平臺(tái)介紹

勘探七號(hào)是目前國(guó)內(nèi)先進(jìn)、國(guó)際主流的JU-2000E型自升式鉆井平臺(tái)，集成化、自動(dòng)化、可視化程度高。平臺(tái)最大作業(yè)水深122米，最大鉆井深度10668米，懸臂梁覆蓋范圍22.86米（縱向）±4.57米（橫向），作業(yè)環(huán)境溫度為-10~45攝氏度，額定最大載員140人。

□ 楊 涵 周賽杰

3月12日13時(shí)，由上海海洋石油局勘探七號(hào)承鉆的海域某調(diào)整井完鉆井深達(dá)7504米，較原紀(jì)錄提升1002米，標(biāo)志著中國(guó)石化海洋鉆井進(jìn)入7500米時(shí)代，海洋超深井鉆探能力和配套工藝有了新的突破。

挺進(jìn)7500米以深的海底，需要耗費(fèi)5只鉆頭、連接800余根鉆桿，穿透7套地層；井底壓力67.73兆帕，是家用高壓鍋運(yùn)行壓力的近1000倍……這個(gè)深度的鉆探，對(duì)工藝設(shè)計(jì)、鉆井裝備、操作技能，都是一次艱難的綜合考驗(yàn)。

一深帶萬(wàn)難

此次完鉆的井屬于大位移井，井眼軌跡為S形。這種井的垂深大、水平位移大，大位移井技術(shù)是目前中國(guó)石化在海上滾動(dòng)擴(kuò)邊、快速建產(chǎn)的重要手段。鉆探大位移井的鉆頭并非直達(dá)目的層，而是如同“3D版貪吃蛇”，按特定軌跡精準(zhǔn)穿梭，瞄著油層去、聞著油味鉆。

“海域大位移井僅占開(kāi)發(fā)井總數(shù)的15%，但油氣產(chǎn)量占比卻達(dá)到32%。相比直井，大位移井性價(jià)比高，但鉆進(jìn)難度更大。以扭矩這個(gè)衡量難度的重要指標(biāo)來(lái)說(shuō)，該井最大扭矩達(dá)65千牛·米，相當(dāng)于用1米杠桿撬動(dòng)4輛小轎車(chē)的力才能使鉆頭旋轉(zhuǎn)起來(lái)?！笨碧狡咛?hào)平臺(tái)經(jīng)理周賽杰說(shuō)。

按照國(guó)際通用標(biāo)準(zhǔn)，井深超過(guò)6000米即為超深井，鉆井難度隨著鉆井深度呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，泵壓高、扭矩高、懸重高，鉆探井超深、水平位移超大、裸眼井段超長(zhǎng)的“三高”“三超”挑戰(zhàn)，是鉆探這口井時(shí)面臨的一道道坎。

井底起鉆噸位為265噸，相當(dāng)于用一根直徑0.5米的鋼絲繩，支撐起5架C919大飛機(jī)的重量，難度可想而知。由于鉆穿層系多，若出現(xiàn)壓差卡鉆，可能導(dǎo)致井眼報(bào)廢，造成極大的安全風(fēng)險(xiǎn)和經(jīng)濟(jì)損失。因此，鉆井隊(duì)在作業(yè)前進(jìn)行了充分的技術(shù)交底，摸透每套層系、每個(gè)井段的“脾氣秉性”，根據(jù)不同地層巖性更換適配鉆頭，調(diào)整鉆井液配比，保證每一米進(jìn)尺都安全穩(wěn)定。

此次二開(kāi)套管裸眼段長(zhǎng)4349米，是勘探七號(hào)平臺(tái)截至目前所鉆探的73口井中裸眼段最長(zhǎng)的井。“超長(zhǎng)裸眼段，意味著出現(xiàn)井壁坍塌、套管粘卡、井漏等復(fù)雜狀況的概率高?！便@井隊(duì)隊(duì)長(zhǎng)雷新明說(shuō)，“平臺(tái)人員在開(kāi)鉆前就對(duì)鉆井關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行了專(zhuān)項(xiàng)維護(hù)保養(yǎng)，作業(yè)期間安排專(zhuān)人坐崗值班，保證設(shè)備安全運(yùn)行?！?/p>

如果把鉆井液泵比作鉆井的“心臟”，那么井眼、鉆井液和巖屑分別是“血管”“血液”和“垃圾”。隨著鉆井深度增加，需要提高大排量鉆井液的攜砂能力。鉆井隊(duì)完成了3臺(tái)泵9個(gè)6英寸缸套的更換工作，保證鉆井液連續(xù)循環(huán)，防墜沉砂，使井眼清潔通暢。

