當(dāng)前全球油氣勘探開發(fā)正從常規(guī)油氣藏向低滲透、非常規(guī)發(fā)展，從陸地向海洋發(fā)展，從淺層向深層、超深層發(fā)展。國內(nèi)待開發(fā)油氣資源，主要集中于低滲透、深層油氣藏、海洋油氣藏、非常規(guī)油氣藏等。資源品質(zhì)越差，對工程技術(shù)的需求越大。面 對“低(低 壓、低 滲透、低豐度)、深(深層)、海(海洋)、非(頁巖氣、致密油、致密氣等非常規(guī))、新(可燃冰、地?zé)岬刃履茉?”，以及海相碳酸鹽巖油氣藏等新領(lǐng)域和特高含水油田后期開發(fā)的嚴(yán)峻形勢，工程技術(shù)遇到了新挑戰(zhàn)，同時也獲得了難得的發(fā)展機(jī)遇[1-3]。

　　縱觀近年來全球鉆井技術(shù)發(fā)展動向，鉆井正經(jīng)歷著深刻的變化。極端環(huán)境資源勘探開發(fā)正成為熱點和焦點，信息技術(shù)、材料技術(shù)、通訊技術(shù)的飛速發(fā)展為克服人類極限挑戰(zhàn)提供了種種可能，井下工具市場的進(jìn)步速度已遠(yuǎn)超地質(zhì)年代的變化速度，鉆井的遠(yuǎn)程控制、自動化作業(yè)、工廠化作業(yè)使得人類越來越有勇氣將足跡踏入到過去似乎不可觸及的區(qū)域。

　　這是個機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存的時代，驅(qū)動鉆井技術(shù)不斷創(chuàng)新和發(fā)展，而鉆井技術(shù)創(chuàng)新的回報反過來再進(jìn)一步驅(qū)動技術(shù)進(jìn)步和創(chuàng)新。

　　1 油氣工程技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

　　全球石油工業(yè)的發(fā)展表明：工程技術(shù)的每一次革命，都伴隨著全球油氣產(chǎn)量和儲采比一個大的飛躍。尤其是近年來旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向、水平井多級壓裂等工程技術(shù)進(jìn)步，引領(lǐng)了全球第四次石油技術(shù)革命，正在改變世界能源的格局。　　近年來中國石油天然氣集團(tuán)公司(以下簡稱中石油)油氣工程技術(shù)與裝備的快速發(fā)展，尤其是水平井鉆完井及多段壓裂增產(chǎn)改造技術(shù)的突破，有力地支撐了油氣勘探開發(fā)業(yè)務(wù)，已經(jīng)發(fā)展成為尋找油氣藏、高效開發(fā)油氣田最有效的手段，對增儲上產(chǎn)和提高單井產(chǎn)量發(fā)揮了重要作用。隨著油氣資源品質(zhì)劣質(zhì)化、油氣目標(biāo)復(fù)雜化等問題的不斷加深，尤其是隨著勘探開發(fā)逐步轉(zhuǎn)向深層、海洋、非常規(guī)油氣藏等領(lǐng)域，工程技術(shù)與裝備面臨著新的挑戰(zhàn)。

　　1.1 鉆井基本情況　　近年來全球鉆井工作量持續(xù)增加，2012年全球鉆井?dāng)?shù)超過11萬口。目前中國的鉆井規(guī)模已經(jīng)穩(wěn)居世界第二。僅中石油的鉆井工作量2007年就已經(jīng)超越加拿大和俄羅斯(圖1～3)。　　值得指出的是，目前美國水平井鉆井工作量已經(jīng)超過直井鉆井量。隨著頁巖氣的大規(guī)模開發(fā)，美國水平井 鉆 井 數(shù) 快 速 增 長，2012年 增 至17721口，占 當(dāng) 年美國鉆井總數(shù)的36.7%。預(yù)計2013年美國水平井鉆井?dāng)?shù)將接近20000口。當(dāng)前美國新鉆的水平井大部分用于開 發(fā) 頁 巖 氣、致 密 油、致 密 氣 等 非 常 規(guī) 資 源。2011年僅 Barnett頁巖氣產(chǎn)區(qū)就鉆水平井近 10000口。有些公司和部分地區(qū)新鉆的頁巖氣井幾乎全是水平井。同樣隨著頁巖氣的大規(guī)模開發(fā)，美國水平井鉆井進(jìn)尺數(shù)快速增長，2012年增至6980×104 m，占 當(dāng)年美國鉆井 總 進(jìn) 尺 的60%。美 國 用 于 鉆 水 平 井 的 在用旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)數(shù)快速增加，從2000年的55臺增至2012年的1151臺，占 比 從2000年 的6%增 至2012年 的60%。隨著技術(shù)的進(jìn)步，水平井鉆井效率還將持續(xù)提升，鉆井周期、建井周期有望進(jìn)一步縮短，單位進(jìn)尺鉆井成本有望進(jìn)一步降低，同時推動其他井鉆井效率的提升。

