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近日，中國(guó)石化石油工程技術(shù)研究院組織召開(kāi)石油工程高層論壇、石油工程青年卓越工程師論壇，邀請(qǐng)多位院士、專家、學(xué)者及青年科研領(lǐng)軍人才，共同探討非常規(guī)油氣和新能源領(lǐng)域勘探開(kāi)發(fā)的最新研究成果和發(fā)展趨勢(shì)，通過(guò)多種思想的交流和碰撞，加快高端石油工程技術(shù)裝備自主創(chuàng)新，助力深地、深水油氣勘探開(kāi)發(fā)。論壇同期還發(fā)布了《2024全球油氣工程行業(yè)發(fā)展報(bào)告》。本版選取部分觀點(diǎn)進(jìn)行分享，敬請(qǐng)關(guān)注。

□本報(bào)記者 魏佳琪 季佳歆

通訊員 蔣琳琳

一深帶萬(wàn)難，聯(lián)合創(chuàng)新挑戰(zhàn)萬(wàn)米深層

隨著中淺層油氣發(fā)現(xiàn)難度日益加大，深層超深層油氣資源勘探開(kāi)發(fā)成為增儲(chǔ)上產(chǎn)的重要領(lǐng)域。中國(guó)工程院院士孫金聲介紹，近年來(lái)，世界新增油氣儲(chǔ)量60%來(lái)自深部地層。深層超深層已經(jīng)成為我國(guó)油氣重大發(fā)現(xiàn)的主陣地，油氣資源達(dá)671億噸油當(dāng)量，占全國(guó)油氣資源總量的34%，而且新增油氣儲(chǔ)量占比逐年增大。

國(guó)內(nèi)超深井鉆探始于20世紀(jì)六七十年代，90年代末實(shí)現(xiàn)規(guī)?；?。近年來(lái)，超深井、特深井快速發(fā)展，8000米以上超深井已成常態(tài)化，主要集中在塔里木、四川和準(zhǔn)噶爾南緣等地區(qū)，打成了蓬深6井、果勒3C井、躍進(jìn)3-3XC井等一批標(biāo)志性超深井并不斷刷新紀(jì)錄。今年3月，深地塔科1井鉆探深度成功突破萬(wàn)米大關(guān)，標(biāo)志著我國(guó)自主攻克了萬(wàn)米級(jí)特深井鉆探技術(shù)瓶頸。在此之前，世界上唯一到達(dá)陸上萬(wàn)米地層深處的工程，是蘇聯(lián)的科拉超深井SG-3井，完鉆井深12262米，鉆探了23年，而塔科1井完成萬(wàn)米進(jìn)尺僅用了279天。目前，國(guó)內(nèi)第二口萬(wàn)米深井——深地川科1井正在四川盆地加速向地球深部進(jìn)軍。

一深帶萬(wàn)難，絕對(duì)深度帶來(lái)極端難題。孫金聲說(shuō)，萬(wàn)米科探、預(yù)探井實(shí)施面臨鉆穿地層層系多、復(fù)雜壓力地層與復(fù)雜巖性地層交互、井筒溫度與壓力條件苛刻、井下情況從單一復(fù)雜加劇成錯(cuò)綜復(fù)雜等技術(shù)挑戰(zhàn)。一是井下測(cè)控儀器耐超高溫、超高壓能力不足。兩口萬(wàn)米深井井底溫度均超過(guò)210攝氏度，現(xiàn)有鉆井、測(cè)井、完井測(cè)控儀器的電子元器件、密封材料等難以滿足超高溫、超高壓等復(fù)雜環(huán)境的使用需求，導(dǎo)致其使用壽命縮短、故障率升高，急需提升整體性能，拓展應(yīng)用井深。二是關(guān)鍵裝備、管具、工具等難以滿足特深井服役要求。特深層鉆探對(duì)頂驅(qū)、高壓鉆井泵、鉆井管具及測(cè)井電纜等服役能力要求十分嚴(yán)苛，現(xiàn)有鉆具組合優(yōu)化空間小、安全服役能力差，無(wú)法有效保障安全高效鉆井，亟待升級(jí)完善。三是超大尺寸井眼“井工程”理論技術(shù)不完備。超大尺寸井眼超出傳統(tǒng)管柱力學(xué)數(shù)學(xué)模型邊界條件，鉆頭及垂直鉆井工具尺寸無(wú)法很好匹配，傳統(tǒng)破巖及井眼清潔技術(shù)不再適用，鉆柱振動(dòng)規(guī)律、鉆井參數(shù)優(yōu)化抑制振動(dòng)方法、鉆柱動(dòng)態(tài)安全監(jiān)測(cè)保障等方面的認(rèn)識(shí)和技術(shù)對(duì)策嚴(yán)重不足，需要加快解決。