工欲善其事，必先利其器

承鉆這口最深井的勘探七號(hào)是由我國(guó)自主建造的自升式鉆井平臺(tái)，最大作業(yè)水深122米，最大鉆井深度10668米，自2016年投產(chǎn)以來(lái)，總進(jìn)尺達(dá)26.5萬(wàn)米，在高難度大位移井作業(yè)中積累了豐富的鉆井、完井、修井一體化經(jīng)驗(yàn)。

作為挺進(jìn)深藍(lán)的“大國(guó)重器”，勘探七號(hào)平臺(tái)配備了國(guó)際先進(jìn)的動(dòng)力、鉆井、井控和升降系統(tǒng)，生產(chǎn)更“智慧”、管控更高效，是中國(guó)石化目前最先進(jìn)的海上石油鉆井平臺(tái)之一，已10次打破中國(guó)海油海上最短鉆完井周期紀(jì)錄，擦亮了海域作業(yè)的“金字招牌”。

這些高科技智能化的裝備都藏在哪兒？井架上的雙電機(jī)大功率頂驅(qū)最大輸出扭矩達(dá)128千牛·米，最大轉(zhuǎn)速達(dá)220轉(zhuǎn)/分鐘，“tool face”工具面模式能精確調(diào)整鉆具旋轉(zhuǎn)角度并進(jìn)行自動(dòng)鎖定。司鉆房?jī)?nèi)配有自動(dòng)鉆進(jìn)系統(tǒng)，是平臺(tái)的“智慧大腦”，司鉆只需設(shè)定好參數(shù)，系統(tǒng)就能夠集中控制頂驅(qū)、鉆井絞車(chē)、貓道機(jī)、泥漿泵等大型鉆井設(shè)備，相比人工更精準(zhǔn)高效。鉆臺(tái)上配有離線接立柱功能，可實(shí)現(xiàn)邊打鉆邊接鉆具，相比傳統(tǒng)接立柱，平均每4500米能節(jié)省近30小時(shí)。平臺(tái)的DIS系統(tǒng)（電子安全防碰報(bào)警系統(tǒng)）好比給設(shè)備加了“電子圍欄”，防止作業(yè)中因人工誤操作產(chǎn)生的設(shè)備碰撞、損壞等。泥漿泵配有電子安全閥系統(tǒng)，當(dāng)泵壓達(dá)到設(shè)定的最大值時(shí)能自動(dòng)降低脈沖，防止憋泵，有效保證鉆井作業(yè)的安全性。

作業(yè)人員也是提質(zhì)增效的關(guān)鍵一環(huán)。工程隊(duì)伍具有甲級(jí)資質(zhì)，平臺(tái)從副司鉆、司鉆、鉆井領(lǐng)班到平臺(tái)經(jīng)理等各崗位人員加強(qiáng)井下故障復(fù)雜預(yù)控工作，在防漏、防卡、防噴等各環(huán)節(jié)提前做好相應(yīng)處置預(yù)案。在JSA風(fēng)險(xiǎn)分析會(huì)上，為提前評(píng)估施工風(fēng)險(xiǎn)，技術(shù)人員通過(guò)“海上融合共建黨支部”與甲方、第三方認(rèn)真細(xì)致地做好技術(shù)交底，同時(shí)積極總結(jié)以往作業(yè)中遇到的復(fù)雜工況相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，以精細(xì)的操作方法和過(guò)硬的鉆井服務(wù)水平保障每一次作業(yè)高效安全。

技術(shù)，打開(kāi)深海寶藏的密鑰

前方叩問(wèn)深藍(lán)不停，后方科研攻關(guān)不止。每一次高效鉆探的背后，都離不開(kāi)精密復(fù)雜的鉆井工藝設(shè)計(jì)，對(duì)于中深海鉆井更是如此，一套完整的鉆井設(shè)計(jì)包括工程地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)、機(jī)具能力分析、井眼軌跡及井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、鉆井液設(shè)計(jì)等10余個(gè)環(huán)節(jié)。近年來(lái)，海洋油氣資源持續(xù)滾動(dòng)勘探開(kāi)發(fā)，大位移井作業(yè)正向著水平位移5000~8000米、完鉆井深7000~10000米進(jìn)軍，這對(duì)工程設(shè)計(jì)和技術(shù)革新提出了更高要求。

