□王 寧 徐智華

2023年，勝利石油工程渤海鉆井40619隊在陳莊、勝坨區(qū)塊4口井首次采用全過程套管鉆井技術(shù)，完鉆井深2312米、水平位移854米，驗證了套管鉆井技術(shù)的可行性，為推動勝利東部老區(qū)大幅提高采收率、助力油田長期穩(wěn)產(chǎn)增效帶來了曙光。

如今，勝利石油工程瞄準快速高效低成本建井目標，潛心攻關(guān)井網(wǎng)重構(gòu)、井筒工程和自動化鉆機等套管鉆井成套技術(shù)，全力推動工藝與裝備創(chuàng)新。

這一切，源于工程科研人員志在突破傳統(tǒng)工藝、追趕世界一流的初心。

極簡鉆井，極致攻關(guān)

套管鉆井是在鉆進過程中利用套管代替鉆桿串完成鉆井作業(yè)，實現(xiàn)鉆進與下套管作業(yè)二合一，可一趟完鉆，是常規(guī)鉆井的極簡版。這項技術(shù)起源于國外，興起于低油價時期，近年來在全球范圍內(nèi)得到迅速發(fā)展。

數(shù)據(jù)表明，與常規(guī)鉆桿鉆井相比，套管鉆井可提高生產(chǎn)時效25%~30%，具有減少井下事故、改善井控狀況、保護產(chǎn)層等優(yōu)勢，是鉆井工程的革命性技術(shù)。勝利石油工程鉆井院早在十幾年前就開展過套管鉆井相關(guān)技術(shù)研究，但受限于當時的鉆井工藝和技術(shù)裝備，試驗效果并不理想。

2021年，為實現(xiàn)難動用儲量有效開發(fā)、低產(chǎn)調(diào)整井規(guī)模開發(fā)，解決老油田斷塊復雜、非均質(zhì)性嚴重、注采井網(wǎng)不完善等問題，勝利石油工程鉆井院再次與套管鉆井較上了勁兒。

“勝利東部老區(qū)中淺層油藏地質(zhì)儲量31.3億噸，由于老區(qū)中后期新建產(chǎn)能工程成本高，近2/3難動用、未動用儲量滯留地下?！便@井院黨委書記楊海波說，“我們必須依靠技術(shù)進步，突破制約低成本勘探開發(fā)的瓶頸，釋放更多井位，為國家能源安全提供更好保障?！?/p>

套管鉆井對于油田增儲上產(chǎn)的意義重大，首口井試驗成功更是對增強整個油服行業(yè)的信心至關(guān)重要。勝利石油工程迅速成立了以公司高級專家吳仲華為首的研發(fā)團隊，抽調(diào)精干力量，充分討論方案，倒排研發(fā)計劃?！叭^程套管鉆井要做到全過程不起鉆，就像火箭發(fā)射一樣，開弓沒有回頭箭，一旦開鉆，每個環(huán)節(jié)必須一次成功。”吳仲華說。

研發(fā)團隊面臨的第一個難題就是如何實現(xiàn)二開“一趟鉆”?！安坏枚_鉆頭鉆穿一開鉆頭，而且要打完后面的進尺。這不是用自己的矛攻自己的盾嗎？”鉆井院高端裝備中心主任關(guān)舒?zhèn)グ岩苫笱驶亓硕亲永?，與專家團隊一遍遍設計、推翻重來，終于研制出一款軟硬兼具、外剛內(nèi)柔的可鉆式鉆頭和一款專打鉆頭的強攻擊性鉆頭。

朝著同一目標，所有人都鉚足了勁兒：鉆井工藝研究所研發(fā)了隨鉆光纖陀螺儀器，用于解決套管磁力干擾問題；鉆井工具研究所研發(fā)了投入式止回坐鍵工具，用于儀器打撈，不到一個月就完成了設計加工。同一時間，高端裝備產(chǎn)業(yè)化中心開足馬力加工高抗扭套管柱組合井下工具。整個5月，車間燈火通明。