　　1.2 工程技術(shù)近年來重大標(biāo)準(zhǔn)性成果　　近年來 通 過 持 續(xù) 攻 關(guān)，自 主 研 制 了 萬 米 鉆 機(jī)、頂驅(qū)、近鉆頭地質(zhì)導(dǎo)向、欠平衡/氣體鉆井/控壓 鉆 井、連續(xù)管作業(yè) 機(jī)、21 MPa/35 MPa帶 壓 作 業(yè) 機(jī) 等 核 心 裝備，發(fā)展完善 了 以 水 平 井、欠 平 衡、鉆 井 提 速、儲 層 改造、帶壓作業(yè)為核心的成套技術(shù)(見表1～3)，有力地支撐了公司水平井、欠平衡、鉆井提速、水平井分段壓裂等重點工程的實施，加快了“大慶穩(wěn)產(chǎn)”“長慶上產(chǎn)”“新疆大慶”“海外大慶”和川渝天然氣基地建設(shè)進(jìn)程，實現(xiàn)了鉆井持續(xù)提速提效，顯著提升了勘探開發(fā)綜合效益。

　　1.2.1 深井鉆機(jī)及配套設(shè)備　　為提 升 深 層、超 深 層 油 氣 鉆 探 能 力，成 功 研 制 了8000m/9000m/12000m鉆機(jī)，使中國成為繼美國之后第二個擁有萬米級交流變頻鉆探裝備的國家。配套形成9000kN頂部驅(qū)動鉆井裝置和6000HP(1HP=0.7457kW)絞車及盤式剎車，2200HP鉆井泵及高壓管匯系統(tǒng)能在34MPa高泵壓工作條件下無故障運(yùn)行300h以上，滿足深井、超深井高壓噴射鉆井要求。提升了我國高端裝備設(shè)計、研發(fā)、制造能力，使我國成為全球最大的鉆機(jī)制造國家和第2大頂驅(qū)制造商。

　　1.2.2 連續(xù)管技術(shù)與裝備　　為降低工程作業(yè)費(fèi)用，提高井下作業(yè)效率，中石油鉆井院 成 功 研 制 出 CT38、LG360/60T 連 續(xù) 管 作 業(yè)機(jī)，克服大管徑、高強(qiáng)度、連續(xù)管穿注入頭等難題，在液壓控制、夾緊方式、井口防噴系統(tǒng)和鏈條同步等方面取得突破，技術(shù)性能達(dá)到國外同類產(chǎn)品先進(jìn)水平。在寶雞 鋼 管 廠 建 成 國 內(nèi) 首 條 連 續(xù) 管 生 產(chǎn) 線，已 生 產(chǎn) 直 徑31.75～88.9mm 連續(xù)管近10×104 m，滿足了國內(nèi)連續(xù)管技術(shù)快速發(fā)展對各種柔性管的需求。目前連續(xù)管技術(shù)的應(yīng)用幾乎涵蓋了所有油氣井作業(yè)范圍。直 徑60.3mm 連續(xù)管最大下井深度達(dá)4500m，在遼河、四川、大港、冀東 等 油 氣 田 應(yīng) 用，整 機(jī) 操 作 可 靠、運(yùn) 行 平穩(wěn)，顯著提高了作業(yè)效率和單井產(chǎn)量。

　　1.2.3 近鉆頭地質(zhì)導(dǎo)向系統(tǒng)　　針對近年來水平井?dāng)?shù)量不斷增多的問題，研發(fā)了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的隨鉆測量、隨鉆測井和近鉆頭地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)，實現(xiàn)了大多數(shù)水平井都能夠采用國產(chǎn)儀器實現(xiàn)軌跡的測量與控制，并且在海外水平井中發(fā)揮了重要作用。

