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千亿方大气田——渤中19-6不为人知的故事

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从2001年组建天然气项目组,到渤中19-6大型凝析气田的发现,十八年时间里,项目组及其合作团队脚踏实地走出了一条创新之路。

2019年伊始,一条来自中国海油的消息成为全社会关注的焦点:我国渤海海域渤中19-6气田,确定天然气探明地质储量超过一千亿立方米。这个被命名为渤中19-6的大型凝析气田究竟是如何被发现的?它的发现过程中有哪些鲜为人知的故事?

渤中19-6-1井是中国海油为寻找天然气资源在渤中古潜山封闭圈区域钻探的第一口预探井。伴随着钻机的轰鸣,渤中19-6-1井的钻头在不断地向着海底未知的地层钻进。与此同时,从北京的中国海油总部再到天津渤海石油管理局,所有参与渤中气田勘探开发的团队成员,都在密切关注着渤中19-6-1井,因为为了这口井的开钻,他们已经准备了整整16年……

01. 岩芯——地层的密码

岩芯,就是在钻井作业过程中按照不同的钻探井位和井深留存的地下岩层样本。

在人类已经能够持续对浩瀚宇宙开展探索的今天,我们对于脚下地球的了解却还是停留在初级阶段。厚厚的地层便能阻断大多数的技术手段,而岩芯成为地质工作者为数不多的可以详细了解地质构造的重要资料。

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薛永安  中海油渤海石油管理局总地质师

岩芯只是一种资料,对资料进行分析,总结规律,这才是我们的目的,找出规律你才能可能找到油气。找气和找油是一样的,很多时候你看见了一些资料,如果没有去深入研究、仔细分析和认真总结,很多结论也都只是表面的。一种地质规律、地质认识或者理论的提出,需要通过大量资料的积累、经过艰苦的研究,才能得到。

位于天津市滨海新区的中国海油岩芯库中,保存着渤海油田从上个世纪六十年代起至今所获得的所有岩芯。这些在外人看来数量繁多、冰冷、沉重的岩芯,在地质工作者的眼中却是渤海油田最宝贵的财富,不仅因为这些岩芯倾注了渤海油田历代石油人艰苦的努力,更是因为它是打开渤海深处油气宝藏的钥匙,资源的密码就隐藏在这些岩芯之中。

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02. 求证——渤海有没有大气田?

渤海油田是我国第一个海上油田,可勘探矿区面积约4.3万平方公里,从1967年勘探开发至今,渤海油田已经走过了52年历程,由最初的年产原油8万吨,到现在的年产3000万吨,渤海油田历经了数代人的建设,成为了全国最大的海上油气生产基地。

然而,在渤海油田历年的重大地质发现中,油田占据了绝大多数,天然气只是零散分布且储量较小,难道在渤海的浩瀚海面之下,真的没有大规模的天然气田存在吗?中国海油的地质工作者始终没有放弃在渤海寻找大气田的努力。

渤海是我国的内海,在地质上是华北盆地的一部分,在地壳漫长的板块与造山运动中,渤海经历了从陆地到湖泊,再到内海的沧桑演变,造成了其地质油藏的特点是构造破碎,断裂发育,油藏复杂,储层以河流相、三角洲、古潜山为主。

上个世纪九十年代末,渤海、大港等油区分别在古潜山找到了一些小型气田,那么渤海的古潜山内是否有大气田存在的可能呢?

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薛永安  中海油渤海石油管理局总地质师

古潜山就是埋在地下的山,我们大家可以在平常生活中观察到这边是山,那边是湖,这边高那边低,古潜山就是山随着地壳运动沉到了地下,山和湖之上虽然也都被地层所充填了,但是它的形态还是没有变,就是在地下的时候,上面填了一层泥沙,但当时的那个山和那个湖的高低关系仍然是保存着的。

按照这个思路,中国海油从2001年起成立了天然气项目组,重点围绕渤海古潜山区域进行成气条件的理论研究。数年的时间里,通过对渤海油田不同时期、不同深度的大量岩芯样本进行详细的判研和理化分析,项目组终于得出了“渤海古潜山具备大型天然气的成气条件”的论断。但是,鉴于之前在古潜山发现的天然气田规模普遍不大的事实,要找到大规模的天然气田,就必须向埋藏更深的古潜山内部进行探索。

