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萬米深井鉆完井工程代表當(dāng)今世界鉆井最高水平，是復(fù)雜的系統(tǒng)工程，面臨諸多世界級難題，是我國深部油氣探索、地質(zhì)科學(xué)與裝備發(fā)展的必然選擇。目前，我國鉆完井井深已突破9000米，但與實現(xiàn)10000米安全高效鉆完井能力仍有差距，亟須解決特深與極端溫度壓力等環(huán)境導(dǎo)致的重大難題，研發(fā)萬米深井前沿技術(shù)，打造高端鉆完井裝備及創(chuàng)新制造產(chǎn)業(yè)鏈，在世界范圍內(nèi)開拓“萬米深地油氣資源”新領(lǐng)域。

在近日舉辦的中國國際油氣勘探技術(shù)年會上，中國工程院院士孫金聲作了題為《萬米深地油氣鉆完井技術(shù)與攻關(guān)方向》報告，本版刊發(fā)部分觀點，敬請關(guān)注。

深層超深層是我國油氣重大戰(zhàn)略接替領(lǐng)域，39%的剩余石油和59%的剩余天然氣資源分布其中，據(jù)預(yù)測，萬米深地仍有大量油氣資源。

目前，我國鉆完井井深已突破9000米大關(guān)，但特深層巖性復(fù)雜，超高溫、超高壓、超高應(yīng)力、超高鹽等條件，導(dǎo)致鉆井施工風(fēng)險大、工程質(zhì)量控制難，距離實現(xiàn)10000米安全高效鉆完井能力尚有差距。因此，亟須解決特深與極端溫度壓力等環(huán)境導(dǎo)致的重大難題，研發(fā)萬米深井前沿技術(shù)，打造高端鉆完井裝備及創(chuàng)新制造產(chǎn)業(yè)鏈，在世界范圍內(nèi)開拓“萬米深地油氣資源”新領(lǐng)域。

萬米深層油氣鉆探進(jìn)入倒計時

萬米深井鉆完井工程代表當(dāng)今世界鉆井最高水平，是復(fù)雜的系統(tǒng)工程，面臨諸多世界級難題，是我國深部油氣探索、地質(zhì)科學(xué)與裝備發(fā)展的必然選擇。

國外自20世紀(jì)70年代起開展特深井鉆探，完鉆20余口萬米級深井，主要以科探井和大位移水平井為主，垂深超過萬米的有3口井。蘇聯(lián)SG3井（科學(xué)鉆探井）是目前世界上最深的直井，完鉆井深12262米，由于當(dāng)時工業(yè)基礎(chǔ)薄弱，石油管材、裝備受限，歷時23年鉆成。美國Tiber探井是距當(dāng)前時間最近的萬米直井（油氣井），2009年完鉆，井深10685米（含水深1259米），該井是bp在美國墨西哥灣所鉆的最深井，發(fā)現(xiàn)了Tiber超深層油氣藏。

向地球深部進(jìn)軍是我國必須解決的戰(zhàn)略科技問題，萬米深地鉆完井技術(shù)將有力推動重大技術(shù)裝備攻關(guān)和重大工程項目突破，奠定我國在萬米深地油氣工程技術(shù)領(lǐng)域的國際領(lǐng)先地位，實現(xiàn)石油科技高水平自立自強(qiáng)。

我國深層超深層油氣資源豐富，主要分布在塔里木、四川等盆地，其中塔里木盆地奧陶系、震旦系超深層（8000~12000米）估算石油資源量10.17億噸、天然氣資源量1.9萬億立方米；四川西部燈影組超深層（部分超10000米）估算天然氣資源量5.6萬億立方米。

近年來，我國深井技術(shù)發(fā)展迅速，已突破9000米大關(guān)，萬米深層油氣鉆探進(jìn)入倒計時。已研制7000~12000米系列鉆機(jī)，攻克控壓鉆井、垂直鉆井、耐溫220攝氏度鉆井液、抗溫230攝氏度水泥漿固井等技術(shù)，推動深井鉆井技術(shù)快速發(fā)展，井深紀(jì)錄不斷被刷新。