2020年前，上海海洋石油局的海上大位移井作業(yè)有過(guò)一段沉寂期，由于實(shí)施井次少、鉆井周期長(zhǎng)、作業(yè)成本高、復(fù)雜情況頻發(fā)，科研人員一度望“油”興嘆。為解好“海上大位移井”這道難題，上海海洋石油局抽調(diào)精銳力量，成立專(zhuān)家組和現(xiàn)場(chǎng)支持小組，以解決各類(lèi)難點(diǎn)和消除隱患為突破口，對(duì)前期實(shí)施的大位移井認(rèn)真復(fù)盤(pán)，對(duì)惡性卡鉆事故井敢于“刮骨療毒”，并積極向系統(tǒng)內(nèi)外同行取經(jīng)，不斷完善整改提升方案。

同時(shí)，為鑄就中深海鉆探的科技“利劍”，科研人員不斷解放思想，在工程設(shè)計(jì)優(yōu)化、井筒工作液改進(jìn)、降摩減阻等方面孜孜求索，打出一系列科研攻關(guān)“組合拳”：設(shè)計(jì)階段，采用“擬懸鏈線+圓弧”軌跡設(shè)計(jì)技術(shù)，即模仿兩端固定自然下垂懸鏈線的形式設(shè)計(jì)軌跡，有效降低摩阻、縮短進(jìn)尺；淺部井段，建立坍塌周期模型預(yù)測(cè)井眼安全裸露時(shí)間，“大扭矩馬達(dá)+PDC（聚晶金剛石復(fù)合片）”的鉆具組合提升機(jī)械鉆速55.72%，將海水開(kāi)路鉆進(jìn)深度提升到3000米；中部花港-龍井組井段，優(yōu)選封堵劑增強(qiáng)井壁穩(wěn)定性，解決雜色泥巖井段垮塌問(wèn)題，三開(kāi)井段延伸極限提升620米；深部高強(qiáng)度難鉆地層，針對(duì)不同抗鉆特性匹配相應(yīng)鉆頭和提速工具參數(shù)，形成工區(qū)普適的提速鉆具組合模板。

技術(shù)的突破，增添了向更深層進(jìn)軍的底氣。上海海洋石油局海上大位移井作業(yè)也實(shí)現(xiàn)了從“打不成”，到復(fù)雜地層“打得遠(yuǎn)”、易塌地層“穩(wěn)得住”、堅(jiān)硬地層“破得開(kāi)”、邊際儲(chǔ)量“夠得著”的重大跨越。2021年以來(lái)，大位移井作業(yè)平均機(jī)械鉆速提高84.06%，復(fù)雜時(shí)效降低74.8%，平均鉆井周期縮短37.09%，節(jié)約成本約1.8億元，新增動(dòng)用儲(chǔ)量超100億立方米，相關(guān)攻關(guān)成果獲中國(guó)石化科技進(jìn)步獎(jiǎng)三等獎(jiǎng)、上海市科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。

重要裝備

關(guān)鍵技術(shù)

●大位移井軌跡設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)

●油基鉆井液防塌堵漏優(yōu)化技術(shù)

●表層海水開(kāi)路快鉆技術(shù)

●深層高效破巖技術(shù)

新聞會(huì)客廳

集團(tuán)公司高級(jí)專(zhuān)家 張金龍

問(wèn)：海洋石油鉆井面臨哪些技術(shù)難點(diǎn)？中國(guó)石化海洋油氣勘探開(kāi)發(fā)下一步如何發(fā)展？

答：當(dāng)前，海洋油氣鉆井技術(shù)研發(fā)重點(diǎn)主要集中在海洋超深水區(qū)域，如針對(duì)高溫高壓地層的油氣鉆完井技術(shù)、無(wú)隔水管鉆井技術(shù)、鉆采一體化技術(shù)和深水控壓鉆井技術(shù)等。隨著勘探開(kāi)發(fā)技術(shù)突破、專(zhuān)業(yè)設(shè)備升級(jí)、人才隊(duì)伍建設(shè)、后勤保障系統(tǒng)完善，國(guó)際石油公司將掌握3000米甚至更深水域開(kāi)發(fā)技術(shù)，以及超深層油氣田開(kāi)發(fā)技術(shù)。在深水領(lǐng)域，我國(guó)已順利完成了陵水17-2氣田的開(kāi)發(fā)建設(shè)，在深水探井方面也不斷實(shí)現(xiàn)新的突破，初步形成了深水鉆井技術(shù)體系和自主化能力。

