文章來源：中國海洋石油總公司 發布時間：2016-02-01
石油鉆具帶著十幾層樓高的送入工具，從渤海灣兩公里地層深處緩緩帶出井口，亮閃閃的金屬體上留下黃褐色的腐蝕斑點。
1月3日，中央電視臺報道:“中海油宣布我國海底防砂技術獲得重大突破，我國自主研發的國產化防砂工具在渤海成功地完成了一趟六層礫石充填防砂作業。中海油成為繼貝克休斯和哈里伯頓兩家國際公司后，全球第三家系統掌握防砂技術的公司。”同日，新華社播發新聞通稿《我國油田防砂技術實現重大突破》。十天內，各大媒體發表相關消息260多篇。
這是我國一趟多層防砂首次“破六”，作業難度極大，就連外國公司都沒有在渤海灣實現這一突破，他們最多干了一趟五層。
井下防砂難在工具，防砂工具素有“油井之腎”之稱，它準確安裝在幾千米深的井下，有選擇地防砂，既能牢牢將地層中如頭發絲粗細的砂粒防住，也能放行，確保原油順暢流出，使油井“健康長壽”。
歷史往往垂青矢志不渝的追尋者。從1992年起，美國貝克休斯公司在渤海油田實施防砂，此后獨領風騷20年，時光定格在2014年，在渤海18口防砂井和110口防砂井兩次招標中，海油發展工程技術公司擊敗三大國際巨頭，拿下全部合同。憑借一流的完井防砂技術，海油發展工程技術公司每年可為中國海油降低成本1億元。
中國海油，近三十年的摸索百折不撓，近十年的攻關目標恒一不變，管窺世界一流完井防砂技術，我們看到海油人創新的自覺、機制的活力、技術的自信和開拓的不息。
簡易防砂從陸地油田起步
受條件所限，海上油田的完井防砂都是永久性防砂，必須做到“精裝修”。
現任海油發展副總經理、工程技術公司總經理的楊立平是中國海油完井防砂技術的第一代拓荒者之一。他常說的話是“深入現場”“大膽嘗試”“持續創新”“不斷優化”“別搞砸了”，他甚至“苛刻”要求，各所屬單位、機關各部門“一把手”上交的《工作月報》必須親自手寫，“撈干的”說，沒有特殊情況限定在兩頁之內。
1989年，楊立平從中國石油大學石油開發系鉆井工程專業畢業，正趕上渤海油田開發開放時期。那時的中國海油國內原油年產量約百萬噸，工作量不是很多，采油公司派出楊立平等一批大學生到勝利油田和大港油田分別實習半年。
在勝利油田，楊立平見識了陸地油田簡易的完井防砂：就是將預砂管直接下到油井里面，每隔三個月取出來換一次，雖然成本低廉，但是防砂效果不太理想。楊立平說，“如果把鉆井比作蓋房子，那么完井就是內部裝修，防砂是大部分油氣田完井的主要工作”，如果把陸地油田的完井防砂比喻為“粗裝修”，受條件所限，海上油田的完井防砂是永久性防砂，必須做到“精裝修”。
中國第一口多層防砂井由貝克休斯在渤海灣試驗
1989年到1999年是國外先進的防砂技術壟斷渤海油田的十年，也是中國海油引進、消化、吸收防砂技術的十年。
1989年到1999年，楊立平作為現場負責人在渤海油田干了十年的完井防砂。這十年是國外先進的防砂技術壟斷渤海油田的十年，也是中國海油引進、消化、吸收防砂技術的十年。
早期的防砂作業是一趟一層充填防砂，每完成一口井的防砂作業，起下鉆要好幾十趟，費時費力。
1997年，優快鉆井技術在渤海灣大面積推廣，平均機械鉆速提高3.6倍，平均建井周期由37天縮短到7.79天。優快鉆井倒逼完井提速，一直在渤海油田進行防砂作業的美國貝克休斯公司決定，要在中國首次進行One-Trip（一趟多層防砂完井，俗稱“糖葫蘆”）試驗。
全球第一口一趟多層完井防砂井是貝克休斯公司1983年在美國加利福尼亞實施的，但是當時的技術與現在不同。因為擔心One-Trip在渤海灣出現砂卡，貝克休斯公司把美國休斯敦總部的完井防砂設計團隊全部搬到渤海灣。“幾千米的井下，一把砂子就能把防砂管柱牢牢卡住，一旦砂卡，整口井就有可能作廢，2000萬元的鉆井投資就會化為烏有。”楊立平說。
