地球是宇宙中一顆美麗的星球，它有一顆火熱的心臟。在距離地表15千米的范圍內(nèi)，由地表向地心每加深100米，地層溫度升高3攝氏度，超過15千米，增溫幅度減小。

在我國的油氣勘探開發(fā)中，一般認(rèn)為埋深超過4500米的井為深井，6000~9000米的井為超深井，超過9000米的為特超深井。順北油氣田位于塔里木盆地中西部，油藏埋深達8000米，為亞洲最深油氣田。井底溫度可以達到甚至超過170攝氏度，壓強達到150兆帕。在這樣的超高溫定向井中，鉆具“軟得像面條”，鉆井存在工具造斜能力差、摩阻扭矩大、井眼軌跡控制難度大等特點。

如果說火箭衛(wèi)星是沿著軌道飛向太空，定向鉆井則是使井身沿著預(yù)先設(shè)計的井斜和方位在地下穿行，直至到達目的層。那么，在超170攝氏度的“地下珠峰”，如同“熱面條”一樣的鉆具是怎么精準(zhǔn)鉆進油氣層的呢？

在“地下珠峰”探寶的感覺，到底有多燃？

順北油氣田堪稱全球埋藏最深的油氣田，目前的定向井井深最深達到9300米，刷新亞洲最深紀(jì)錄，相當(dāng)于向下鉆穿了一座比珠穆朗瑪峰還高的山峰。全世界高度超過8000米的山峰，也只有14座。而順北油氣田目前一共有46口垂直深度超過8000米的油氣井，7500至8000米的井更是多達76口，這些井被稱為“地下珠峰”井。

定向井技術(shù)被稱為“鉆頭的眼睛”，以特殊井下工具、測量儀器和工藝技術(shù)，為鉆進“地下珠峰”的鉆頭加裝精準(zhǔn)導(dǎo)航系統(tǒng)，指導(dǎo)鉆頭像游戲中的“貪吃蛇”一樣靈活轉(zhuǎn)彎、穿梭，在設(shè)計范圍內(nèi)高精度鉆進，找到油氣層，精準(zhǔn)中靶。

在8000米的地層深處，壓強超過170兆帕，溫度超過200攝氏度，堅硬的金屬就像“滾燙的熱干面”一樣軟，一般儀器設(shè)備難以發(fā)揮作用。同時，井眼尺寸小，直徑115.44~165.1毫米的井下鉆具振動劇烈，容易導(dǎo)致儀器故障，且深井鉆井參數(shù)傳遞延遲，小尺寸螺桿容易出現(xiàn)脫扣、斷裂風(fēng)險等，可謂是“步步驚心”。

要攬瓷器活兒，得有金剛鉆。怎樣才能在順北極限高溫地質(zhì)條件下，通過定向技術(shù)打得到、打得準(zhǔn)，還能打得成？——超高溫超高壓MWD無線測量儀器就是解決問題的“金剛鉆”。

這個“金剛鉆”，由經(jīng)緯公司技術(shù)團隊研制成功。作為在順北定向井市場占有率接近80%的服務(wù)單位，勝利定向井公司聚焦塔里木盆地深層、超深層工程定向技術(shù)需求，加強“卡脖子”技術(shù)攻關(guān)，通過多年攻關(guān)和實踐，研發(fā)了高精度的能夠抗高溫抗高壓的定向測量裝備。這種儀器就像在鉆頭上安了一只“眼睛”，實現(xiàn)了“指到哪兒打到哪兒”。

隨鉆測量技術(shù)是一種實現(xiàn)井下信息與地面監(jiān)測設(shè)備實時信息交互的技術(shù)，能實時監(jiān)測井下工程、地質(zhì)參數(shù)，以井下鉆頭位置的井斜、方位、儀器工具面等參數(shù)為主，并將測量結(jié)果及時傳輸?shù)降孛妫ΜF(xiàn)場工程師準(zhǔn)確判斷并優(yōu)化控制井眼軌跡。