上海海洋石油局通過(guò)跟蹤學(xué)習(xí)、合作引進(jìn)、自主創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)了從淺水到中深水勘探開(kāi)發(fā)的重大跨越。近年來(lái)，為實(shí)現(xiàn)“淺海高效開(kāi)發(fā)、深海尋求突破”的目標(biāo)，該公司聚焦海域大位移井安全高效鉆井關(guān)鍵技術(shù)、深部地層控壓鉆井技術(shù)、高溫高壓海洋鉆井技術(shù)、深部地層提速技術(shù)等，成為中國(guó)石化中深海油氣勘探開(kāi)發(fā)工程技術(shù)發(fā)展的主力軍。未來(lái)，海洋油氣勘探開(kāi)發(fā)將走向更加復(fù)雜的領(lǐng)域，除深水、超深水區(qū)域外，深層、超深層、超高溫高壓等領(lǐng)域的勘探開(kāi)發(fā)同樣挑戰(zhàn)巨大，迫切需要加大技術(shù)研發(fā)投入，推動(dòng)海洋油氣開(kāi)發(fā)進(jìn)一步發(fā)展。

問(wèn)：為何海洋鉆井對(duì)大位移井技術(shù)需求迫切？我國(guó)海域大位移井技術(shù)發(fā)展主要有哪些攻關(guān)方向？

答：大位移井能擴(kuò)大含油面積的控制范圍、提高油氣采收率，已成為海洋油氣田勘探開(kāi)發(fā)的有效手段。隨著勘探開(kāi)發(fā)的深入，海上油氣田多呈現(xiàn)“邊、小、碎、深”的特點(diǎn)，大量的邊際油氣田、老油田二次調(diào)整和挖潛等需依托已建平臺(tái)實(shí)施大位移井來(lái)降低開(kāi)發(fā)成本。

目前，國(guó)際石油公司大量采用大位移井進(jìn)行油氣田開(kāi)發(fā)，在垂深1500~2500米的中淺地層成功完成了近20口井長(zhǎng)10000~15000米的大位移井，其中薩哈林O-5RD井創(chuàng)造了斜深15000米、水平位移14129米的世界紀(jì)錄。我國(guó)海域大位移井鉆井技術(shù)具備國(guó)際主流的技術(shù)水平，但井深、水平位移及水垂比等關(guān)鍵指標(biāo)較國(guó)外先進(jìn)水平仍有一定差距。

近年來(lái)，上海海洋石油局加強(qiáng)科技攻關(guān)研究，在井眼軌道優(yōu)化設(shè)計(jì)、高性能油基鉆井液體系、井眼凈化、降摩減阻、管柱下入等方面有了新的認(rèn)識(shí)和技術(shù)進(jìn)步，在實(shí)踐中形成了完整的海域大位移井鉆井技術(shù)體系。

未來(lái)仍需加強(qiáng)攻關(guān)和新工藝、新技術(shù)的應(yīng)用，主要著眼于提高大位移井“3個(gè)延伸極限”。

一是加強(qiáng)大位移井井壁穩(wěn)定性研究，提高裸眼延伸能力。大位移井井壁穩(wěn)定性是影響裸眼延伸能力最重要的因素，應(yīng)提高數(shù)字化井壁狀態(tài)分析與預(yù)測(cè)技術(shù)水平，進(jìn)一步提升鉆井液防塌性能。

二是加強(qiáng)井眼清潔及當(dāng)量循環(huán)密度高效管理技術(shù)研究，提高水力延伸能力。提高當(dāng)量循環(huán)密度監(jiān)測(cè)及控制水平，優(yōu)化鉆井參數(shù)；加強(qiáng)巖屑運(yùn)移規(guī)律研究，加強(qiáng)機(jī)械方式輔助井眼清潔，力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)大位移井長(zhǎng)延伸井段不控速鉆進(jìn)，減少倒劃眼短起下鉆次數(shù)。

三是創(chuàng)新降扭減阻工藝技術(shù)體系，提高機(jī)械延伸能力。進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)井眼軌道，加大長(zhǎng)斜度井下管柱力學(xué)分析與控制技術(shù)研究力度，進(jìn)一步研究同各鉆井液體系配套的新型潤(rùn)滑材料，降低摩阻和添加劑成本。

以大位移井技術(shù)助力海上油氣滾動(dòng)開(kāi)發(fā)