一个地质理论的创新、突破,不仅需要前期扎实的理论论证,更需要通过大量的工程实践检验才能最终得以证实。

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在经过前期长达数年的地质理论论证后,2008年起中国海油开始使用工程技术手段对渤海古潜山区域进行进一步的勘探。

在茫茫的大海之上,要对海底以下地层进行大规模勘探,必须使用物探船。作为内海,渤海的平均水深只有20-40米,但是在复杂的地质运动和长期的沉积作用下,渤海古潜山埋藏普遍较深,传统的物探手段无法得到古潜山的详细数据。

在经历了多次失败之后,研究人员创新性地研发了海上小缆距高密度地震勘探一体化等一系列技术,获得了渤海古潜山区域的高解析度数据,并将下一步科研钻探的重点锁定在了渤中凹陷西南部的深埋古潜山构造带上。

薛永安  中海油渤海石油管理局总地质师

在五十年代,我们的老一辈地质学家提出陆相生油,打破了当时国际上流行的海相生油的观点。在中国的东部,大庆、胜利、辽河找到了大油田后,中国摘掉了贫油论的帽子。但中国东部、大庆一直到渤海,近六十年基本没有找到气,普遍的观点是作为一个典型的油型盆地,就是生油为主、聚油为主,气很少。油型盆地的认识没有错,它主要是生油。但我们的这次发现又提出湖盆成气的观点,最核心的是提出在油型盆地某些特殊的地方,可以形成大型气田。

03. 验证——两口科探井取得油气流

与大港、华北、胜利等油田发现天然气田的古潜山不同,渤中凹陷的古潜山埋藏深度均位于海底四千米以下,而在这之前,渤海石油管理局还没有对如此深的海上地层进行钻探的经验。海水的阻隔,复杂的地质情况,不够详细的地质资料,这些都使得渤海油田对渤中凹陷的古潜山开展科研钻探作业变得困难重重。

为了保障科研钻井作业的安全与高效,2010年中国海油成立了渤海中深层攻关团队,携手中国石油大学高德利院士领衔的课题攻关组,深入开展地层压力预测、井壁稳定性研究、井深结构优化设计、钻柱力学分析、井口稳定性校核和作业风险评估及防范对策等方面的科学研究。

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为了与渤海石油管理局协同攻克渤中凹陷深埋潜山的钻井工程难题,将科学研究与工程实际应用相结合,及时获得第一手地质勘探资料,中国石油大学(北京)组建了以杨进教授为核心的专项课题组,带领一批研究生深入渤海油田一线持续攻关。

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中海油研究总院钻采研究院院长 范白涛

这些年高校在科研支持和人力支持上,对企业的贡献非常大,双方的合作越来越紧密。学生也有机会在校期间就能提前进入企业,了解企业需求,带着需求与学校之间合作。这样在他们毕业进入企业后,能够迅速在工作上发挥他们的价值和作用,能够深度思考,主动作为,很快把科研推广应用到现场。

在中国石油大学(北京)研究生工作站开展大量科学研究的基础上,2011年2月,渤海石油管理局抽调精兵强将开始了渤中21-2-1科探井的钻探。

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时值早春时节,渤海深处依旧是寒风呼啸,平台上狭窄的空间、繁重的工作,无时无刻不在考验着每一个人的韧性。

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杨进  中国石油大学(北京)教授、安全与海洋工程学院副院长

石油行业对于我们整个工业来说,还是一个艰苦的行业,特别是海洋石油行业。钻井平台的面积就是50米×60米大的空间,石油人24小时就在这个平台上工作,连续是28天都要在这作业,其他时间也没地方去,周边就是茫茫大海,到了冬季面对茫茫海冰,北风呼啸,体感温度极低。