在地層中的鉆頭就像人走路一樣，走路要用眼睛觀察在哪個路口拐彎，鉆井也一樣要控制鉆頭鉆到靶點。超高溫超高壓MWD無線測量儀器就是找尋地層深處目標(biāo)的“火眼金睛”，可準(zhǔn)確告知目前在什么方位、目標(biāo)在哪里。打一口定向井，鉆頭需要借助測量儀器的指導(dǎo)，在地下蜿蜒鉆進幾千米，才能順利到達油層靶點。

如何給鉆頭裝上“眼睛和鼻子”，讓鉆頭聞著油味走？

2013年，順北油田的第一口預(yù)探井——順北1井開鉆，設(shè)計井深為7600米，全井鉆井周期461天。

2023年新年前夕，喜訊傳來：部署在順北油氣田2號帶的重點探井——順北21斜井試獲日產(chǎn)油當(dāng)量1242噸，井深8836米，是“深地一號”工程第20口超深層千噸井。截至目前，順北油氣田已擁有22口“千噸井”。

從2013年到2023年，從順北1井的起步到擒獲22口千噸井，在順北油氣田，每一口井的誕生腳本里都有著非同一般的“生命模式”。在順北“深地工程”，每一口千噸井的獲得、每一項施工紀(jì)錄的刷新，都意味著高溫定向井技術(shù)上的進階和突破。

在順北超深油氣藏，要精準(zhǔn)鉆達8000米以深的目標(biāo)油藏，需要勇者，更需要智者。

“給鉆頭裝上‘眼睛和鼻子’，讓鉆頭聞著油味兒走。”經(jīng)緯公司勝利定向井公司通過引進和自主研發(fā)高溫測控裝備，形成了以高溫超小井眼定向技術(shù)、高溫高壓MWD隨鉆測量技術(shù)為核心的適用于深層油氣藏高效開發(fā)的定向工程技術(shù)系列。近兩年，他們通過在順北地區(qū)的施工實踐，進一步完善了集剖面優(yōu)化、螺桿優(yōu)選、高溫測量和超深超小井眼軌跡控制于一體的超深超小井眼定向施工技術(shù)，練就世界上獨一無二的“絕活”，為西北油田提質(zhì)提速提效提供了強有力的技術(shù)支撐。

針對順北不同區(qū)塊地層溫度情況，技術(shù)團隊持續(xù)開展高溫儀器應(yīng)用攻關(guān)，先后引進多種型號高溫高壓儀器：經(jīng)緯公司自研MatriNavi185、某中心耐185攝氏度和耐200攝氏度高溫高壓隨鉆儀器，在順北區(qū)塊施工了多口超深超高溫高壓井，解決了多項世界性難題。

超深井軌跡控制技術(shù)、高溫斜向器開窗技術(shù)、隨鉆擴孔技術(shù)、非標(biāo)超小尺寸井眼施工技術(shù)……一項項個性鮮明的創(chuàng)新，經(jīng)歷了順北油氣田不斷拔節(jié)向上的快速發(fā)展，形成了絢爛奪目的“高溫定向技術(shù)譜系”。

面對“超深”變“特超深”，超高溫定向技術(shù)還有多遠(yuǎn)的路要走？

截至目前，我國深層、超深層油氣資源達671億噸油當(dāng)量，占全國油氣資源總量的34%，深層、超深層已經(jīng)成為我國油氣重大發(fā)現(xiàn)的主陣地。

2021年，順北56X井鉆成，完鉆井深9300米，是當(dāng)時我國乃至亞洲陸上最深的水平井。在塔里木盆地，埋深在6000~10000米的石油和天然氣資源就分別占全國同深度區(qū)間資源總量的83.2%和63.9%，超深層油氣資源總量約占全球的19%。

順北油田這些“地下珠峰”井的深，不僅是物理的深，更是在技術(shù)上不斷深入探索的深。

多年來，經(jīng)緯公司已經(jīng)在順北地區(qū)形成了一套集無線隨鉆測量工具改進、井眼軌跡精確控制和水平井安全延伸評估于一體的超深水平井定向技術(shù)，相當(dāng)于給鉆頭加裝了精準(zhǔn)導(dǎo)航系統(tǒng)，實現(xiàn)了在8000米深的地下三維空間中“指哪兒打哪兒”。

