2007年9月12日，作业人员在火驱试验现场奋战。当年，风城油田作业区水平井火驱先导试验项目正式投用。 （风城油田作业区供图）
工欲善其事，必先利其器。对一个油气田的勘探开发而言，随着理论认识和技术水平的不断提升，往往会带来发展上一次次质的飞跃。而其中，石油装备所起到的推动和促进作用同样不可忽视。
因为，新的理论与技术往往要“物化”为具体的机械装备，才能发挥出科技进步的威力。装备，是新理论新技术的载体。
“钻头不到油气不冒，装备不强油气难长。”这句很多老石油们常常提到的顺口溜就形象地点出了石油装备对于油气勘探开发生产的重要性。
纵观克拉玛依油田稠油开采几十年的发展历程，正是伴随着一个个重大装备利器的诞生，才让科技人员层出不穷的想法最终变为现实，才使各项先进的技术手段最终成功运用。
也正是在这一个个“金刚钻”的开路下，开发克拉玛依稠油这个世界级难题的“瓷器活”才有了最为现实的前提和保证。
2016年2月25日，科研人员在风城油田作业区火驱现场跟踪水平井产出气、液处理情况，并录取相关资料。（风城油田作业区供图）
现实掣肘
1983年3月，石油部全国稠油资源开发会议在北京召开。会上，辽河油田负责人关于稠油勘探开发成果的汇报，让前来参加会议的克拉玛依石油人艳羡不已：“咱克拉玛依也有稠油呀！”
是的。早在1958年，时任克拉玛依矿务局生产技术处处长的张毅，就带队对克拉玛依风城地区的这种难以流动的原油进行过开采试验。
也是在这次会议上，让此时已担任新疆石油局局长的张毅重新拾起了二十多年前的梦想——是时候开采克拉玛依风城的稠油了。
但与普通稀油的开采不同，要让这种流不动的油流起来，面临着太多的难题，其中一个关键的问题是对开采工艺的要求。于是，他把探路先锋的工作交给了新疆石油管理局油田工艺研究所。
于是，从那一年起，工艺研究所所长王国瑞带领着一支由130人组成的“热采队”，在风城油田围绕这样一个问题开始了攻关：如何让稠油产生流动性——既能够从地底下被采出来，还能够通过管道或车辆进行运输。
事实上，对于这个让人发愁的稠油，国内外所有技术手册的定义是这样的：“黏度小于1万厘泊的，叫做普通稠油；1万厘泊至5万厘泊，叫特稠油；大于5万厘泊的，叫做超稠油。”而王国瑞他们面对的超稠油，黏度是95万厘泊。
按照当时的资料，“热水循环降黏法”可以使超稠油黏度降低到产生较好的流动性。“但面对风城油田这样高黏度的超稠油，如果采用‘热水循环法’，所消耗的煤和泵送热水耗电的成本太高，显然是无法承受的。”
于是，热采队想到了另一种化学方法：在稠油中加降黏剂。
经过十几种配方、一百多次室内实验，王国瑞他们找到了“风3号”和“风4号”两种最佳配方，把95万厘泊的超稠油黏度降到了79厘泊。这个黏度使超稠油机采成为了可能。
但在进一步的工业化推广中，研究人员发现，仅仅加入降黏剂不够，还必须将物理和化学手段相结合。
“先向油井内注入蒸汽，关井一段时间，待蒸汽的热能向油层扩散后，超稠油的黏度大大降低了，就可以开井生产。”王国瑞采取的这种方法，叫做“蒸汽吞吐法”。
2012年5月21日，风城油田作业区员工在巡检新装置。该作业区旋流除油试验于2010年6月启动，除油率可达90%以上，有效降低了污油产生量和污水后续系统的处理压力。（风城油田作业区供图）
可即使采用这种方法，影响开采效果的因素仍有很多，最主要的是“蒸汽干度”，也就是纯粹的水蒸气的比例。但当时采用的国产锅炉产生的蒸汽干度只有30%，一口井每天只能采出不到1吨的超稠油。
无奈，1984年，油田工艺研究所副所长彭顺龙只得带人到国外考察高干度锅炉，并在美国订购了两台，这两台锅炉产出的蒸汽干度达到了60—70%。
考察热采稠油效率的最主要指标是油汽比：注入的蒸汽越少，采出的稠油越多，效率就越高。