針對(duì)這些挑戰(zhàn)，孫金聲建議，要集中優(yōu)勢(shì)力量組建創(chuàng)新聯(lián)合體，統(tǒng)籌規(guī)劃、系統(tǒng)思維、科學(xué)實(shí)施，推動(dòng)創(chuàng)新鏈和產(chǎn)業(yè)鏈深度融合，完善“從0到1”的基礎(chǔ)層產(chǎn)業(yè)鏈，健全“從1到100”的技術(shù)層和應(yīng)用層產(chǎn)業(yè)鏈，全面保障“深地工程”關(guān)鍵技術(shù)裝備自主安全可控，支撐萬(wàn)米深層成為油氣勘探開(kāi)發(fā)的現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域。

工程技術(shù)突破，助力頁(yè)巖油氣開(kāi)發(fā)降本提速

頁(yè)巖革命和石油工程技術(shù)發(fā)展緊密相關(guān)。中國(guó)石油工程技術(shù)研究院副院長(zhǎng)汪海閣介紹，頁(yè)巖革命起源于美國(guó)，該國(guó)依靠頁(yè)巖革命實(shí)現(xiàn)油氣產(chǎn)量快速增長(zhǎng)，從石油進(jìn)口國(guó)轉(zhuǎn)變?yōu)檩敵鰢?guó)，實(shí)現(xiàn)了能源獨(dú)立。美國(guó)第一次頁(yè)巖革命發(fā)生于2007年至2013年，起源于巴內(nèi)特頁(yè)巖氣，主體技術(shù)是“水平井（1500米）+水力壓裂+工廠化作業(yè)”；第二次頁(yè)巖革命從2014年延續(xù)至今，主體技術(shù)是“超長(zhǎng)水平井（＞3000米）+大規(guī)模水力壓裂+工廠化作業(yè)”，通過(guò)鉆井效率的大幅提升和壓裂規(guī)模的大幅擴(kuò)大，實(shí)現(xiàn)了頁(yè)巖油規(guī)模有效開(kāi)發(fā)。

美國(guó)頁(yè)巖革命極大并持續(xù)地改變著世界能源格局。2023年，美國(guó)頁(yè)巖油產(chǎn)量4.69億噸，較2022年增加0.32億噸；頁(yè)巖氣產(chǎn)量8369億立方米，較2022年增加270億立方米。同時(shí)，美國(guó)在石油和天然氣領(lǐng)域的支出較2022年增加近20%（1120億美元），但鉆機(jī)數(shù)量減少了157臺(tái)。臺(tái)鉆機(jī)年進(jìn)尺和鉆井效率提高是鉆機(jī)數(shù)量減少的主要原因。

北美頁(yè)巖油氣開(kāi)發(fā)規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大、效率持續(xù)提升，使得產(chǎn)量快速增長(zhǎng)。海恩斯維爾頁(yè)巖氣產(chǎn)量年增長(zhǎng)10.8%，已達(dá)到4.2億立方米/日。二疊紀(jì)盆地頁(yè)巖油日均產(chǎn)量達(dá)到495萬(wàn)桶（68萬(wàn)噸）的歷史最高水平，甚至超過(guò)了沙特探明石油儲(chǔ)量最大的蓋瓦爾油田。

美國(guó)頁(yè)巖油氣鉆井技術(shù)的發(fā)展更加注重鉆井效率提升、資源優(yōu)化和采收率最大化。在這個(gè)過(guò)程中，以U形水平段水平井、超長(zhǎng)水平井和智能鉆完井為代表的新型鉆完井技術(shù)起到了不可或缺的重要作用。