防砂工具——那些黑色的大管子如此金貴，乘坐飛機從美國來到中國。第一口井一趟兩層，第二口井一趟三層，均取得成功，但在某口井砂卡還是發生了，好在前后花了一個半月，動用了連續油管和水力切割打撈，總算解卡。
從1998年開始，一趟多層（最多到五層）充填完井防砂技術在渤海灣大面積鋪開。
中國“工具手”全面替換“老外”
中國“工具手”迅速掌握了專業技能，英語水平很快得到提高，兩年之內全面替代了外方人員。
2001年，油公司上市，楊立平從甲方的完井防砂總監成為乙方實業公司的“一把手”。他帶領386人的監督隊伍作為中國海油當時唯一的一支監督監理力量，面對海上100多個承包商，為油公司提供鉆完井監督技術服務。“這就要求我們必須專業精、協調好、英語棒。”
管理體制發生了變化，楊立平看問題的視角明顯不同了。他經常思考這樣的問題：外方人員一天的人員費就是800美元，整個平臺有十來個外方人員，為什么需要這么多外方人員？為什么必須用外方人員？我們招聘的大學生怎么就不行？
楊立平硬是創造了中國海油的一批新崗位——ToolHand（工具手），他要完成一場史無前例的“人員置換”。幾個中國“工具手”走上平臺，給外方人員打下手，外國人擺擺手，連說：“NO！NO！NO！”楊立平急了：“為什么不用？大學生工作熱情高，穿上工服就想干活兒。”外方說：“完井防砂英文專業性很強，大學生現場對話反應不過來。”
楊立平立馬推出被人們津津樂道的“雙贏”機制：一個“工具手”替換掉一個外方人員，一天獎勵200元人民幣！一個中國“工具手”一天的人員費是300美元，這樣就能為甲方節約500美元，何樂而不為？
那個時候，鉆井總監的工資一天還不到100元，對于海油第一批沒有住房補貼的社聘制大學生來說，一天收入200元，簡直是天文數字。中國“工具手”迅速掌握了專業技能，英語水平很快得到提高。范白濤、司念亭等十多位大學生成長起來，兩年之內全面替代了外方人員。
第一個國產化防砂工具鎩羽而歸
這次“風波”讓大家對外國工具肅然起敬，這樣的工具在當時的中國還制造不了。
防砂人員完成了替換，但核心防砂技術依然掌握在外國人手里，防砂工具國產化的道路依然曲折。
1998年，貝克休斯的一趟多層防砂技術剛剛推行的時候，現場的中方技術人員在心里嘀咕：“這東西真有那么難嗎？”但隨后出現的一場“工具風波”讓中方人員對外國工具肅然起敬。
一次，有一個防砂工具從井里撈了幾次沒有撈上來，中外技術人員現場分析，認為是射孔作業把防砂工具掩埋了，就下工具打撈，但一次次撲空，最后下小尺寸卡瓦打撈筒，總算撈了上來。現場總監楊立平把外方負責人、在貝克休斯公司干了幾十年的印度人姆魯訓了一頓。年齡比楊立平還大十多歲的姆魯并不吭聲，表示接受批評。但是過了兩個小時，姆魯直奔總監室：“Mr.Yang，請跟我到甲板去！”
姆魯指著打撈上來的工具說，這不是他們制造的，他們的每個工具都有鋼號，而這個卻沒有。姆魯隨手拿來一個螺母對著工具一敲，工具表面留下一個淺坑，姆魯使勁兒敲了敲他們的工具，沒留下任何可見痕跡。
楊立平一看，這個工具粗糙得就像是“地攤貨”，顯然沒法和貝克休斯公司像“工藝品”一樣的工具比。
事后調查了解到，這個工具是中方一位老專家在陸地研制的。他說：“一個小東西這么貴，有啥了不起？”就仿造了一個“一模一樣”的，經試驗沒問題就放到了外方的工具庫里。
大家分析，中國第一個防砂工具存在兩方面的問題：一個是英制轉成公制，影響了精密度；另一個是我們的工具材質偏軟，打撈了幾次后就抓不住了，掉到了井筒里。這次“風波”讓大家對外國工具肅然起敬，這樣的工具在當時的中國還制造不了。
“適度防砂”理念先行
“適度防砂”理念很快成為中國海油完井防砂的主流認識，“中國特色”的防砂理念為渤海灣完井防砂技術帶來了巨大變革。