目前，國內(nèi)陸地鉆機(jī)、頂驅(qū)、控壓鉆井、膨脹管、高密度油基鉆井液、大溫差固井等關(guān)鍵技術(shù)取得進(jìn)展，達(dá)到或接近國際先進(jìn)水平，但在復(fù)雜超深井井身結(jié)構(gòu)拓展、高溫隨鉆測量儀器、垂直鉆井、高效鉆頭、高溫隨鉆擴(kuò)眼器、高強(qiáng)度低密度鉆桿、高溫高壓固井和完井工具等方面仍與國外存在差距。

“全球獨有”帶來七大難題

我國萬米超深層鉆探難度可謂“全球獨有”，復(fù)雜的地質(zhì)工程特征帶來了七大難題。

一是超深、復(fù)雜多壓力系統(tǒng)，現(xiàn)有井身結(jié)構(gòu)不能滿足要求。由于萬米目標(biāo)地層壓力系統(tǒng)復(fù)雜、高低壓多變、斷層相互交織，易導(dǎo)致坍塌、漏失，且8000米以深地層信息不準(zhǔn)，無有效參考資料，現(xiàn)有技術(shù)無法精準(zhǔn)預(yù)測地層壓力、演示力學(xué)特征，井下風(fēng)險管控難度大，需考慮備用1~2個開次，才能有效封堵風(fēng)險層段。

二是鉆桿/套管超長、重量大，管柱強(qiáng)度不足、鉆機(jī)負(fù)荷大。萬米深井可能存在管柱超重問題，若是套管最大重量超過12000米鉆機(jī)安全載荷極限（900噸），則現(xiàn)有鉆機(jī)無法滿足要求，且必須保證套管/尾管懸掛器/鉆桿等井下鉆具，具有足夠的抗拉余量，若地層含有硫化氫，還必須具備抗腐蝕能力，因此亟須研發(fā)高強(qiáng)度低密度鉆桿、抗硫高鋼級套管及重載尾管懸掛器等，保障井下管柱安全。

三是超深超長井段沿程能耗大、動力傳遞效率低，鉆頭動力不足、破巖難度大。萬米井深水力與機(jī)械能量傳遞困難，沿程流體壓耗可能大于50兆帕，現(xiàn)有鉆井泵最高泵壓僅52兆帕，無法滿足要求，并且由于超長管柱沿程摩阻扭矩大，針對下部堅硬巖石，破巖與提速面臨多重挑戰(zhàn)，亟須完善破巖理論認(rèn)識，研發(fā)高性能井下動力鉆具、輔助破巖工具與技術(shù)。

四是特高溫高壓條件下，鉆井液流變性與井壁穩(wěn)定難以保障。萬米深井油氣鉆探要求鉆井液具備“三高一長”的特征，即耐高溫、高密度、耐高鹽且長時間性能穩(wěn)定，四項需求疊加，技術(shù)難度極大。另外，超高溫地層遇到相對低溫鉆井液發(fā)生的冷卻致裂和超高溫條件下水活性變化可能導(dǎo)致井壁碎裂失穩(wěn)，如德國KTB井鉆至9101米時就因此引發(fā)井壁坍塌，現(xiàn)有技術(shù)無法有效解決。

五是高溫超長封固段水泥漿與固井技術(shù)對萬米深井的適應(yīng)能力仍需進(jìn)一步驗證。特深、長封固段、復(fù)雜壓力系統(tǒng)等條件，對固井水泥漿沉降穩(wěn)定性、流變性、防竄能力、水泥石強(qiáng)度穩(wěn)定等提出極高要求，一方面需要持續(xù)提升固井水泥漿高溫沉降穩(wěn)定性與稠化時間調(diào)控能力，另一方面針對水泥漿體系存在超高溫敏感性強(qiáng)、靜膠凝過渡時間長、長期抗高溫性能不足等問題，研發(fā)具備短期防竄和長期封隔性能的水泥漿。

六是超高溫高壓給關(guān)鍵裝備、工具帶來挑戰(zhàn)。據(jù)預(yù)測，井底溫度達(dá)220攝氏度，壓力超過175兆帕，在超高溫高壓、高鹽酸性環(huán)境、強(qiáng)烈振動等惡劣工況下，現(xiàn)有螺桿、隨鉆測控、固井、完井等工具儀器及井控裝備均難以滿足需求。