經(jīng)過緊鑼密鼓的準備，2023年6月，陳23-更27井開鉆。這是國內(nèi)首口全過程套管鉆井施工，意義非同一般。所有研究人員悉數(shù)到場，暗下決心，“只許成功，不許失敗”！

鉆井院井筒壓力測控所宋榮榮博士是研究團隊唯一的女員工，負責收集每道工序的施工資料。當一開鉆頭成功打到421米、二開鉆頭入井，看著振動篩上跳躍著亮晶晶的鉆頭碎屑，她第一時間向大家報告了這個好消息：“一開鉆頭被成功鉆穿了！”最終，陳23-更27井不孚眾望歷時6.25天實現(xiàn)了快速、安全、高效完井，鉆井周期比鄰井縮短了2.95天。

趁熱打鐵，一周后，同平臺的陳23-斜更29井成功完成定向井試驗，創(chuàng)3項全國紀錄?！霸诖酥?，國內(nèi)廠商從未有過不回收底部鉆具組合的套管鉆井定向作業(yè)。夢想成真的感覺太棒了！”吳仲華笑著說。

四戰(zhàn)四勝，夢想成真

套管鉆井技術(shù)一旦成熟，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)勝利東部老區(qū)二開制中淺層井快速低成本建井，而且可以應用于西南頁巖氣、致密氣的淺表層、裂縫型、溶洞型漏失地層和易破碎地層的快速穿越，甚至能在煤層氣、淺層地熱開發(fā)中發(fā)揮作用，為企業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展貢獻新質(zhì)生產(chǎn)力。

這樣一項顛覆性的技術(shù)，僅僅兩口井的試驗還不足以進行規(guī)?；瘧谩?/p>

“我們要挑戰(zhàn)更高難度的區(qū)塊、更復雜的井?！眲倮凸こ蹄@井院院長裴學良說，“實踐是檢驗真理的唯一標準，只有經(jīng)過充分的試驗，把成功的偶然性轉(zhuǎn)化為必然，才能讓一項新技術(shù)變成值得信賴的好技術(shù)?！?/p>

勝坨油田成為研發(fā)團隊的下一個目標。

作為山東境內(nèi)首個探明的大油田，勝坨油田經(jīng)過近60年的開發(fā)，已經(jīng)“垂垂老矣”。如果套管鉆井技術(shù)能給老油田帶來“返老還童”的曙光，那將為打造“百年勝利”注入強心劑。

與陳莊地區(qū)相比，勝坨油田井深更深、位移更大、施工難度更高，實施套管鉆井面臨著高造斜、大位移、井網(wǎng)密集、防碰繞障等技術(shù)難題，對套管接箍承扭、軌跡控制、固井質(zhì)量等都提出了較高要求。

技術(shù)需要進一步升級。研發(fā)團隊結(jié)合陳莊套管鉆井的成功經(jīng)驗，針對勝坨油田地質(zhì)工程難題，迅速制定了2-3-斜222井一開、二開套管鉆井技術(shù)改進完善方案，不到兩個月的時間就完成了地面、井下工具的準備及鉆井專用套管的設計與加工。

套管加工最能體現(xiàn)科研人員精益求精的工作態(tài)度。研發(fā)團隊經(jīng)過大量計算，將套管壁厚從10.54毫米減至9.17毫米。毫米級別的調(diào)整帶來的是成本的進一步降低。為保證套管承扭滿足鉆井要求，他們還重新設計套管接箍，研制出抗扭能力達到19000?！っ椎?39.7毫米高抗扭鉆井型套管。同時，可鉆式套管鉆頭經(jīng)過快速迭代升級也已達到國際同類產(chǎn)品技術(shù)水平。

2023年10月27日，2-4-斜更300井開工。該井完鉆井深1935米，成功應用了高抗扭套管等一系列新工具。同年11月9日，2-3-斜222井挑戰(zhàn)更高難度，井深達到2312米，創(chuàng)國內(nèi)套管鉆井井深最深、水平位移最大兩項紀錄，充分驗證了套管鉆井技術(shù)的可行性。