在射孔-簇效率優(yōu)化方面，北美正致力于優(yōu)化射孔參數(shù)和簇效率，成立了射孔沖蝕研究（PEER）工業(yè)聯(lián)盟，以實(shí)現(xiàn)更均勻和有效的裂縫網(wǎng)絡(luò)分布，最大限度地提高每段的改造效果和全井產(chǎn)量。常規(guī)螺旋射孔孔眼開(kāi)啟率＜50%，采用“0°定向等孔徑射孔+極限流”設(shè)計(jì)，孔眼開(kāi)啟率最高可達(dá)到93%。實(shí)踐證明，每簇1孔、0°相位角、大孔徑的射孔方案最優(yōu)，既可提高孔眼開(kāi)啟率，又可降低施工難度。

同時(shí)，立體開(kāi)發(fā)技術(shù)的推廣應(yīng)用也進(jìn)一步提高了頁(yè)巖油氣的資源動(dòng)用率。該技術(shù)主要通過(guò)部署立體井網(wǎng)，將有效壓裂縫網(wǎng)由單井的局部尺度拓展到多井乃至整個(gè)油氣田開(kāi)發(fā)的全局尺度，形成高效經(jīng)濟(jì)的開(kāi)發(fā)體系，能有效提高頁(yè)巖油氣儲(chǔ)量動(dòng)用程度。北美頁(yè)巖氣立體開(kāi)發(fā)常與超級(jí)井場(chǎng)技術(shù)融合，通過(guò)一次布井、一次完井，立體壓裂，配合工廠化作業(yè)、集約化地面集輸模式，可提高采收率，實(shí)現(xiàn)全流程降本。

與北美“多套多層”頁(yè)巖的立體開(kāi)發(fā)不同，我國(guó)海相頁(yè)巖氣地質(zhì)年代老、埋深大、構(gòu)造復(fù)雜，立體開(kāi)發(fā)呈現(xiàn)“單套多層”特征，分層開(kāi)發(fā)難度較大。2017年以來(lái)，中國(guó)石化按照“單井評(píng)價(jià)-井組試驗(yàn)-整體部署-滾動(dòng)建產(chǎn)”的思路有序推進(jìn)涪陵頁(yè)巖氣田立體開(kāi)發(fā)，建立了國(guó)內(nèi)首個(gè)頁(yè)巖氣立體開(kāi)發(fā)模式，形成了立體開(kāi)發(fā)配套工程工藝技術(shù)，目前正加快推進(jìn)三層立體開(kāi)發(fā)調(diào)整，利用具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的頁(yè)巖氣建模數(shù)模一體化技術(shù)和剩余氣精細(xì)刻畫技術(shù)，進(jìn)一步提高采收率。

油氣鉆完井智能化發(fā)展是大勢(shì)所趨

以大數(shù)據(jù)、信息化、智能化等為標(biāo)志的新一輪油氣技術(shù)革命已拉開(kāi)序幕，未來(lái)的油氣鉆井將更多地依賴這些技術(shù)的進(jìn)步，可大幅提高鉆探成功率，為勘探開(kāi)發(fā)提供更好支撐。

全球知名油氣企業(yè)紛紛構(gòu)建油氣人工智能技術(shù)體系，打造競(jìng)爭(zhēng)新優(yōu)勢(shì)。汪海閣介紹，埃克森美孚、沙特阿美、哈里伯頓等油氣公司組建了智能鉆完井產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，提出了“六個(gè)階段”的技術(shù)發(fā)展路線，當(dāng)前正從地面單元閉環(huán)控制向地面-井下全局閉環(huán)控制的智能化高級(jí)階段發(fā)展，以嵌入式優(yōu)化控制軟件為紐帶，通過(guò)人機(jī)交互、智能決策技術(shù)將地面自動(dòng)化裝備與井下工具聯(lián)動(dòng)、協(xié)同工作。預(yù)計(jì)到2025年，這些油氣企業(yè)在人工智能領(lǐng)域研發(fā)投入占比將達(dá)18%，隨著智能技術(shù)的應(yīng)用，可降本增效20%以上。

美國(guó)二疊紀(jì)盆地已完成了第一口水平井的全自動(dòng)化作業(yè)，完鉆井深6071米，全流程僅需1~2人操作，實(shí)現(xiàn)了井場(chǎng)全流程智能化管理，鉆臺(tái)上所有管柱、工具自動(dòng)化作業(yè)，以及隨鉆自適應(yīng)精準(zhǔn)導(dǎo)向。