用国产锅炉热采的油汽比不到0.1，而这两台美国锅炉可以使油汽比达到0.2——超出了一倍多。从经济效益的角度讲，油汽比达到0.2%，风城的超稠油可以实现稠油的工业化开采。
这一巨大的差距让大家一下看到了自身在设备上的明显不足，也让很多人开始意识到，没有先进的石油装备作为依托，即使认识到问题所在，也无法有效加以解决。
厚积薄发
2012年8月22日，由新疆油田公司工程技术公司经过4年攻关研发的“高干度油田注汽锅炉和高干度蒸汽生产方法”，获得国家发明专利。
这一装备的问世，为克拉玛依油田超稠油的开发又一次带来了福音。
超稠油因其黏稠又容易凝固，很难被开采出来，因而被称为“流不动的油田”，是世界公认的原油开采难题。整个中国发现的稠油地质储量有十几亿吨，其中风城油田占了近四亿吨。如何让风城这近四亿吨储量的超稠油乖乖地从地下来到地面“重见天日”，发挥其重要的经济和国防建设价值，是克拉玛依油田多年的夙愿。
在稠油开发的长期攻关中，工程技术公司作为克拉玛依油田装备制造的大本营，始终依靠“自主研发”，为取得这场战役的胜利不断攻坚克难。而长期困扰大家的在稠油开发中锅炉蒸汽干度问题就是他们一直关注的重点。
以在风城油田实施的 SAGD技术而言，它要求注入井底的蒸汽干度≥70-75%，而用普通锅炉的话，注入井底的蒸汽干度通常不到50%。别看两者只是在数字上相差了20%，但要把50%变为70%，却需要分别攻克高效汽水分离、饱和浓盐水掺混汽化、过热、再掺混一体化、燃烧工况自动调节、配套高温水处理、触摸屏控制系统等一系列核心技术问题，并将其融合成一个稳定高效的运行体系并形成量产，难度非常高。
技术人员决定专门为此研制配套的系列油田过热注汽锅炉。
工程技术公司产品开发研究所所长周建平非常清楚：如果SAGD可以成功应用，那将让克拉玛依油田稠油开采实现跨越式发展，与之匹配的油田过热注汽锅炉性能也要实现跨越式发展，而且已迫在眉睫、刻不容缓！
虽然当时国内外并无这种锅炉成功研发的先例，但公司二十多年的锅炉研制实践经验给了大家信心。技术人员下定决心一定要啃下这块“硬骨头”：国内外没有的产品，不代表我们就不能生产出来！
一支由十多名技术研发骨干组成的“高干度过热注汽锅炉项目研发小组”迅速组建。走在这条从无到有的创新之路上，队员们都做好了“吃苦”的准备。
2020年9月21日，风城油田作业区员工在重32井区检查注汽锅炉运行情况。本报首席记者 闵勇 摄
摸索前行
首先要进行项目调研。研发小组多次与国内知名锅炉制造厂家进行学习交流，从海量的相关技术资料中收集分析整理任何可能有用的信息。
周建平回忆道：“当时我们研制油田过热注汽锅炉的知识和经验比较欠缺，遇到研发难题找不到症结时压力非常大，但我们非常乐观、信心十足，坚信一定能攻克各种难题。”
研发小组结合SAGD开发工艺的特殊要求，在常规锅炉的基础上，针对过热器、分离器、掺混器、自动化系统等核心部件进行了重新设计并不断优化改进。
油田过热注汽锅炉在风城油田重32井区、重37井区试运行时，研发设计、调试人员吃住在井场。
试运行中，由于储层比预期的复杂，发生了井下筛管受汽窜出砂破坏,举升能力不足导致蒸汽室不能向下推进,蒸汽压力过低等实际运行方面的技术问题。
“问题”就是命令，不管白天晚上，只要有问题，研发小组立马就在现场着手研究解决。锅炉房噪音特别大，操作人员需要戴耳塞保护听力，研发人员在里面进行调试往往一待就是五六个小时；夏天，锅炉房里温度有时能高达六十多摄氏度，研发人员带着防暑药品，往往一进去就是半天，出来时全身上下早已被汗水浸透；白天现场调试改进，晚上继续设计、计算、绘图……
路亚莉是小组里唯一的女士，2008年开始现场试验时，她的孩子刚刚一岁多，而她驻扎在风城试验现场，两三个月才能回家一次。每次回家她抱着孩子亲了又亲，舍不得放手，对孩子的思念和愧疚交织在一起的复杂感受，常常让这位年轻的母亲心碎……