“施工過程中，由于施工區(qū)塊老井錯綜復雜，地下井網(wǎng)密如蟻穴，防碰難度很大?！便@井院鉆井工藝研究所趙洪山博士說，“我們通過軌道繞障優(yōu)化、實時防碰掃描、精細化軌跡控制措施，實現(xiàn)了與鄰井最小防碰距離10米以上，保證了軌跡控制安全?！?/p>

不僅如此，在2-3-斜222井開展的試驗中，研發(fā)團隊還使用了MWD（隨鉆測量）伽馬探管，在井深1400米之后成功錄取伽馬數(shù)據(jù)，解決了地層巖性識別難問題。試驗結(jié)束后，他們總結(jié)經(jīng)驗，研發(fā)了擴張式鉆頭，完成了進尺后液壓刀翼擴張打開，為下開次鉆頭讓出鉆進通道，消除了用鉆頭打鉆頭的“內(nèi)耗”，使國產(chǎn)套管鉆井技術(shù)不斷完善。

如今，勝利石油工程套管鉆井技術(shù)已具備推廣應用條件，但研發(fā)團隊仍不滿足現(xiàn)狀，聚焦井網(wǎng)重構(gòu)、井筒工程和自動化鉆機等成套技術(shù)邁出了新的步伐?！按蛟炖嫌吞锾岣卟墒章实摹こ舔?qū)動樣板’，讓不可能鉆的井變?yōu)榭赡?，充分釋放鉆井工作量，是我們的光榮使命！”裴學良說。

【施工者說】

勝利石油工程渤海鉆井40619隊平臺經(jīng)理 牛士營：由我們承鉆的2-3-斜222井全過程采用套管鉆井技術(shù)完鉆，井深2312米、垂深2095米、水平位移854米，創(chuàng)國內(nèi)套管鉆井井深最深、水平位移最大兩項紀錄。對鉆井工人而言，應用全過程套管鉆井技術(shù)減少了起下鉆、通井、下套管等施工環(huán)節(jié)，鉆完井一步到位，而且不用鉆桿打井，意味著今后不再需要大型鉆機，輕便型自動化鉆機將取而代之。到那時，鉆井施工不用再興師動眾，單井成本和員工勞動強度都將大大降低。

專家視點

技術(shù)迭代升級點燃鉆完井提速引擎

□中國石化石油工程技術(shù)研究院 光新軍

油氣鉆井技術(shù)是發(fā)現(xiàn)油氣藏、建立油氣通道、提高單井產(chǎn)量、降低綜合成本、實現(xiàn)油氣高效開發(fā)的重要手段。21世紀以來，隨著超深井鉆井、海洋深水鉆井、水平井“一趟鉆”等鉆井技術(shù)的快速發(fā)展，拓寬了油氣勘探開發(fā)領域，實現(xiàn)了深層、深水、非常規(guī)等油氣資源的經(jīng)濟有效開發(fā)。

在能源轉(zhuǎn)型、新一輪科技革命加速演進的大背景下，油氣鉆井技術(shù)的發(fā)展面臨諸多挑戰(zhàn)。一是隨著油氣勘探開發(fā)向深水、深層、非常規(guī)等領域深入推進，資源品質(zhì)劣質(zhì)化和作業(yè)環(huán)境復雜化進一步加劇，開發(fā)難度不斷增大，對鉆井技術(shù)提出了更高要求；二是全球能源轉(zhuǎn)型推動油氣產(chǎn)業(yè)鏈向低碳化發(fā)展，對鉆井技術(shù)發(fā)展的方向和目標提出了新的要求；三是數(shù)字化、智能化正在引領新一輪科技及產(chǎn)業(yè)變革、催生重大顛覆性創(chuàng)新，并向油氣行業(yè)不斷滲透與融合，要求鉆井技術(shù)搶抓數(shù)字化發(fā)展機遇。