　　1.2.4 控制壓力鉆井系統(tǒng)　　為解決塔里木盆地塔中等地區(qū)窄壓力窗口安全鉆井難題，中石油成功研制了精細(xì)控壓鉆井系統(tǒng)[4]，包括地面壓力控制裝置和井下壓力隨鉆測量工具，填補(bǔ)了國內(nèi)空白，達(dá)到了國外同類技術(shù)的先進(jìn)水平。井底壓力控制精度±0.35MPa，可 進(jìn) 行 近 平 衡、欠 平 衡 精 細(xì)控壓鉆井作業(yè)，適用于各種鉆井工況。目前已在塔中、川渝、冀東、華 北 等 油 氣 田 開 展 現(xiàn) 場 試 驗 與 工 業(yè) 應(yīng) 用20余井次，實施了井底壓力精細(xì)控制，系統(tǒng)性能穩(wěn)定，有效解決了“溢漏共存”鉆井難題，取得顯著效果，創(chuàng)造了塔中水平井多項紀(jì)錄。

　　1.2.5 自動垂直鉆井系統(tǒng)　　針對塔里木盆地庫車山前、玉門、青海、川東北、準(zhǔn)噶爾盆地南緣等山前高陡構(gòu)造和逆掩推覆體地層的易斜難題，突破 了 動 力 防 斜 技 術(shù)，渤海鉆探成功研發(fā)出VDT5000自動垂直鉆井系 統(tǒng)。主 要 性 能 指 標(biāo) 達(dá) 到 國際同類產(chǎn)品先進(jìn)水 平，VDT5000成 功 應(yīng) 用 幾 十 口 井，單趟最高進(jìn)尺達(dá)1527.8m，井斜角小于0.5°，機(jī)械鉆速提高70%以上，已成為塔里木盆地庫車山前構(gòu)造防斜打快的 主 體 技 術(shù)。對于提高西部地區(qū)易斜地層鉆速、避免套管損害發(fā)揮了重要作用。

　　1.2.6 煤層氣水平井遠(yuǎn)距離穿針裝備　　為克服煤層氣水平井與洞穴直井精確引導(dǎo)連通難題，研制了具有超近距離引導(dǎo)、井斜測量和空間立體制導(dǎo)功能 的 遠(yuǎn) 距 離 穿 針 裝 備 DRMTS-Ⅰ，打 破 國 外 壟斷，達(dá)到 國 外 同 類 技 術(shù) 先 進(jìn) 水 平。探 測 能 力 達(dá) 到 70m，實現(xiàn)了5m 以內(nèi)仍能探測、測量誤差小于5%的良好性能。在山西沁水、內(nèi)蒙古鄂爾多斯等煤層氣區(qū)塊現(xiàn)場應(yīng)用21井 次，一 次 連 通 作 業(yè) 成 功 率100%，為 煤層氣高效開發(fā)提供了工具支持。

　　1.2.7 無線電磁波隨鉆測量系統(tǒng)　　自主 研 制 的 DREMWD 無線電磁波隨鉆測量系統(tǒng)現(xiàn)場試驗成功，數(shù)據(jù)傳輸速率3.5bit/s(井深2876m 處)和11bit/s(井深982m 處)發(fā) 電 機(jī) 易 損 件 使 用壽命達(dá)到200h，數(shù)據(jù)刷新間隔15s，累計完成現(xiàn)場試驗近10井次。2011年在 HN10-D3煤層氣 水 平 井 現(xiàn)場定向 服 務(wù)，井 下 累 計 隨 鉆 時 間 67h，隨 鉆 進(jìn) 尺 320m，定向過程中電磁波信號連續(xù)無間斷傳輸，定向鉆進(jìn)時動態(tài)數(shù)據(jù)：井 斜 角 跳 動 小 于0.3°、方位角跳動小于0.5°、工具面角跳動小于2°。2012年 鄭4平-8H 井 試驗中，一趟鉆完成1個主支和2個分支的全水平段導(dǎo)向作業(yè)，連續(xù)工作112h，總進(jìn)尺1491m。

　　1.2.8 BWR無線隨鉆測井系統(tǒng)　　隨鉆電磁波電阻率測井儀運(yùn)用自適應(yīng)發(fā)射功率調(diào)整技術(shù)，提高了不同探測深度的電阻率測量精度，測量范圍擴(kuò)大了1.5倍，利用局部時間攝動解碼技術(shù)，脈沖信號解碼率提 高30%，實 現(xiàn) 了 實 時 測 取、跟 蹤 油 層 邊界，達(dá)到了國際先進(jìn)水平。通過現(xiàn)場試驗，該儀器的測量精度、探測深度、傳輸速度、存儲量與信號識別率等性能指標(biāo)均優(yōu)于國際同類儀器。該技術(shù)能探測儲層邊界，實現(xiàn)了超薄層水平井地質(zhì)導(dǎo)向鉆井。