通过科探钻井团队将近一百天的努力,作业现场在钻深5141米后,终于获得了天然气发现。然而,伴随着天然气流的还有大量硫化氢气体。出于平台安全和环保方面的考虑,渤中21-2-1科探井被迫关闭。在总结经验教训后,2013年9月,渤中22-1-2探井继续开钻。

又是接近一百天的奋战,渤中22-1-2科探井钻深4611米,在测试中取得了具有商业价值的油气流。渤中22-1-2科探井的成功,证实了渤中凹陷深埋潜山中确实有着天然气资源的存在,那么这里的天然气资源储量有多少?是否有大规模开发的可能性?这些问题都需要对渤中凹陷深埋潜山做大规模钻探后才能得到答案。

04. 决策——寒冬中开钻

海上油气资源的勘探开发投资高,风险大,任何一个项目的启动都需要经过严谨的论证。2016年,已经对渤中凹陷深埋潜山进行了大量前期研究工作的渤海石油管理局,向总部递交了《渤中19-6勘探申请报告》。当这份报告摆放到中国海洋石油集团有限公司领导们桌前时,平时雷厉风行的决策者们却陷入思考。

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谢玉洪  中国海洋石油集团有限公司总地质师、有限公司执行副总裁

打了两口井,也看到了曙光,但是这样的勘探走下去却存在很大的挑战。前期的勘探实践已经验证了,地下有硫化氢、二氧化碳,这都是腐蚀性气体,海上安全问题如何保障?此外我们当时的技术还不成熟、不能够能完全支撑,也就是条件不完全具备。

事实上,在渤海石油管理局对渤中凹陷深埋潜山进行理论论证和科研攻关的数年时间里,集团公司领导就一直参与其中。对于这个项目的机遇与挑战,谢玉洪了如指掌。

谢玉洪  中国海洋石油集团有限公司总地质师、有限公司执行副总裁

国家的需要就是公司的使命,渤海湾不能局限于目前的原油勘探,毕竟资源会有枯竭的一天,必须要转型。晚转型不如早转型,所以天然气的勘探一定要拿到日程上来。从十一五、十二五一直到十三五,我们经过了论证,有了科学论断,也有了很好的基础,我们决定从两个方面做工作,一方面再进一步进行科技攻关,管理提升,降低勘探成本;另一方面我们取得中国海油党组的支持,党组这个时候非常支持我们进行深层的勘探。有了党组的支持,再取得了专家们的认同,我们就找准了方向。

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作为能源消费大国,我国的油气对外依存度过高,国家能源安全难以保障。作为中国经济发展重要腹地的环渤海地区,也面临着越来越巨大的环保压力。

2014年,国务院在《能源发展战略行动计划》中提出稳步提高国内石油产量,大力发展天然气,积极发展能源替代,优化能源结构,提高天然气消费比重,为了给处于经济高速发展的环渤海地区寻找稳定的后备气源,改善我国天然气资源东西结构失衡的现状,减少西气东输的压力和华北地区日渐加深的环保矛盾,中国海洋石油集团有限公司的决策层决定启动渤中天然气勘探、开发项目。

谢玉洪  中国海洋石油集团有限公司总地质师、有限公司执行副总裁

这种情况下不能再犹豫了,就跟部队打仗一样,讨论来讨论去,最终指挥官要下决心,你不担当,大家就永远讨论下去了。考虑好了,下决心!干吧!

落笔千钧。随着集团公司的批复,所有参与渤中19-6气田勘探项目的团队成员在临战的兴奋之余,感到的是沉甸甸的责任和犹如潮水般的压力。他们面对的不是星辰大海的灿烂,而是深暗海潮下未知的挑战。

2016年12月10日,寒风中,伴随着钻机的轰鸣声,渤中19-6-1预探井顺利开钻。渤中凹陷深埋潜山亿万年的沉寂也就此被打破。

05. 煎熬——第一口井出师不利

2016年12月10日,渤中19-6气田的第一口探井开钻。伴随着钻机的轰鸣,钻头在不断地向着预定的目标——地下潜山钻进。矗立在茫茫的大海之上,头顶蓝天,脚下是翻滚不息的波涛,看似浪漫的作业现场,其实是一个充满着噪音的枯燥乏味空间,不过几千平米的面积上,布满了各种设备与管线。没有手机信号,平台上的一部卫星电话成为与外界联络的唯一手段。