2021年11月，經(jīng)緯公司使用SQMWD-U士奇200攝氏度高溫定向儀，為風(fēng)險探井順北16X井提供定向技術(shù)服務(wù)，儀器入井工作時間465.5小時，以207.9攝氏度井底超高溫創(chuàng)國內(nèi)定向施工井溫度最高紀(jì)錄，鉆成了亞洲陸上最高溫度定向井。經(jīng)中國石化石油工程技術(shù)研究院和中國石油集團工程技術(shù)研究院鑒定，這是經(jīng)緯公司在順北油氣田首口超過200攝氏度的超深定向井。

隨著順北油氣田向更深層勘探，“超深”必將變成“特超深”，地層溫度超過200攝氏度且壓力超過170兆帕，地質(zhì)條件更加復(fù)雜，定向井技術(shù)也面臨著更加嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

從170攝氏度、180攝氏度到超200攝氏度，每一個10攝氏度的進階，都需要付出艱苦卓絕的努力。經(jīng)緯公司耐200攝氏度隨鉆測量儀器設(shè)計耐溫200攝氏度、耐壓206兆帕，是國內(nèi)唯一達到此標(biāo)準(zhǔn)的高溫隨鉆測量儀器，已先后在順北8X、順北16X及順南蓬1側(cè)等井成功應(yīng)用。

雖然當(dāng)前已經(jīng)成功應(yīng)用了耐200攝氏度超高溫儀器，但儀器的穩(wěn)定性仍需持續(xù)攻關(guān)和完善，尤其是攻關(guān)260攝氏度耐高溫高壓MWD儀器、配套耐溫200攝氏度以上超高溫螺桿或全金屬螺桿等技術(shù)。

未來，超高溫高壓環(huán)境對井下儀器使用壽命和穩(wěn)定性將提出更高的要求，常規(guī)鉆具承受的拉力、剪切力高，因此，推動特深層高溫定向技術(shù)的進步需突破常規(guī)思路，加強新技術(shù)和新工具的應(yīng)用，以及高端井下定向儀器和特殊材料、裝備的研發(fā)，集中力量攻克一批“卡脖子”核心技術(shù)，支撐中國石化乃至我國特深層油氣藏的勘探開發(fā)。

專家視點

發(fā)揮大兵團優(yōu)勢 攻克關(guān)鍵核心技術(shù) 支撐特深層油氣勘探突破和效益開發(fā)

■中國石化集團公司首席專家 曾義金

特深層油氣藏埋藏超過8000米，是我國增儲上產(chǎn)的重要陣地，而以定向井、水平井為代表的定向鉆井技術(shù)是有效開發(fā)的關(guān)鍵手段。在超深地下精準(zhǔn)控制鉆頭鉆探油氣儲層，相當(dāng)于隔著一座地下珠穆朗瑪峰“定向打靶”，難度不亞于百米外“穿針引線”，業(yè)內(nèi)稱這些井為“地下珠峰”井。特深層具有超深、超高溫、超高壓和復(fù)雜巖性、復(fù)雜流體、復(fù)雜應(yīng)力的特性，多因素疊加，常常導(dǎo)致井下儀器損壞、材料失效、井眼漏失坍塌、鉆井軌跡偏離等復(fù)雜事件，給鉆井帶來巨大挑戰(zhàn)，是世界級難題。常規(guī)定向鉆井技術(shù)基本“打不成”，急需攻克定向鉆井新技術(shù)、研發(fā)新裝備，支撐特深層油氣高效開發(fā)。