為提高適應復雜地層和環(huán)境的能力，滿足油氣勘探開發(fā)增產(chǎn)上產(chǎn)、降本增效、低碳發(fā)展的需要，在信息技術(shù)、人工智能和新材料等高新技術(shù)的推動下，鉆井技術(shù)正向高性能、低成本、智能化、綠色環(huán)保等方向發(fā)展。

經(jīng)過多年持續(xù)攻關(guān)，我國形成了系列配套油氣鉆井技術(shù)，基本滿足了油氣勘探開發(fā)的需要，但在高性能智能旋轉(zhuǎn)導向系統(tǒng)、超高溫井下測量工具、連續(xù)管鉆井技術(shù)等方面與國外技術(shù)還有一定差距。在保障國家能源安全、推進油氣高質(zhì)量發(fā)展的要求下，需要圍繞“兩深一非一老”、綠色低碳和數(shù)字化領域，加快關(guān)鍵鉆井技術(shù)的攻關(guān)和推廣應用，支撐打造油氣上游新質(zhì)生產(chǎn)力。

一是針對深層超深層油氣高溫、高壓、高應力等難題，研發(fā)深層超深層優(yōu)快鉆井、高溫高密度井筒工作液體系、220攝氏度井下測控儀器等鉆井技術(shù)，提升深層超深層復雜環(huán)境作業(yè)能力。二是針對海洋深水鉆井作業(yè)風險高、地質(zhì)環(huán)境復雜等難題，研發(fā)深水控壓鉆井、雙梯度鉆井、無隔水管鉆井等安全鉆井技術(shù)，提高海洋油氣開發(fā)的安全性和可靠性。三是針對非常規(guī)油氣開發(fā)效益差、降本增效難度大等難題，研發(fā)5000米長水平段水平井鉆井、隨鉆遠探測、智能旋轉(zhuǎn)導向系統(tǒng)等提速提效鉆井技術(shù)，大幅降低噸油成本，實現(xiàn)頁巖、致密低滲油氣藏經(jīng)濟高效開發(fā)。四是針對老油田挖潛油氣水關(guān)系復雜、單井產(chǎn)量低等難題，研究套管鉆井、高級別分支鉆井、最大儲層接觸（ERC）鉆井、連續(xù)管鉆井、超短半徑徑向水平井鉆井、老井側(cè)鉆、仿生井等提高單井產(chǎn)量鉆井技術(shù)，最大限度地接觸剩余油，提高單井綜合效益。五是圍繞高溫地熱和干熱巖開發(fā)、地下空間儲能、二氧化碳封存與利用、油氣開發(fā)全過程節(jié)能減排等新能源新領域，研究微波鉆井、等離子鉆井、U形井鉆井、燃料電池鉆機裝備等滿足新能源開發(fā)的特殊鉆井工藝和低碳鉆井技術(shù)，實現(xiàn)油氣產(chǎn)業(yè)綠色低碳發(fā)展。六是圍繞油氣行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型和智能化發(fā)展，采用大數(shù)據(jù)、人工智能、數(shù)字孿生等技術(shù)，借助自動化鉆井裝備和高端智能新材料，開發(fā)智能鉆井技術(shù)，實時監(jiān)督和優(yōu)化鉆井過程，實現(xiàn)油氣鉆井全自主智能決策和閉環(huán)調(diào)控。

新聞會客廳

套管鉆井技術(shù)是如何針對老油區(qū)勘探開發(fā)的難題進行創(chuàng)新的？相比傳統(tǒng)鉆井方式有哪些顯著優(yōu)勢？

勝利石油工程鉆井工程高級專家 吳仲華：經(jīng)過60余年的勘探開發(fā)，勝利油田主力富油凹陷的石油探明程度已達50%以上。然而，在目前已開發(fā)的40多億噸地質(zhì)儲量中，采收率小于20%的有14億多噸。如果有更加經(jīng)濟的辦法將采收率提高10個百分點，將支撐勝利油田2340萬噸穩(wěn)產(chǎn)大約20年。