耿立军与三十出头、年纪相仿的汤柏松、苏建共同组成了渤中19-6-1井的钻井总监队伍,而这样的组合是渤海石油管理局工程技术作业中心探井项目经理刘宝生精心设计的。

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刘宝生  中海石油(中国)有限公司天津分公司工程技术作业中心探井项目经理

最终选择他们三个去挑大梁,是因为:首先,渤海油田的作业量非常大,虽然他们年龄不大,但是他作业经验非常丰富。此外,由于年轻,无论他们的精神状态还是求战欲望,我们觉得是具备打硬仗条件的。

作为渤中19-6-1井的钻井总监,耿立军是钻井平台技术与安全的第一责任人。从登上平台开始,他就必须时刻关注钻井过程中的每一处细节,迅速应对每一个出现的问题。最开始,渤中19-6-1井的作业是相对顺利的。

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耿立军  中海石油(中国)有限公司天津分公司钻井总监

我们并没认为这口井非常难。因为当时科探1井、科探2井确实是很难的,但是我们做了充分的准备工作,这两口比较难的科探井都已经打了,我们沿着这个思路去打,肯定不会出问题。

但是随着钻探深度的增加,渤中凹陷中的潜山似乎并不喜欢被人打破它亿万年的沉静。压力异常、温度偏高、漏失,一连串突发问题接踵而至。

好在耿立军和伙伴们有着丰富的钻井作业经验,在他们夜以继日的努力下,所有问题都得到了有效化解。但由于复杂情况特别多,渤中19-6-1井的钻探进度在不知不觉中被持续拉长了。

2017年1月20日,距离春节还有一周时间,渤中19-6-1井的钻探深度达到了3600米,这已经到达目标潜山的山顶。正在钻井平台值班的钻井总监耿立军,特意在办公室窗户上贴上了福字。虽然这个春节又不能与家人团聚,但耿立军还是希望平台能有节日的喜庆气氛,同时也祈福渤中19-6-1井能顺利地完成4180米的钻井预定目标。

但好事多磨,就在几个小时后,他接到了钻头报废的消息。随即决定换上牙轮钻头继续钻进。四千米的钻具,起下钻换钻头需要近两天的时间,可新钻头刚刚换上,令人担心的事情又发生了。

耿立军  中海石油(中国)有限公司天津分公司钻井总监

我记得是凌晨1点多,钻头下到底。我没回去睡觉,看到底能不能打动。但正如我所担心的一样,下去之后还是基本上没有进尺,一个小时连一米都打不上。

重复之前的操作,耿立军指挥团队接连换了三个不同类型的钻头,但结果都是一样。看着报废的钻头,耿立军有些欲哭无泪,一个钻头本身十几万的成本暂且不提,海上钻井平台综合日费以百万计,由此耽搁的钻井周期带来的损失巨大,而钻穿地下坚硬的砂砾岩层显得是那么遥遥无期……

2017年的春节就这样在煎熬中来了。

汤柏松、苏建在得知现场情况后,主动放弃假期赶到了平台上。然而面对这样的情况,他们也是一筹莫展。

渤中19-6-1井遭遇的是事先没有预料的砾岩层,地质、钻井等技术人员经过研究,决定在保证安全的前提下,不惜一切代价将砾岩层钻穿。

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于是,在接连报废了九个钻头后,这层坚硬异常的地层终于被突破。经过测量,砾岩层厚度近500米。

可好景不长,在钻井到达预定的钻深4180米后,虽然发现了天然气流,但是在测试过程中又出现了测试管串卡住无法取出的情况。

就这样,在建井136天后,渤中19-6-1井完成它的使命。对于这样的结局,耿立军和他的同事们很不服气。

耿立军  中海石油(中国)有限公司天津分公司钻井总监

这口井虽然没干好,但是我们回来后一定继续研究,直到选出合适的钻头,合适的工具,能把速度和时效都提起来。

06. 破解——软硬通吃的钻具组合

温度、压力异常,软硬底层交替,地层辨识不清,录井、测井手段不够,储层保护不利,作业周期过长,这些都是在渤中19-6-1井暴露出的工程技术难题。如何才能解决?