定向鉆井示意圖

“深地一號”順北油氣田項目是我國典型的特深層油氣田，油氣平均埋藏深度超過8000米，最高溫度超過200攝氏度。針對特深層鉆井的技術(shù)挑戰(zhàn)，中國石化發(fā)揮大兵團作戰(zhàn)優(yōu)勢，強化技術(shù)創(chuàng)新和科技自立自強，通過持續(xù)攻關(guān)，基本形成了8000～9000米特深層定向鉆井系列技術(shù)。在軌跡設(shè)計方面，瞄準(zhǔn)地球物理對斷控縫洞儲集體空間精準(zhǔn)定位，創(chuàng)建了基于地應(yīng)力分布和縫洞地層控制的“一井多控”軌道設(shè)計方法，實現(xiàn)了單軌跡多儲集體貫通控制、酸壓長縫溝通的油氣藏增產(chǎn)目標(biāo)；在鉆井裝備方面，研制了國內(nèi)首套底座凈空高12米的9000米自動化鉆機及140兆帕大通徑節(jié)流壓井管匯，配套了高強度鉆桿和套管，為鉆達特深層提供了安全保障；在提速方面，創(chuàng)新了基于安全密度窗口拓寬的井身結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)，研制了高性能鉆頭、大扭矩螺桿和減振穩(wěn)扭沖擊器等提速工具，硬地層機械鉆速提高35%～64%；在井筒穩(wěn)定方面，研發(fā)了耐溫220攝氏度、密度2.2～2.4克/立方厘米高溫高密度鉆井液及高效承壓堵漏體系，開發(fā)了高溫?zé)o固相鉆井液、200攝氏度納米液硅-膠乳高溫防氣竄水泥漿及204攝氏度平衡液缸尾管懸掛器，為特深層安全成井奠定了安全基礎(chǔ)；在高溫測量技術(shù)方面，研制了185攝氏度MWD（隨鉆測量儀），創(chuàng)建了“單斷單柵、單斷多柵、多斷多柵”結(jié)構(gòu)體的軌跡貫通控制技術(shù)，研制了耐溫200攝氏度、耐壓206兆帕的常規(guī)測井儀器系列、電纜測井+鉆具直推存儲式的雙功能測井系統(tǒng)，突破了高溫測量儀器卡脖子技術(shù)；在測試壓裂方面，研制了204攝氏度、105兆帕氣密封測試封隔器及180攝氏度高溫交聯(lián)酸體系，形成了“雙級緩速壓得遠(yuǎn)、暫堵分流壓得寬、工具分段壓得多”三種酸壓溝通模式，以及“五閥一封”測試-酸壓/酸化聯(lián)作工藝，為高產(chǎn)井提供了技術(shù)保障。

這些關(guān)鍵技術(shù)的突破，確保了順北油氣田定向鉆井精確中靶，形成了系列技術(shù)規(guī)范，實現(xiàn)了從“打不成”到“打得成”再到“打得準(zhǔn)、打得快”的重大跨越，支撐了17億噸油當(dāng)量油氣資源的發(fā)現(xiàn)和產(chǎn)能建設(shè)。截至2022年底，順北油氣田完成了88口井深超8000米特深層定向鉆井，鉆井速度大幅提高，鉆井周期和工程成本顯著降低，規(guī)模儲集體鉆遇率提升了16.5個百分點，高產(chǎn)井成功率提高至87.5%，斬獲22口千噸井。2021年，順北56X井完鉆井深9300米，創(chuàng)造了年度亞洲最深井紀(jì)錄；順北84X井完鉆垂深8956.25米，刷新了亞洲陸地定向井最大垂深紀(jì)錄。

我國深層油氣資源豐富，達671億噸油當(dāng)量，占全國油氣資源總量的34%，主要分布在塔里木盆地和四川盆地。隨著油氣勘探開發(fā)深度不斷增加，并向1萬米進軍，地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜加劇，不確定因素增多，特深層工程技術(shù)面臨作業(yè)風(fēng)險更大、工程質(zhì)量控制更難、技術(shù)可靠性要求更高、作業(yè)周期更長等一系列難題，急需對高性能重載自動化鉆機裝備、特深層鉆井地質(zhì)環(huán)境因素描述及風(fēng)險預(yù)測、200攝氏度超高溫隨鉆測量儀器、高性能提速工具及測試工具、240攝氏度鉆井液固井液技術(shù)、超高壓井控技術(shù)、超高溫縫洞儲層壓裂技術(shù)等進行持續(xù)攻關(guān)并取得突破，形成我國陸上原創(chuàng)技術(shù)策源地，支撐特深層油氣勘探重大突破和效益開發(fā)，奠定我國在世界超深油氣領(lǐng)域勘探開發(fā)的領(lǐng)軍地位。