納伯斯工業(yè)的全自動(dòng)陸地鉆機(jī)PACE-R801在沒(méi)有人員操作干預(yù)下，實(shí)現(xiàn)了完鉆井深6071米，鉆井周期縮短了4天，鉆井作業(yè)碳排放量降低了15%~20%。該鉆機(jī)由Smart suite工控系統(tǒng)與Canrig機(jī)器人協(xié)同完成。Canrig機(jī)器人系統(tǒng)包括電動(dòng)鉆臺(tái)機(jī)器人、電動(dòng)鐵鉆工、電動(dòng)抓管機(jī)器人、iRacker排管與裝卸機(jī)器人四大核心單元，應(yīng)用了視覺(jué)識(shí)別、機(jī)器人等智能技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了管柱智能識(shí)別、軌跡自主規(guī)劃。

哈里伯頓公司研制的新一代控壓鉆井系統(tǒng)包括一個(gè)鉆井泵分流裝置，可以平穩(wěn)地將鉆井泵送出來(lái)的流體切換至控壓鉆井系統(tǒng)的自動(dòng)節(jié)流管匯中，保證了實(shí)施附加回壓的連續(xù)性，還可以減少在起下鉆、接單根環(huán)節(jié)中泥漿泵和附加回壓泵的復(fù)雜操作，幫助優(yōu)化井底壓力控制。

哈里伯頓Cerebro井下參數(shù)感知鉆頭內(nèi)置傳感器，通過(guò)高速率短傳系統(tǒng)將鉆頭工作數(shù)據(jù)傳輸?shù)轿挥贐HA（井底鉆具組合）處的井下控制系統(tǒng)，并將信息傳遞到地面，可實(shí)時(shí)提供包括鉆壓、扭矩、彎曲度、鉆頭振動(dòng)和轉(zhuǎn)速等系列作業(yè)參數(shù)，能消除地面測(cè)量的不確定性，更好地了解井下環(huán)境，更準(zhǔn)確地校準(zhǔn)鉆井扭矩和阻力模型。在定向鉆進(jìn)中，該技術(shù)對(duì)鉆頭彎曲度等參數(shù)不會(huì)產(chǎn)生顯著影響，還可搭配使用任意馬達(dá)、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)、MWD（隨鉆測(cè)量）系統(tǒng)或LWD（隨鉆測(cè)井）系統(tǒng)。

國(guó)民油井Reelwell有纜信息鉆桿能提供更強(qiáng)的數(shù)據(jù)互通可靠性、感應(yīng)線圈強(qiáng)度和耐久性，在地面、井下構(gòu)成一個(gè)寬帶網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)全井筒實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。感應(yīng)線圈布置在管柱連接部位，可通過(guò)鉆柱內(nèi)編織絕緣導(dǎo)線，實(shí)現(xiàn)井下與地面雙向高速數(shù)據(jù)無(wú)中繼通信遙測(cè)，數(shù)據(jù)傳輸速率高達(dá)57千比特/秒，且不受流體類型限制。

哈里伯頓智能旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)iCruise基于物理模型、BHA數(shù)字化映射及實(shí)時(shí)分析機(jī)器學(xué)習(xí)算法，能優(yōu)化井眼軌跡，推薦最佳轉(zhuǎn)速，提供更快的鉆速、精確的導(dǎo)向及更長(zhǎng)的鉆進(jìn)距離。在北美的鉆井作業(yè)中，iCruise系統(tǒng)協(xié)助作業(yè)者在復(fù)雜油藏中鉆進(jìn)超過(guò)了1英里（1609米），同時(shí)利用地質(zhì)導(dǎo)向鉆進(jìn)通過(guò)厚度僅為30英尺（9.144米）的產(chǎn)層。該系統(tǒng)具有更快的鉆井速度、更精準(zhǔn)的控制、更高的可靠性，能自我診斷及評(píng)估監(jiān)測(cè)工具的工作狀態(tài)。

斯倫貝謝DrillOps Automate自動(dòng)駕駛系統(tǒng)可兼容連接交流變頻驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)，并對(duì)鉆機(jī)裝備的“方向盤”進(jìn)行部分或完全控制，替代人工操作實(shí)現(xiàn)“自動(dòng)駕駛”鉆井模式，目前全球已有16個(gè)國(guó)家近百部鉆機(jī)配備了DrillOps系統(tǒng)。2021年12月，該系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用了4口井，與鄰井人工操控鉆井相比，鉆速整體提高了22%，管柱操作時(shí)間縮短了30%，自動(dòng)向井下工具發(fā)送指令的時(shí)間縮短了26%，工具失效導(dǎo)致的非生產(chǎn)時(shí)間縮短了90%。