七是萬米深井井控風(fēng)險高，需要提升井筒安全監(jiān)控與應(yīng)急處置技術(shù)水平。井控安全是紅線。萬米深井由于溫度和壓力超高，危害更是難以估量，但目前國內(nèi)在井控基礎(chǔ)理論及應(yīng)用方面與國外差距較大。

堅持系統(tǒng)思維，打造萬米深地油氣產(chǎn)業(yè)鏈

“上天難、入地更難”，我國深井雖然已突破9000米大關(guān)，但距離安全高效鉆成萬米井深仍有較大差距，每深入地下一米，鉆完井工程難度都要大幅增加。

絕對鉆探深度帶來極端施工難題，貫穿地層層系顯著增多，復(fù)雜壓力地層與復(fù)雜巖性地層交互，涌漏塌卡頻發(fā)，井下風(fēng)險管控難度倍增；井筒溫度與壓力條件更加苛刻，現(xiàn)有技術(shù)難以有效應(yīng)對，并且從單一復(fù)雜加劇成錯綜復(fù)雜，同一井段多種風(fēng)險共存，多重條件制約。例如：壓力窗口窄，井身結(jié)構(gòu)設(shè)計難度大，安全鉆井風(fēng)險高；深部地層硬度大、研磨性強(qiáng)，鉆井提速難度大；超深井套管載荷大，油井管服役工況復(fù)雜等。

因此，實施萬米深井鉆探要采取系統(tǒng)思維，統(tǒng)籌規(guī)劃、梯次實施，助力打造萬米油氣產(chǎn)業(yè)鏈。

一方面，要加強(qiáng)極端工況理論分析方法及耐特高溫高壓材料研究。針對萬米深井的極端溫度壓力、極端井身結(jié)構(gòu)、極端井深、極端工況4種極端條件的挑戰(zhàn)，在井身結(jié)構(gòu)設(shè)計、井下動力高效傳遞破巖與測量控制、高強(qiáng)輕質(zhì)油井管、井壁穩(wěn)定、井控與測試等方面開展關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)。

另一方面，要加快工程技術(shù)裝備突破，助力萬米深層油氣勘探與開發(fā)。圍繞所必需的鉆完井關(guān)鍵技術(shù)裝備攻關(guān)，突破諸多裝備、工具、工作液等工作極限，全面打造萬米深井技術(shù)裝備體系，形成萬米深井作業(yè)能力。

實現(xiàn)“打成萬米深井”目標(biāo)后，還要總結(jié)經(jīng)驗、迭代升級，逐步提高效率，科學(xué)、精準(zhǔn)、安全、高效生產(chǎn)，實現(xiàn)物探—鉆井—測井—完井試油—井下作業(yè)與儲層改造—采油采氣的萬米油氣關(guān)鍵工程技術(shù)產(chǎn)業(yè)鏈“從無到有”的蛻變。（本報記者 秦紫函 整理）

經(jīng)緯公司：強(qiáng)化科技創(chuàng)新  支撐深地鉆探

近日，經(jīng)緯公司西南測控公司承擔(dān)五開40臂井徑測井、射孔施工的中國石化重點預(yù)探井仁探1井，以測井深度8230米、測量井段溫度188攝氏度，創(chuàng)西南工區(qū)射孔施工超深、超高溫紀(jì)錄和國內(nèi)多臂井徑測井井深最深和井溫最高新紀(jì)錄。

西南測控公司在深地探測領(lǐng)域不斷強(qiáng)化科技創(chuàng)新，持續(xù)提升油氣勘探開發(fā)服務(wù)保障能力。

練就“火眼金睛” 助力油氣發(fā)現(xiàn)

“測井是油氣發(fā)現(xiàn)的‘耳朵’和‘眼睛’，解決深井超深井高溫高壓測井難題，必須從工藝、儀器裝備上突破?！蔽髂蠝y控公司測井技術(shù)服務(wù)中心主任劉殿清說。

相對于中淺層油氣藏，深層油氣藏具有更高的溫度和壓力，其最高溫度達(dá)200攝氏度、壓力達(dá)180兆帕，高溫測井工藝和技術(shù)難度堪比航空航天，電子元器件耐高溫是世界級難題。