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谢玉洪  中国海洋石油集团有限公司总地质师、有限公司执行副总裁

打了100多天投入大量资金,测试也不是特别好,再加上中间的事故不断,安全出问题怎么办?内心是有压力的。压力再大也要扛,不去做,就永远不能前进。

从地质理论的创新,再到工程技术的实践,注定是一个曲折的过程。渤中19-6-1井暴露的种种问题,在中国石油大学(北京)和中国海油协同攻关的专题课题组看来却不见得是坏事。

杨进教授在与耿立军等一线工程技术人员交流后,认为研发出一种能够实现兼顾软硬地层的钻具组合是非常必要的,这可以成为提高渤中19-6钻井安全和效率的重要手段。为此,杨进教授带领课题组根据现场的数据联合厂家,开始了技术研发。

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杨进  中国石油大学(北京)教授、安全与海洋工程学院副院长

软硬通吃的钻头,说起来轻松,但做起来难度非常大。依照我们对渤中19-6-1井地层的认识,首先我们要基于这个井的地震资料做一个地震剖面,根据这个剖面我们要在钻前分析地层,哪些是软地层,哪些是硬地层,哪些是交互的点,哪些是过渡带等等,有了依据以后,我们跟钻头厂商联合进行研发。

同样需要对渤中19-6-1井的地层数据进行详细分析的还有录井、测井等相关技术部门,在此基础上建立渤中凹陷潜山构造的地质剖面,这对于渤中气田后期的勘探、开发有着重要的意义。在这方面,杨进教授领导的课题组有着先天的优势。通过这些数据的汇总分析,不仅使得渤中气田的开发在工程技术手段上有了创新的依据,也促进了地质方面对古潜山有了更为充分的认识。

薛永安  中海油渤海石油管理局总地质师

孔店组那套砂砾岩我们当时还没有认识到,但是它打下来以后,我们过去的观点觉得这么深的地层,就不可能再作为储集层了、就不需要再找油气了。但是它打下来以后,还能够有30多万方的产气能力,这开拓了我们的视野,我们可能在渤海湾盆地、在更深的四千米左右的巨厚的砂砾岩中再找到一个层面。所以说这是一个认知不断提升的过程。

在经历了渤中19-6-1井的磨砺之后,渤中气田的勘探、开发团队总结经验继续向前探索。2017年8月5日,渤中19-6-2井开钻。

07. 突破——创新技术体系 磨练过硬队伍

耿立军、汤柏松、苏建再次接到任务,带领团队投入渤中19-6-2井的作业。

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汤柏松  中海石油(中国)有限公司天津分公司钻井总监

我们二井在试油期间,当时对地层的认知还不是特别清楚,试油设备就给卡到井里了,被迫侧钻,这个侧钻就导致了一系列的复杂情况发生。

面对多种复杂情况,吸取了前一口井的经验,汤柏松与项目经理刘宝生以及专家团队紧密配合,逐步摸清了潜山内部的地层压力,为后续整个渤中气田的钻探提供了宝贵的经验。

2017年11月14日,渤中19-6-2井进行中途测试成功,日产油168.08方,日产气18.41万方。

耿立军  中海石油(中国)有限公司天津分公司钻井总监

当时我就激动得快流泪,终于见到产气了,我们所有的努力没有白费。

虽然渤中19-6-2井成功发现了古潜山内部的天然气和凝析油资源,但是和1号井一样,存在着建井周期过长的问题,这不仅意味着开发成本增大,也会增大钻井作业风险。最终,经过整个勘探团队的紧密配合,不但新的钻具组合研发成功,对于录井的技术手段也有了新的突破。