　　2 工程技術(shù)發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)

　　當(dāng)前油氣勘探開發(fā)面對資源品質(zhì)劣質(zhì)化、油氣目標(biāo)復(fù)雜化、安全環(huán)保嚴(yán)格化等嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。全球油氣勘探開發(fā)趨勢正從常規(guī)油氣藏向低滲透、非常規(guī)油氣藏發(fā)展，從陸地向海洋發(fā)展，從淺層向深層、超深層發(fā)展。面對勘探開發(fā)新形勢，工程技術(shù)遇到了新的難題和挑戰(zhàn)。　　對比分析表明，中石油鉆完井技術(shù)與國外有一定差距(表4)。主 要 表 現(xiàn) 在 自 動 化 鉆 機(jī)、海 洋 鉆 完 井 裝備、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)、抗高溫隨鉆測量儀器、抗高溫螺桿、高效鉆頭、高溫高密度油基鉆井液等方面[2，5]。

　　深井超深井鉆井面臨的挑戰(zhàn)主要表現(xiàn)在：深度增加凸顯鉆機(jī)低效;深部高研磨性地層破巖效率低、鉆速慢;高溫高壓對管柱、井下工具、儀器的損壞嚴(yán)重;高壓地層對井控安全帶來挑戰(zhàn);傳統(tǒng)的隨鉆測量系統(tǒng)的信道受到制約;深層井壁失穩(wěn)問題突出，超深層巖石賦存狀態(tài)遵循規(guī)律不同于常規(guī)地層，常規(guī)井壁穩(wěn)定理論不再適用;多層井身結(jié)構(gòu)應(yīng)用問題等。

　　海洋鉆井面臨的挑戰(zhàn)主要表現(xiàn)在：水深帶來的挑戰(zhàn);淺層水、氣流帶來的挑戰(zhàn);風(fēng)浪流帶來的挑戰(zhàn);海底低溫帶來的挑戰(zhàn);天然氣水合物帶來的挑戰(zhàn);高溫高壓帶來的挑戰(zhàn);深水井控難度大;低漏失壓力;鉆井船、水下防噴器、機(jī)器人、隔水導(dǎo)管等裝備與技術(shù)儲備不足;灘淺海大位移水平井位移延伸能力不夠;海水基鉆井液、固井液不成熟;北極超低溫、多浮冰帶來的挑戰(zhàn)等。

　　3 工程技術(shù)發(fā)展趨勢與工作建議

　　3.1 工程技術(shù)發(fā)展方向和趨勢3.1.1 工程技術(shù)發(fā)展方向[6-12]　　當(dāng)今世界油氣技術(shù)正逐步向集成化、信息化、智能化、可視化、實時化、綠色化方向發(fā)展，而油氣鉆井技術(shù)總的發(fā)展趨勢是向更深、更快、更經(jīng)濟(jì)、更清潔、更安全和更聰明的方向發(fā)展(表6)。鉆井技術(shù)不僅僅只是打開和建立油氣通道，已成為提高油氣井產(chǎn)量、提高采收率等增儲上產(chǎn)新途徑和重要手段。3.1.2 鉆完井技術(shù)發(fā)展趨勢　　鉆完井技術(shù)在今后一段時間的發(fā)展趨勢：①鉆井裝備向大型化、自動化、模塊化、專用鉆機(jī)、液壓鉆機(jī)和無鉆機(jī)方向發(fā)展，海洋鉆井裝備向更可靠、更安全、高效起下方向 發(fā) 展，配 套 裝 備 也 隨 之 快 速 發(fā) 展;②自 動化、智能化、信息化鉆井高新技術(shù)向更高、更快、更準(zhǔn)的方向快速發(fā)展，逐步實現(xiàn)遠(yuǎn)程專家支持;③用鉆井新技術(shù)提高油氣井產(chǎn)量、剩余油采收率和開發(fā)效益已成為鉆井發(fā)展的主導(dǎo)方向;④不斷研發(fā)鉆井高新技術(shù)，新型破巖技術(shù)不斷涌現(xiàn)，實現(xiàn)優(yōu)快鉆井，達(dá)到及時發(fā)現(xiàn)和保護(hù)油氣層、降低“噸油”鉆井成本，已成為國外鉆井發(fā)展的主流;并儲備反循環(huán)鉆井、等離子和激光等非接觸式鉆井新技術(shù);⑤井下測量、控制儀器和工具朝信息傳輸大容量、多通道、快速精確、抗高溫高壓、智能化、自動化進(jìn)一步發(fā)展;⑥鉆井液固井液系列化發(fā)展，體系和添加劑產(chǎn)品種類多樣、性能穩(wěn)定、抗溫抗復(fù)雜能力強(qiáng)，并出現(xiàn)了仿生鉆井液和智能水泥;⑦復(fù)雜結(jié)構(gòu)井縱深發(fā)展，多分支井向六級以上完井和最大儲層有效進(jìn)尺(MRC)、鉆向儲層(DTO)、極大儲層鉆進(jìn)(ERC)方 向發(fā)展，魚骨 井 和 大 位 移 井 水 平 位 移 向 12km 以 上 發(fā)展;⑧連續(xù)管鉆井、套管鉆井、膨脹管鉆井技術(shù)配套完善，技術(shù)和應(yīng)用呈現(xiàn)快速發(fā)展趨勢，并朝單一井徑井方向發(fā)展;⑨頁巖氣、致密油、致密氣等非常規(guī)鉆井完井技術(shù)不斷突破，并發(fā)展儲層穿越20km 長的魚骨井，不斷提高開發(fā)效益，水平井將逐步成為常規(guī)技術(shù)得以規(guī)模普及;⑩技術(shù)整合集成鉆測錄控一體化，向未來一口井一趟鉆方向發(fā)展。