全球油氣工程市場(chǎng)總體情況

市場(chǎng)快速回彈區(qū)域走勢(shì)差異化顯著

2023年，油氣價(jià)格保持中高位震蕩，油氣勘探開(kāi)發(fā)活動(dòng)復(fù)蘇加快，油氣勘探開(kāi)發(fā)投資保持增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，全球油氣工程市場(chǎng)規(guī)模加速回彈，比2022年增長(zhǎng)12.6%，達(dá)到4089億美元。其中，石油工程建設(shè)市場(chǎng)規(guī)模增幅較大，比2022年增長(zhǎng)18.5%，占市場(chǎng)總規(guī)模的25.4%；軟件與數(shù)字化、完井、物探市場(chǎng)比2022年分別增長(zhǎng)15.4%、14%、14%，占市場(chǎng)總規(guī)模的0.7%、23.5%、3.1%；鉆井、鉆完井裝備和工具市場(chǎng)規(guī)模都呈現(xiàn)較快增長(zhǎng)，比2022年分別增長(zhǎng)9.7%和8%，占市場(chǎng)總規(guī)模的25.9%和21.3%。

2023年，受美國(guó)、中國(guó)陸上勘探開(kāi)發(fā)投資增加影響，全球陸上油氣工程市場(chǎng)規(guī)模保持增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，比2022年增長(zhǎng)12.5%，達(dá)到2811億美元，占鉆井市場(chǎng)總規(guī)模的68.7%。受非洲和巴西深海及中東海上勘探開(kāi)發(fā)活動(dòng)推動(dòng)，全球海上油氣工程市場(chǎng)規(guī)模比2022年增長(zhǎng)12.9%，達(dá)到1278億美元，占鉆井市場(chǎng)總規(guī)模的31.3%。

從區(qū)域市場(chǎng)來(lái)看，2023年，北美油氣工程市場(chǎng)規(guī)模占比最大，占全球市場(chǎng)總規(guī)模的40.5%，比2022年增長(zhǎng)12%；亞太和中東分別占全球市場(chǎng)總規(guī)模的18%和13.8%，比2022年增長(zhǎng)15.3%和12.5%；南美、俄羅斯及其他、非洲分別占全球市場(chǎng)總規(guī)模的8.3%、7.8%和6.2%，比2022年增長(zhǎng)17.3%、7.6%和25.8%。地緣政治沖突導(dǎo)致東歐油氣勘探開(kāi)發(fā)活動(dòng)萎縮，歐洲油氣工程市場(chǎng)規(guī)模2023年比2022年下降2.4%，占全球市場(chǎng)總規(guī)模的5.3%。

市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈集中度有所提升

市場(chǎng)需求集中度進(jìn)一步提升。2023年油氣工程市場(chǎng)需求端CR4（前4家企業(yè)所占市場(chǎng)份額）為17.1%，比2022年上升1.4個(gè)百分點(diǎn)。市場(chǎng)集中度不高，需求端競(jìng)爭(zhēng)充分，不存在需求壟斷情況。中國(guó)石油、沙特阿美、巴西石油和?？松梨诘仁鞘袌?chǎng)的主要需求方，4家油公司2023年都大幅增加油氣勘探開(kāi)發(fā)投資，在油氣工程市場(chǎng)的需求份額有不同程度的提升。排名第五的殼牌石油公司在油氣工程市場(chǎng)的需求份額有較大幅度下降。

全球油氣工程市場(chǎng)供應(yīng)集中度略有提升，競(jìng)爭(zhēng)結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)定。2023年油氣工程市場(chǎng)供應(yīng)端CR4為17.9%，和2022年保持一致；CR8為24.9%，比2022年上升0.1個(gè)百分點(diǎn)。市場(chǎng)供應(yīng)集中度不高，競(jìng)爭(zhēng)相對(duì)充分，不存在絕對(duì)領(lǐng)先的競(jìng)爭(zhēng)者。斯倫貝謝、哈里伯頓、貝克休斯和石化油服等是市場(chǎng)主要供應(yīng)方，合計(jì)占市場(chǎng)份額保持在25%。

數(shù)據(jù)源自《2024全球油氣工程行業(yè)發(fā)展報(bào)告》