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谭忠健  渤海石油管理局主任工程师

录井是地质工程相结合的一个技术,除了能直接进行油气的发现评价,同时可以为工程提供工程安全的监测,实际上是一种地质工程一体化技术。我们这次录井采用的元素录井,利用元素在地层里头分异的原理,通过元素的组分的变化,来判断它是否进界面。通过这个基础我们把潜山界面误差确定在两米之内,这样对油层保护和工程的安全起到很大的作用。

元素录井技术的应用,能够显著节省钻井套管的层数,缩短施工工期,这项技术与组合钻具以及其它新技术的使用,使渤中气田后续的勘探开发建井周期大幅缩短。

从19-6-1井的136天,到19-6-6井的36天,潜山井段钻井提速获重大突破。在机械钻速、单只钻头进尺及作业时间这三个指标方面提升了三倍。

2018年8月19日零点,渤中19-6-7井4次加深钻进,最终在加深635米后成功完钻,以井深5508米打破尘封十余年的渤海湾海上钻井深度纪录,成为渤海第一深井。

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渤中气田勘探开发进程的提速,也意味着工程技术人员将重任在肩,对于耿立军、汤柏松和苏建这支年轻的钻井技术总监队伍来说,正常28天一轮休的倒班制度不得不被打破。

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苏建 中海石油(中国)有限公司天津分公司钻井总监

像我们出个40天、50天班,到家之后,想睡睡不着,不睡还特别难受。不想沟通,不想说话,甚至包括跟家里人、跟孩子,尤其是刚回陆地的前两天。

从2001年组建天然气项目组,到渤中19-6大型凝析气田的发现,十八年的时间里,项目组及其合作团队脚踏实地走出了一条创新之路。通过这条道路,不仅发现了有商业开发价值的油气资源,也为国家未来的油气开发提供了新的地质理论和工程依据,更重要的是锻炼出了一支能打硬仗、甘于奉献的工程技术队伍。

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刘宝生  中海石油(中国)有限公司天津分公司工程技术作业中心探井项目经理

我们形成一套对于渤海的中深层勘探的技术体系,无论是从技术储备还是人才储备上,我们收获颇丰。在未来相当长一段时间对我们渤海中深层勘探以及中深层油气层的开发都将有积极的影响。

杨进教授和他带领的研究团队也取得了丰富的研究成果,获得国家科技进步一等奖1项,国家技术发明二等奖1项,北京市科技进步一等奖1项,海洋工程科学技术奖特等奖3项,中国石油和化学工业科学技术奖一等奖2项,发表论文80多篇,出版专著6部,授权发明专利30余项,培养出一大批研究型人才投身于海洋石油的勘探开发事业。

按照国家的部署,渤中19-6大型凝析气田将于2019年年底正式投产,而在这之前,依旧有着许多工程技术难题需要科技人员持续攻关。

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崔国杰  中海石油(中国)有限公司天津分公司渤中19-6开发项目经理

开发井不一样,是要尽可能把油层面积暴露出来,因为地层基本就跟三明治蛋糕一样,就像一层一层摞起来的,直井是油层暴露面积最小的一种方式,斜井和定向井才能更好地暴露储层面积。所以我们开发井大部分是采用定向井和水平井。钻井就是建立通道,打成之后怎么让油气从地下流到地面上来,我们称之为完井过程,完井需要下一些特殊工具,是跟钻井完全不同的工艺过程,开发井是要加入完井步骤的。包括19-6我们要用割缝管,下中心管、顶部封隔器、隔离封隔器,还有下井下压力计,下过电缆封隔器等等,很多工具是钻井涉及不到的。

2019年3月11日,中海油天津分公司与中国石油大学(北京)工程技术联合研究中心签约揭牌仪式,在渤海石油管理局举行。以渤中19-6大气田的开发为契机,校企进一步深化合作,聚焦工程技术领域的基础理论和核心技术的研究,秉承强强联合、优势互补、合作共赢的理念,为国家能源战略贡献力量。

渤海浪潮依旧,中国海油保障国家能源安全、奉献清洁能源的使命在肩,海油人技术创新的步伐将在这片蓝色国土上不断迈进,向前!向前!

内容:央视发现之旅频道揽胜神州栏目

文字整理  |  蒙苏

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