭得了榮譽。

郭小陽教授在哈薩克斯坦卡拉贊巴斯油田做固井計算機仿真設計

郭小陽教授(右三)在哈薩克斯坦卡拉贊巴斯油田與中哈雙方工程技術人員合影
2018年,中國、埃塞俄比亞、吉布提在簽訂“一帶一路”東非最大天然氣跨境合作項目時,因遇到固井難題,埃塞能源部產生動搖,擬請斯倫貝謝公司接手。為了保住項目,中資企業向我校求援,在當地安全局勢并不明朗的情況下,郭小陽只身前往,查明原因,指導中資企業迅速擺脫了被動局面,使協議得以落實。中資企業保利-協鑫埃塞分公司總裁動情地說,感謝西南石油大學幫助我們捍衛了國家榮譽。

郭小陽教授(左三)在埃塞俄比亞中資企業生產現場考察調研

郭小陽教授在埃塞俄比亞與中資企業技術人員現場研討固井方案
“幾十年來,我一直在與國外公司比武”,郭小陽說。在長慶、四川和塔里木油田,他都與美英日等國公司交過手。比如在塔里木庫車山前超深井固井作業中,就與斯倫貝謝、哈里伯頓過招。斯倫貝謝曾經把塔里木第一口8000米超深井固報廢了,哈里伯頓來了說我們也干不了。最終是郭小陽帶領團隊攻克了嚴重漏失情況下尾管固井水泥漿一次性上返全封的技術難題,這是國際上高溫高壓超深井首次采用全程塞流注水泥技術獲得成功,完全替代了國外技術,使我國超高壓固井技術一舉跨入國際領先行列。

郭小陽教授在第13屆世界石油高溫高壓鉆完井與生產會議作報告
這些“硬核”早已引起國際上的關注。因此,2018年在10月30-31日,第14屆世界石油高溫高壓鉆完井與生產會議在國際石油之都美國休斯敦召開時,主辦方邀請郭小陽參加。會議是美國能源部授權,由囊括全美石油公司、技術服務公司、裝備制造商、材料生產商、船舶研究機構在內的美國海洋工業聯合會主辦,世界頂級石油雜志《世界石油》承辦,是世界高溫高壓鉆完井技術的最高競技舞臺。郭小陽在會上的報告不僅受到主辦方和專家學者的交口稱贊,還得到繼續加強交流合作的邀請。郭小陽是首次代表中國出席大會,也是唯一作大會報告的大學教授和唯一參會的中國學者,他把“SWPU”這個符號印在了國際油氣工業的最高競技舞臺上。
郭小陽教授說:“我們與國外相比還有差距,哈里伯頓、斯倫貝謝是國際石油技術服務的鼻祖,擁有很多先進技術,可以幫我們解決問題,但你一定要付出高昂的代價。國外公司不會把核心技術賣給我們,我們必須在學習國外先進技術的基礎上自主創新。”
學界占有一席之地
由于數十年來始終堅持理論聯系實際,解決國家重大需求面臨的關鍵技術難題,敢于自主創新和接受實踐檢驗,勇于探索開辟前人未走過的路,郭小陽和他的團隊贏得了業界的尊重。
從1993年至今,郭小陽一直擔任中國鉆井工程標準化委員會特聘高級專家,他起草了5項石油天然氣行業國家標準和2項企業標準;2004年起擔任中國石油學會工程委員會鉆井基礎理論學組委員;2006年至今,一直擔任中國石油學會工程委員會固井學組副主任,全國相關高校進入固井學組領導機構的僅他一人。擔任這些職務,使我校在業界工業立法和行業學術領導層占有一席之地。郭小陽還多次應中石油邀請,作為中石油專家團成員,到國內各大油田調研,為中石油制定發展戰略規劃獻計獻策。

郭小陽教授給研究生講解固井新材料(圖/丁曉峰 李喻)

固井團隊討論新方案(圖/曹正)
迄今為止,我校在固井方向已培養出30余名博士生、近200名碩士生,數量居石油高校第一。他們已經成為高校、科研院所、企業的學術技術帶頭人或后備人選。同時,在該領域還培訓繼續工程教育學員數千人。這些畢業生和學員進入企業后,已成長為三大石油公司在海內外油田的固井中堅力量。
經過幾代人的努力,我校在固井領域已建成集石油工程、材料科學與工程、應用化學、計算機等多學科相結合的教學科研團隊,成員均具有博士學歷,年齡跨度40歲,成為現今國內固井領域人才培養規模最大、學術地位最高、科技創新成果最顯著和攻堅克難聲譽最突出、技術影響力最大的科研團隊。目前,團隊第四代已經挑起大梁,第五代90后已進入團隊。
2018年,郭小陽教授光榮退休,他說:“現在我們把接力棒交給后起之秀,相信在建設雙一流大學和百年名校的征程中,他們會比我們做得更好。”(圖片除署名之外,均由郭小陽團隊提供)
團隊視頻:https://v.qq.com/x/page/s0862vh3x40.html?pcsharecode=XqwgYG8M&sf=uri
(向發全)