就这样，春去秋来，几度寒暑，研发小组全体成员以信心为支柱，互相支持、互相鼓励，一路摸索前行。
大显身手
2008年8月22日，经过不断研究、改进、优化设计，克拉玛依油田第一台油田过热注汽锅炉自主研发成功，并向国家知识产权局申报国家专利；2009年10月，经过优化改造后的油田过热注汽锅炉样机投入试验，锅炉蒸汽出口干度可达100%，过热度可达到25℃，完全满足SAGD对“蒸汽”的技术要求。
2011年，锅炉实现批量生产，首批6台油田过热注汽锅炉陆续在风城重18井区顺利投产，有效满足了油田特超稠油注汽开发工艺需求。
2012年8月22日，工程技术公司“高干度油田注汽锅炉和高干度蒸汽生产方法”获得国家知识产权局颁发的发明专利证书。
研发小组成员纷纷感慨道：“终于能松一口气了！”
数据显示，运用普通锅炉进行蒸汽吞吐和蒸汽驱等传统稠油开采方式，采收率一般在22%-28%。而应用“高干度油田注汽锅炉和高干度蒸汽生产方法”专利技术，使稠油采出程度达到50%；单井产量达45吨以上，是普通直井的10倍、水平井的5倍；油汽比达到0.48，超过了方案设计指标。在节能方面，已投入使用的19台油田过热注汽锅炉，年节约清水（减少污水排放）16.8万吨，年节省天然气2535.8万立方米。
2535万立方米天然气是什么概念？这大致相当于当时克拉玛依全体市民一年的天然气消耗量。
经过近几年的不断研发和改进完善，目前该类型锅炉从点炉到产生过热蒸汽已全程实现自动化控制管理，无需人员值守，技术创新水平在国内首屈一指。
几年来，该公司还先后设计开发出SAGD、火驱专用井口装置等，有效满足了油田不同工况的稀、稠油开发要求。
2012年9月，在中国（克拉玛依）国际石油天然气及石化技术装备展览会上，工程技术公司的注汽锅炉、抽油机、井口装置等六大系列特色装备在克拉玛依会展中心集体亮相，向国内外友人充分展示了工程技术公司技术成熟、服务广泛、一体化工程技术保障的优势。
2020年9月21日，风城油田作业区SAGD一号采油站，一架架稠油开采装置矗立在注汽管线交织的生产现场。本报首席记者 闵勇 摄
助力火驱
国内各油田稠油老区注蒸汽开采已进入开发后期，面临采出程度低、油气比低、吨油操作成本高等问题，亟待寻求接替开采技术。
火驱技术是通过注气井连续注入空气，点燃并加热油层，将原油推向生产井的一种稠油热采技术，具有热效率高、采收率高、节能环保等优势，是比较理想的接替开采技术，新疆油田公司于2008年启动了“红浅1井区直井火驱先导试验”，这是中石油首个自主管理、自主开发的火驱项目。红浅1井区火驱先导试验经过近8年的室内攻关和现场试验，使这个蒸汽开采后停产10年的废弃油藏重新产油，阶段采出程度达到22.5%，取得了阶段成果，形成了配套技术，具备了工业化开发的条件。
在火驱试验项目中，点火工艺技术是火驱采油的关键技术之一，为此，承担任务的工程技术研究院科研人员经过8年现场试验和室内攻关自主研制了固定式、小直径移动式、连续管一体式等系列点火器和配套车载点火装置，实现了点火设备的“自动化、模块化、标准化、系列化”，可以满足不同井型、深度的点火需求，为火驱技术的推广应用提供了重要的技术支撑。
火驱监测技术是生产调控、安全生产以及能否顺利实施的关键。针对火驱高温、高产气两大生产特点，工程技术研究院先后研发了井下温度压力监测技术、产出气监测技术、火线前缘监测技术相结合的火驱动态监测系列技术，整体达到国际先进水平。
保障SAGD
SAGD即蒸汽驱重力辅助泄油技术，是目前世界上最先进的稠油开采技术。
2008年10月1日，在股份公司的一个实验项目——风城油田重32井区SAGD先导实验区，第一对SAGD水平井完井。这对水平井的完井，意味着克拉玛依油田通过科技创新，在超稠油开发技术的探索上又前进了一步。