為練就深地油氣發(fā)現(xiàn)的“火眼金睛”，西南測控公司通過自主研發(fā)、外部引進(jìn)，持續(xù)改造升級核心設(shè)備，完善高溫高壓測井工藝，形成了常規(guī)測井、自然伽馬能譜、地層傾角、陣列感應(yīng)、聲成像及電纜濕接頭測井、泵出存儲式測井、過鉆頭測井等系列測井工藝，解決了深井超深井高溫、高壓、高工程風(fēng)險施工難題，成功完成了元壩701井等一批高壓井施工，在彭州6-6井完成了8200米海相地層油基鉆井液測井施工。

定錄導(dǎo)一體化 精準(zhǔn)導(dǎo)航不迷路

西南測控公司針對超深井施工難題，強(qiáng)化特殊錄井、定向、地質(zhì)導(dǎo)向新工藝技術(shù)的應(yīng)用。錄井方面，他們開展元素錄井、GR能譜錄井、核磁錄井、三維定量熒光、鉆井液離子色譜等特殊錄井，有效解決了地層劃分、儲層評價、流體識別等地質(zhì)問題；定向井方面，研發(fā)形成了超深定向井、水平井井眼軌跡控制、超深小井眼套管開窗側(cè)鉆和深層頁巖氣旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向等工藝技術(shù)，為優(yōu)快鉆進(jìn)、長穿優(yōu)質(zhì)儲層提供保障；大力推進(jìn)測錄定專業(yè)融合，實施“一體化作戰(zhàn)” “一站式服務(wù)”，形成“風(fēng)險預(yù)測—地質(zhì)跟蹤—工程定向—地質(zhì)導(dǎo)向—軌跡調(diào)整”閉環(huán)管理。

一體化模式在彭州5平臺和6平臺試點和推廣，有效推動深地工程施工提速提效；在超深井元壩102-5H井的施工過程中，定錄導(dǎo)工程地質(zhì)一體化團(tuán)隊針對氣藏埋藏超深、礁體“小薄散”、多壓力系統(tǒng)等復(fù)雜地質(zhì)情況，精細(xì)跟蹤優(yōu)化鉆井軌跡，設(shè)計多種井斜待鉆軌跡與地質(zhì)模型擬合，成功實現(xiàn)“一孔雙礁”，創(chuàng)元壩氣田井深最深、水平段最長、鉆井周期最短紀(jì)錄。

解決射孔難題 叩開深地大門

超深井射孔過程中，射孔瞬間形成的動態(tài)載荷對射孔管柱的安全性產(chǎn)生影響，嚴(yán)重時會使射孔管柱彎曲、斷裂。射孔用炸藥也會隨著溫度的升高，分解速度加快，穩(wěn)定性變差。

為解決四川盆地超深、超高壓、超高溫儲層射孔完井難題，西南測控公司開展深井超深井射孔工藝技術(shù)研究，形成滿足超深油氣井測試要求的射孔工藝技術(shù)，實現(xiàn)在高溫高壓環(huán)境下精準(zhǔn)起爆，在超深井射孔施工中，射孔一次成功率100%。

此外，經(jīng)緯公司石油裝備西南維保基地正在建設(shè)，將形成石化經(jīng)緯西南研發(fā)中心，為四川盆地超深井油氣資源勘探開發(fā)提供有力支撐。（田宏遠(yuǎn) 陳增寶 田宏永 唐 誠 李 坤）

中原石油工程 ：集成鉆井技術(shù)  勇攀“地下珠峰”

6月5日，中原石油工程公司80108鉆井隊承鉆的順中1斜井鉆至3808米，創(chuàng)出僅用10.48天進(jìn)尺3000米的新紀(jì)錄。該井設(shè)計井深9308米，是中國石化探索順北區(qū)塊部署的預(yù)探井。

目前，該公司有8支鉆井隊在順北油氣田施工，已承鉆超深井17口，占順北區(qū)塊超深井45%。他們以技術(shù)集成創(chuàng)新為核心，積極探索超深井優(yōu)快鉆進(jìn)技術(shù)，探索并總結(jié)出控壓鉆進(jìn)、防漏堵漏等深地鉆井新技術(shù)應(yīng)用和施工經(jīng)驗，機(jī)械鉆速不斷提高，實現(xiàn)了打得深、打得快、打得成的超深井施工目標(biāo)，贏得甲方信賴。