國產化防砂工具在防砂難度極大的渤海灣遭遇“滑鐵盧”，但是實踐出真知，國產化防砂理論卻逐漸躋身世界前列。
在渤海遼東灣實施大規模防砂后，有的油井產量低于ODP報告預期，進行了酸化處理后效果依然不明顯。大家經分析認為，這是由于防砂過度，原油和砂粒都被防住了，影響了原油產量。
2002年4月，中國海油鉆井工作會議上，時任總公司副總經理周守為提出了“適度防砂”的技術思想，要求完井從完全防砂轉向適度防砂，讓細小微粒在隨原油適當流出的同時，疏通油流通道，有效增加液體的流動能力。周守為要求技術人員解放思想、大膽嘗試。
完井防砂技術推廣應用項目組負責人、現任海油發展工程技術工具公司副經理的陳勝宏在讀研究生時就把完井防砂作為研究方向。入職海油后，他把渤海油田所有防砂井進行統計，透過防砂“大數據”探索防砂技術的規律，指出防砂工具尺寸的選擇、防砂工藝技術的參數選擇是一個系統工程，尤其到油田開發中后期，需要進行精細化“適度防砂”。“適度”到什么程度，必須結合油藏實際進行科學計算，既不能影響ODP報告產量，又不能影響完井防砂作業。
“適度防砂”理念很快成為中國海油完井防砂的主流認識，“中國特色”的防砂理念為渤海灣完井防砂技術帶來了巨大變革。
工具結構專家“橫空出世”
年輕一代科研團隊氣勢如虹，不僅將永久放到井下的外層防砂器材實現了“國產化”，而且將包括中層和內層在內的所有防砂工具實現了“國產化”。
2004年，在推行“適度防砂”理念的同時，完井防砂技術上升為國家“十一五”到“十三五”重大專項的子課題，海油發展工程技術工具公司總工程師左凱作為項目負責人，率領由8人組成的研究團隊向國產化防砂工具發起沖擊。
有的甲方領導擔心這項技術在海上出問題，反對防砂工具搞“國產化”，拍著桌子對楊立平說：“外國的技術就是好，我們就用外國的。”楊立平平心靜氣地說：“我們海油從1982年搞改革開放，實行‘拿來主義’，一直在引進、消化、吸收。20年后的今天，我們總得扔掉洋拐棍，進行自主創新，擁有我們自有的工具技術。”
當時中海石油研究中心大力支持楊立平的觀點，認為海油應該有“海油化”的核心技術。雖然6年前“工具風波”的陰影還在心頭揮之不去，但此時此刻楊立平如此堅定地推進防砂工具“國產化”，是基于科學的判斷。他看到，當時國內的彩電、冰箱、汽車等行業出現了大量的“中國制造”，而且打進了國際市場，民族工業加工制造能力和水平得到了很大發展，防砂工具“國產化”的時機已經成熟。
正如楊立平所料，2006年5月，左凱科研團隊先從簡單的防砂工具做起，與國內測繪加工制造能力一流的軍工企業合作，穩步推出具有自主知識產權的產品。短短5個月過后，他們就向頂部封隔器和坐封工具研制發起沖擊，2007年10月，完成了第一套自主化防砂工具試制，2007年11月起，開始向剩余規格防砂工具系列“國產化”邁進。
左凱說：“我一見到防砂工具眼睛就發亮。”深夜，他一個人抱著測量工具來到甲板上，拿起外方的防砂工具，一邊拆卸，一邊測量，一邊拍照。這個時期，外方發現左凱登上平臺后的第一反應就是抱起小件的防砂工具藏到房間里去。他們說，只要左凱看一眼，就能琢磨設計出比他們的工具還要好的工具。一時間，平臺上的外國人中間流傳著一句“經典”的話：“防火防盜防左凱。”
厚積薄發，勢不可擋。那時，左凱天天看《海上日報》，外方防砂工具出現了問題，他最快三天就能設計、研制、測試并替換上一套新工具。左凱率領年輕一代科研團隊氣勢如虹，不僅將永久放到井下的外層防砂器材實現了“國產化”，而且將包括中層和內層在內的所有防砂工具實現了“國產化”。