克拉玛依油田稠油超稠油资源丰富，浅层稠油经过二十多年的规模开发，已形成配套技术。但对于50℃原油黏度2×104mpa·s以上的超稠油缺少有效开采技术，采用常规注蒸汽开发方式难以有效动用。
对于采用常规热采技术无法经济有效开采的油砂和超稠油而言，SAGD技术无疑是一种有效的开采技术。
然而，随着井控安全要求的提高和带压作业工艺技术的推进，技术人员发现原有SAGD井口的产品结构和管柱悬挂方式不能满足返液和后续作业的需要。
针对这个问题，工程技术研究院科研人员经过攻关自主研制了新型SAGD芯轴式平行双管井口，以满足SAGD开发工艺及热采带压作业的需求。
“新型SAGD井口，不仅能够满足SAGD注汽阶段注汽、测试、返液及后期生产的工艺过程要求，而且解决了后期修井过程的井控问题，为新疆油田公司SAGD工艺的应用和完善奠定了装备基础。”工程院研究所产品设计人员申玉壮介绍。
不仅如此，通过多年攻关，该院技术人员还研发形成了浅层双水平井SAGD钻采工程配套技术体系，自主研制了完整配套的钻完井、注汽、举升、监测等配套工艺及设备，保障了风城油田作业区难动用浅层超稠油油藏的规模化开发。
SAGD开发主要有双水平井、直井—水平井组合和单水平井3种布井方式。其中双水平井SAGD蒸汽腔发育体积大、驱油效率高，而双水平井SAGD从预热启动到正常生产这一过程产油量很少，且通常需要3—6个月甚至更长时间，导致蒸汽消耗量大、能量利用率低及产出液处理难等一系列问题。
同样，针对这一系列问题，工程院技术人员根据风城超稠油油藏具有黏度高、渗透率低、导热系数低、非均质性强的特点和风城油砂特征，开展了风城油砂扩容机理研究、理论模型、研制施工设备及配套工艺，形成SAGD快速启动技术，实现快速建立井间连通。实施这一系列技术的油井，平均缩短预热周期60%，节约蒸汽54%。这一系列技术打破了技术垄断，填补国内空白，实现了技术国产化。
针对SAGD技术，仅新疆油田公司工程技术研究院就通过攻关，形成了7项发明专利、29项实用新型专利、7项标准（规范）、1套软件、23套工具、21篇论文、2部著作等成果，总体水平达到了国际领先水平。
安全稳产
了解稠油生产的人都知道，放套管气是稠油生产最为日常也最为重要的一项基础工作。在开发稠油过程中，油井套管内会产生大量气体，如不及时排出，将会影响油井的正常生产。
这种生产特性要求油井每天都要进行套管气放压，由此就产生了两个问题。
一是员工劳动强度大。目前，风城油田采油一站开井数量在930口以上。按照风城油田作业区要求，每口井每天需要放套气2至3次，上产时期甚至增加到3至4次。这使得一线员工们劳动强度很大，而且当井下压力较大时，人工完成一次放气少则10分钟，多则半小时，劳动效率较低；
二是环境污染，放压管线架设在地面上，放气时产生噪声，且井下压力容易把原油携带喷出，造成井场地表和空气污染。
通过自主研究，工程院技术人员发明制造了井下定压放气阀。这一装置的应用可以在很大程度上解决这个难题。放气阀被安装在稠油井上下油管之间，当油井内的套管环形空间气体压力高于油管内部压力时，气体进入油管内腔；当套管内的气体压力低于油管内压力时，气体由套管进油管，以此达到稳定放气的效果。
2013年，风城油田作业区在重32井区20口井上安装了这种放压阀，结果显示，安装放气阀的油井产量明显高于相邻的同轮次油井，稳产效果显著。
人们运用科技发现了稠油，承载着新技术新工艺的机械装备又助力了稠油开采。回顾克拉玛依油田几十年的稠油开发历程，各类重要装备为稠油开发不断注入着蓬勃的生机。我们相信，随着更多新装备的不断诞生，克拉玛依的稠油开发必将得到更加有力的保障。
明日请关注克拉玛依油田稠油开发的奋进历程系列报道之十：《重大创新利国利民——克拉玛依油田稠油开发技术创新的综合效益分析》）