提速提質(zhì)提效管理一體化

“深地工程”鉆井專家組以難點問題為導(dǎo)向，開展超深井地質(zhì)工程一體化研究，深刻認(rèn)識了惡性漏失、井壁失穩(wěn)和目的層“三高”等內(nèi)在規(guī)律，集成創(chuàng)新了“深地”鉆井系列技術(shù)，解決了高風(fēng)險強(qiáng)鉆和控壓過程存在的一些技術(shù)難題。目前，他們形成“5＋7＋N”技術(shù)管理制度體系，即5項深地鉆井施工管理制度、7個鉆井技術(shù)集成模板、10多個優(yōu)快鉆井技術(shù)推薦做法，單井鉆井周期由進(jìn)入順北工區(qū)初期的300多天縮減為現(xiàn)在的150天左右。

鉆井隊針對超深井不同地層采取不同技術(shù)措施，優(yōu)化井眼軌跡、提速工具，推廣應(yīng)用預(yù)彎曲鉆具組合，全面優(yōu)化鉆井參數(shù)提速，鉆井時效不斷提高。他們在目的層以上大多數(shù)地層應(yīng)用高泵壓、高轉(zhuǎn)速，大鉆壓、大扭矩、大排量、大復(fù)合片鉆頭、大水眼鉆桿，PDC鉆頭少刀翼的“兩高五大一少”集成提速鉆井技術(shù)，在桑塔木組地層應(yīng)用預(yù)彎曲鉆井技術(shù)，比國外垂鉆工具機(jī)械鉆速提高30%以上。在打定向段時，他們采用“混合鉆頭+單彎大扭矩螺桿”工藝，提高了定向施工效率。

塌漏同治與井筒強(qiáng)化一體化

順北二疊系地層火成巖段較長，發(fā)育高角度裂縫，裂縫連通性好；志留系井漏特征是微裂縫發(fā)育，受外力誘導(dǎo)易形成擴(kuò)展性裂縫。這兩處地層鉆井液漏失嚴(yán)重，堵漏難度大。對此，鉆井隊將“隨鉆封堵”貫穿單井施工井段，抓好下鉆、鉆進(jìn)等施工環(huán)節(jié)的地層防漏工作。針對桑塔木地層失穩(wěn)嚴(yán)重難題，他們研發(fā)超支化乳液聚合物及多元抑制防塌鉆井液體系，實現(xiàn)了“塌漏同治”。

他們針對單井區(qū)域漏失風(fēng)險，優(yōu)化防漏、堵漏工藝，優(yōu)選聚胺、支化聚醚胺協(xié)同氯化鉀強(qiáng)化抑制，使用納微米碳酸鈣等材料填充地層微裂縫，提高了封堵防塌性能。

他們應(yīng)用“隨鉆封堵＋段塞堵漏”和漸進(jìn)式承壓工藝，采取及時調(diào)整鉆井液密度、嚴(yán)格落實階梯提排量等技術(shù)措施，有效避免主要漏層的復(fù)漏，解決二疊系、志留系堵漏難題。

同時，他們攻克了超高溫高壓鉆井液和完井液體系難題，應(yīng)用抗高溫高密度鉆井液技術(shù)，保障了超深井安全高效鉆井施工。

井控與井下復(fù)雜管控一體化

針對順北區(qū)塊儲層地質(zhì)條件復(fù)雜的實際，他們從井控安全與井下復(fù)雜預(yù)防兩方面進(jìn)行風(fēng)險防控，開展“奧陶系漏失井安全鉆進(jìn)配套技術(shù)”研究，配套高級別井控裝備，完善控壓鉆井、防氣侵微納米封堵等技術(shù)，制定“西北工區(qū)控壓鉆井推薦做法”“異常高壓溢流發(fā)現(xiàn)及處置推薦做法”“井漏強(qiáng)鉆推薦做法”，確保了“三高”油氣藏安全施工，超深井鉆井故障復(fù)雜時效遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于工區(qū)平均指標(biāo)。（董溫杰 邱明哲）