2009年12月，自主化防砂工具在陸地試驗成功。2012年12月，“海油化”防砂工具在中石油遼河油田通過現場試驗。2013年1月，“國產化”防砂工具技術在渤海灣一舉成功。自主化防砂工具技術體系獲得25項國家專利。左凱科研團隊所著的《防砂工藝技術》作為教材由石油工業出版社公開發行。
十年來，科研人員繪制了上千張圖紙，研制了近百種工具，讓3層管柱由內到外精確配合，使防砂工具一趟五層充填多達45次，在地下幾千米實現了誤差為毫米級的精準定位。同時，80多道密封模塊讓管柱不同層間實現封隔，8個流體通道精確切換導通，最小防砂層間距可達4米，遠低于進口工具的10米，使更多薄油層的分層開發成為可能。
材料工程師的奇妙世界
如果沒有對材料學精到的研究，最終研制出來的產品就會“金玉其外敗絮其中”，通過現場測試幾乎是不可能的。
楊立平說，中國完井防砂技術實現重大突破，離不開關鍵的“三劍客”，除了防砂理論領軍人陳勝宏、工具結構專家左凱，另外一個就是材料學傳奇才女孔學云。防砂工具能夠完美地呈現在人們面前，三個人缺一不可。
孔學云是內蒙古科技大學材料學碩士，防砂工具由研發變成結構精密的工具實體，要靠她對鋼材和橡膠組分進行的奇妙設計，才能耐得住井下的高溫高壓、千磨萬擊。防砂工具的鉤爪差上幾毫米，就會導致井下無法正常坐封。防砂工具對于密封性有著苛刻的要求，一個配合面的粗糙度不滿足設計條件，就會導致井下漏失。一個工具的幾十個零部件，有的需要“堅硬”，有的需要“彈性”，有的需要“記憶”，有的需要“耐腐蝕”，有的需要“真空熱處理”……如果沒有對材料學精到的研究，最終研制出來的產品就會“金玉其外敗絮其中”，通過現場測試幾乎是不可能的。
辦事認真快捷的孔學云，把材料形容為“中藥”，每一個防砂工具零部件的材料都有它自己獨特的“配方”。她研制的井下銷釘可以承受幾十公斤到幾噸不等的耐壓，該鎖定工具時紋絲不動，該放開工具時堅硬的金屬銷釘一瞬間就被液壓剪短，絕不藕斷絲連。
在孔學云的參與下，2013年6月，完井防砂軟硬件工具通過API（美國石油學會）技術認證，滿足了推廣要求。
“海油化”防砂工具走向陸地，走向海外
在某油田34口井的防砂作業中，“中國軍團”8個作業點同時展開作業，令外方異常驚訝，倒逼外國公司防砂作業主動降價30%以上。
將一項創新的技術應用于海上油田絕非易事。海上打一口井動輒一兩千萬元，失敗不起，所以一個根深蒂固的觀念是，“海上油田不是試驗田”，必須在陸地油田推廣應用成熟后才能出海作業。
楊立平說，海油發展工程技術工具公司經理張文雖然是一員女將，但是在完井防砂工具“海油化”的過程中立下了汗馬功勞。張文一次次帶著防砂工具趕到遼河油田、勝利油田推銷完井防砂技術，堅忍不拔。在寒冷的冬季，張文站在零下幾十攝氏度的遼河油田鉆井平臺上，盯著工具下井，眼眉都掛滿了白霜。
2013年，“國產化”防砂工具進行了100多次車間密封性試驗、4次井下功能試驗后開始在海上油田大范圍應用。一上手，幾乎清一色的一趟五層防砂，其中一口井的防砂段總跨度相當于3個渤海石油大廈A座的高度。漂亮的作業，標志著中國海油具備了高難度井防砂作業能力。在某油田34口井的防砂作業中，“中國軍團”8個作業點同時展開作業，令外方異常驚訝，他們不能相信中國海油這么快就完全達到了高強度、高速度的防砂作業水準。“中國軍團”的凌厲攻勢，倒逼外國公司防砂作業主動降價30%以上。
防砂技術來自海外，又走向海外。2014年12月，中國海油完井防砂技術進入印尼油田。截至2016年1月3日，“海油化”工具累計實施221井次防砂作業，保障了油田按時投產、增產和穩產。同時，形成了一支100多人的高水平防砂技術專業化隊伍，帶動了中國海油內部和外部技術研發、加工制造企業的發展，為中國海油創造了一個新的產業。
走向國際一流沒有奧秘，成為國際一流有許多奧秘，波瀾壯闊的大海知道，中國有一個完井防砂的傳奇故事。