老油區(qū)勘探開發(fā)難題急需新技術(shù)來破解。套管鉆井技術(shù)正是以問題為導向，針對老油區(qū)中淺層加密鉆井開展的一項重要的創(chuàng)新課題。目前看來，由于套管鉆井施工是基于單根套管進行的，不同于傳統(tǒng)雙根或三根鉆桿構(gòu)成的立根鉆井方式，無須二層臺和復雜龐大的井架結(jié)構(gòu)，如果在傳統(tǒng)鉆機上實施套管鉆井作業(yè)，無異于“大馬拉小車”。為了實現(xiàn)快速建井、快速搬遷，達到進一步壓縮鉆井成本的目的，必須大幅縮小鉆機體量。鉆機小型化，防噴器、泥漿泵等配套設備也將隨之縮小，操控將更加靈活便捷，功能也更加簡化實用。

今年下半年，勝利石油工程研發(fā)的套管鉆井專用鉆機將閃亮問世。它采用車載模塊化設計，集成液壓站、絞車、井架、頂驅(qū)等設備便捷安裝，可大幅減少非直接作業(yè)時間?？梢灶A見，今后鉆井成本將不再是制約井位部署的主要因素，日產(chǎn)1噸、2噸油的井也有利潤，將為老油區(qū)開發(fā)釋放大量井位，把過去那些“食之無味、棄之可惜”的“雞肋”斷塊變成新的“聚寶盆”。

套管鉆井不需要起下鉆，鉆完井直接固井，后續(xù)完井作業(yè)時間大幅壓縮，在車載鉆機的加持下，以前200米的井距可以加密到幾十米一口井，鉆井猶如在稻田里“插秧”，真正實現(xiàn)“井位自由”。

套管鉆井專用鉆機明確了“堅持高起點立項”，把鉆井全過程的自動化、程序化、智能化作為終極目標，從安全、井控、井下工具、裝備、井柱等關(guān)鍵環(huán)節(jié)實施全方位科技創(chuàng)新，爭取做到一部鉆機只要幾個人就能操控，進一步實現(xiàn)遠程控制、鉆臺面無人。

當然，這些設想的實現(xiàn)需要大量科研創(chuàng)新支撐，必須打破固有思維模式，建立一套全新的標準體系，這是前所未有的挑戰(zhàn)，也是我們努力實現(xiàn)的目標。

在套管鉆井的“最后一公里”固井施工中，面臨的主要挑戰(zhàn)有哪些？是如何破解的？

勝利石油工程固井技術(shù)服務中心副經(jīng)理 徐軍浩：套管鉆井是以套管取代鉆具鉆進的一項革新技術(shù)，能簡化鉆完井作業(yè)流程，有效減少井下復雜事故，實現(xiàn)快速高效建井。雖然這項新技術(shù)的優(yōu)點不少，但在“最后一公里”固井施工中，也存在井筒質(zhì)量未知、井下環(huán)境不明晰等諸多施工難點。

在陳23-更27井、陳23-斜更29井的施工中，固井技術(shù)服務中心攻關(guān)小組科學診斷影響固井質(zhì)量的因素，精準制定優(yōu)化施工方案?？紤]到施工井周圍的注水井不停注、地層流體不間斷對井筒造成干擾，易引發(fā)固井質(zhì)量問題和井控安全風險，攻關(guān)小組通過研究論證、井下模擬計算和配方優(yōu)選，創(chuàng)新采用低溫早強水泥漿體系，全面保證了低溫條件下的水泥石強度；采用抗干擾水泥漿體系，防止周邊注水井或地層水等井下流體對水泥漿的侵蝕；優(yōu)選控壓固井技術(shù)，有效降低了注水泥過程中發(fā)生井涌或水浸風險，最終實現(xiàn)兩口井固井施工過程一次成功率100%。其中，陳23-更27井固井質(zhì)量達到雙界面優(yōu)質(zhì)，得到甲方高度認可。（王 寧 整理）