□ 上海海洋石油局工程院副總工程師 李基偉

海洋平臺(tái)鉆井易受地緣政治、井位選址等影響，如何拓展生產(chǎn)平臺(tái)控制范圍、動(dòng)用更多邊際儲(chǔ)量，是國(guó)際公認(rèn)的海洋鉆完井關(guān)鍵難題。當(dāng)前，大位移井技術(shù)已成為打造石化上游海域千萬(wàn)噸級(jí)油氣資源接替陣地的重要手段。面對(duì)更深、更遠(yuǎn)、更快、更安全和更經(jīng)濟(jì)有效的發(fā)展需求，需進(jìn)一步提高大位移井技術(shù)能力，實(shí)現(xiàn)滾動(dòng)勘探開(kāi)發(fā)、挖潛增產(chǎn)。

海域大位移井鉆井具有易塌、易漏、高摩阻、低鉆速的特征，也帶來(lái)了時(shí)效低、周期長(zhǎng)、成本高、失敗率高等一系列工程難題。

為打破制約，上海海洋石油局及時(shí)總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)“把脈問(wèn)診”，實(shí)現(xiàn)“精準(zhǔn)治療”。工程技術(shù)團(tuán)隊(duì)從地層機(jī)理研究入手，提出了大位移井重點(diǎn)部署區(qū)域地層壓力分析方法，建立了壓力分布圖，形成了考慮坍塌周期的大位移井長(zhǎng)斜段井壁穩(wěn)定分析技術(shù)，同時(shí)開(kāi)展基于井震融合鉆井風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別研究，可準(zhǔn)確識(shí)別斷層及淺部小型斷裂的分布和走向，預(yù)測(cè)風(fēng)險(xiǎn)井段及風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。在此基礎(chǔ)上，形成了大位移井一體化優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)，并基于大位移井動(dòng)態(tài)摩阻扭矩分析預(yù)測(cè)，建立了大位移井“擬懸鏈線+圓弧”井眼軌道多目標(biāo)優(yōu)化模型，實(shí)現(xiàn)了降摩減阻；構(gòu)建了“機(jī)械+水力+漏失風(fēng)險(xiǎn)+坍塌周期”大位移井延伸極限計(jì)算方法，形成了基于延伸能力的井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)，有效提升了大位移井延伸能力。

針對(duì)海域大位移井井筒控制難度高、深部機(jī)械鉆速低的難點(diǎn)，工程技術(shù)團(tuán)隊(duì)提出了井眼軌道、鉆具組合、降摩減阻等優(yōu)化方案，建立了基于固液兩相流的大位移井ECD計(jì)算模型和考慮浮力作用的動(dòng)態(tài)巖屑床厚度預(yù)測(cè)模型，形成了以降摩減阻、封堵防塌、防漏堵漏和儲(chǔ)層保護(hù)為核心的大位移井油基鉆井液技術(shù)；建立了以“高沖擊鉆頭+復(fù)合沖擊器+旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具”為核心的大位移井一體化復(fù)合沖擊提速技術(shù)，形成了兼顧提速和軌跡控制的大位移井鉆具組合，同時(shí)構(gòu)建了以機(jī)械鉆速最高為目標(biāo)的鉆井參數(shù)優(yōu)化方法，顯著提高了鉆井參數(shù)設(shè)計(jì)的科學(xué)性。

針對(duì)地層溫度高、高質(zhì)量固井難度大的問(wèn)題，工程技術(shù)團(tuán)隊(duì)優(yōu)選了抗高溫彈韌性材料、抗高溫緩凝劑和降失水劑等固井水泥漿抗高溫關(guān)鍵外加劑，與石油工程技術(shù)研究院共同研發(fā)了抗高溫彈韌性防氣竄水泥漿體系和高效驅(qū)油前置液體系；搭建了固井頂替數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，完成了長(zhǎng)斜段動(dòng)態(tài)固井漿體頂替數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)，明確了頂替效率影響規(guī)律，改進(jìn)了無(wú)極限循環(huán)尾管懸掛器，形成了海域大位移井固井配套工藝。

基于自主研發(fā)的技術(shù)科研成果，海域大位移井鉆井作業(yè)連續(xù)取得重大突破，有力支撐已建平臺(tái)勘探開(kāi)發(fā)覆蓋范圍延伸至6000米以深，2023年累計(jì)增加零散儲(chǔ)量動(dòng)用超52億立方米、建成產(chǎn)能4.15億立方米/年。