　　3.2 工程技術(shù)發(fā)展建議　　1)對非常規(guī)油氣技術(shù)：面臨水平井的快速發(fā)展，加快對自動化鉆機(jī)、大型壓裂裝備、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向、油基鉆井液、高效鉆頭和抗高溫長壽命螺桿、新型壓裂液、流體回收處理技術(shù)等研究力度，盡快形成產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢。　　2)對深層油氣勘探開發(fā)：研發(fā)提高鉆井效率的鉆機(jī)及井口自動化設(shè)備，研發(fā)高溫高壓試油測試裝備、高鋼級抗腐蝕油套管、研發(fā)油基鉆井液和抗高溫壓裂液、井筒完整性評價技術(shù)、研發(fā)高效鉆頭和抗高溫長壽命螺桿等。　　3)對海洋油氣勘探開發(fā)：加快技術(shù)儲備，研發(fā)鉆機(jī)、修井機(jī)、采油平臺、水下采油裝置、防噴器等鉆完井裝備;雙梯度鉆井、控壓鉆井、表層鉆井、尾管鉆井等鉆完井技術(shù);超低溫鉆井液、水泥漿、海水基壓裂液等流體。

　　當(dāng)今世界油氣工業(yè)正經(jīng)歷著前所未有的變革。世界各國越來越把油氣工業(yè)的發(fā)展寄希望于技術(shù)革命。針對油氣勘探開發(fā)中面臨的深層、海洋、非常規(guī)等關(guān)鍵技術(shù)瓶頸問題，通過加快工程技術(shù)持續(xù)攻關(guān)，加強(qiáng)自主創(chuàng)新和引進(jìn)消化與吸收，研制成功一批具有自主知識產(chǎn)權(quán)的重大高端裝備、工具、軟件、產(chǎn)品和技術(shù)，更快更好地做好工程技術(shù)服務(wù)，為提高油氣資源動用率和勘探開發(fā)效益提供強(qiáng)有力的工程技術(shù)支撐。

　　參 考 文 獻(xiàn)

　　[1]中國石油天然氣集團(tuán)公司.中國石 油“十 二 五”鉆 井 科 技 發(fā)展規(guī)劃[R].北 京：中國石油天然氣集團(tuán)公司科技管理部，2010.cnPC.The“TwelfthFiveYear”drillingtechnologyplanofCNPC[R].Beijing：CNPCScience & TechnologyDepart-ment，2010.

　　[2]中國石油集團(tuán)鉆井工程技術(shù)研究院.中國石油工程技術(shù)與裝備重大專項頂層設(shè)計[R].北京：中國石油集團(tuán)鉆井工程技術(shù)研究院，2013.CNPCDrillingResearchInstitute.Topdesignforengineer-ingtechnology & equipmentofCNPC[R].Beijing：CNPCDrillingResearchInstitute，2013.

　　《中石油鉆井工程技術(shù)現(xiàn)狀、挑戰(zhàn)及發(fā)展趨勢 》來源：《天然氣工業(yè)》，作者：石 林 汪海閣 紀(jì)國棟