深層油氣資源是我國油氣重大戰(zhàn)略接替領(lǐng)域，39%的剩余石油和57%的剩余天然氣資源分布其中，我國陸上深層超深層油氣勘探開發(fā)整體處于全球領(lǐng)跑位置，且資源豐富但探明率低，剩余潛力大。從國家戰(zhàn)略發(fā)展層面，習(xí)近平總書記在全國科技創(chuàng)新大會明確提出“向地球深部進軍是我們必須解決的戰(zhàn)略科技問題”。
深井超深井對技術(shù)裝備提出更高要求
國內(nèi)油氣勘探開發(fā)向深發(fā)展，超深層鉆探面臨復(fù)雜的地層條件和極端的井筒環(huán)境，給鉆井工程技術(shù)帶來嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。儲層埋藏深，如準(zhǔn)噶爾南緣6,000-9,000米、塔里木6,000-10,000米等，導(dǎo)致管柱超重、鉆機負(fù)荷大等問題，需要8000米以上超深井鉆機設(shè)備等；超高溫（170-210℃）、超高壓（140-180MPa）要求井下工作液和工具儀器具備高耐溫耐壓性；壓力系統(tǒng)復(fù)雜、窄密度窗口，易引發(fā)井漏、井控風(fēng)險，需高效防漏堵漏技術(shù)；還有高陡構(gòu)造、膏鹽層、礫石層等特殊地層，分別帶來易斜、井壁垮塌、鉆速慢等難題，對應(yīng)需要防斜打直、井壁穩(wěn)定、個性化鉆頭裝備。“十四五”以來，渤海鉆探深井鉆探成果顯著。
2021年以來，完成風(fēng)險探井51口，6,000米以深井290口，其中8,000米超深井67口，9,000米特深井6口，有力保障了各油田深層超深層油氣勘探開發(fā)目標(biāo)實現(xiàn)。在鉆井周期上，2024年6,000米以深井平均鉆井周期119.11天，相比2020年210.09天縮短43%；8,000米以深井平均鉆井周期143.24天，較2020年286.63天節(jié)約50%。還連續(xù)刷新塔里木滿深區(qū)塊8,500米以深井鉆井周期指標(biāo)，滿深72-H10井鉆至8,534米僅用80.92天，創(chuàng)國內(nèi)8,500米以深超深井最短鉆井周期紀(jì)錄。在各盆地勘探中，塔里木盆地“十四五”以來累計完成探評井93口，區(qū)域占比51%，打成一批“1字號井”“高產(chǎn)井”，創(chuàng)造一批“高指標(biāo)”；河套盆地打成河探1井、河探101井、隆華1井、蒙探1井等，助力華北油田巴彥區(qū)域原油上產(chǎn)200萬噸；準(zhǔn)噶爾南緣2021年天灣1井首次在8,000米以深獲得高產(chǎn)油氣，2024年清北1井（井深9,056米）創(chuàng)新疆油田最深井紀(jì)錄，推動該區(qū)域勘探突破。
深井超深井鉆探技術(shù)裝備的應(yīng)用情況
先進裝備筑牢根基。渤海鉆探鉆機裝備升級：“十四五”期間，升級配套52MPa高壓鉆井泵337臺（含1600HL高壓鉆井泵219臺、2200HP及以上鉆井泵118臺）、70MPa高壓管匯91套、105MPa以上防噴器組17套（140MPa防噴器組3套、105MPa防噴器組14套）、大通徑高效液氣分離器15套，還升級配備二層臺機械手等，提升自動化水平和作業(yè)效率。2015-2018年完成6,000米超深井128口，2019年完成首口8,000米以上超深井克深21井（8,098米），2023年完成首口9,000米以上特深井果勒3C井（9396米），累計完成8,000米以上超深井54口、9,000米以上特深井6口，2025年1月又完成2口9,000米特深井。
精細(xì)控壓裝備迭代。渤海鉆探形成“鉆-測-固-完”一體化精細(xì)控壓鉆完井工藝技術(shù)，“十四五”以來在深井應(yīng)用25口井，鉆井液漏失量降低65%，復(fù)雜處理時效降低70%，固井合格率提升10%以上。如清北1井實現(xiàn)最高控壓10.5MPa，其控壓裝備額定工作壓力35MPa，工作壓力14MPa，控制精度±0.1MPa等。鉆井液地面冷卻裝備創(chuàng)新。渤海鉆探設(shè)計冷卻、循環(huán)水散熱和循環(huán)水罐三大模塊，形成鉆井液-水-空氣能量轉(zhuǎn)換散熱技術(shù)，處理能力2m³/min以上，鉆井液地面降溫超40℃，井下循環(huán)溫度降低8-15℃，高溫環(huán)境下定向儀器故障率下降25%。如官頁5-1-4H井鉆井液出口溫度由76℃降至53℃，井底溫度由129℃降至120℃。渤海鉆探系列鉆井提速特色工具助力降本增效，如垂直鉆井工具改進，全面對標(biāo)國外先進工具，實現(xiàn)“核心技術(shù)自主化、加工制造國產(chǎn)化、技術(shù)服務(wù)產(chǎn)業(yè)化”，形成VDT6000、VDT5000、VDT4000、VDT3000四大垂鉆工具序列，耐溫從150℃提升至175℃，耐壓從140MPa提升至175MPa，應(yīng)用井深從3,000米提升至5,000米，井斜控制小于0.5°。
“十四五”期間累計施工145井次、進尺18萬米、總?cè)刖畷r間6萬余小時，在泥巖地層、礫石地層等實現(xiàn)高進尺且井斜小，工具入井最深達(dá)5,539米。定向儀器自研成功。渤海鉆探打造第二代BH-LWD平臺，集成多種功能，耐溫200℃，儀器數(shù)據(jù)傳輸速率提高1.5倍以上，信源8井創(chuàng)斜深最深（9545米）、造斜點最深（8,800米）亞洲紀(jì)錄。還研發(fā)多種定向儀器，“十四五”期間在塔里木、河套、準(zhǔn)噶爾三大盆地多口井應(yīng)用，最高溫度達(dá)190℃。渤海鉆探提速工具擴容,形成減震提速、沖擊破巖等五大類12種鉆井提速工具，耐溫175℃、壽命200小時，“十四五”期間在6,000米以深井累計應(yīng)用75口井，平均機械鉆速提高23.8%。其中水力振蕩器、多功能液動沖擊器、高速陀螺鉆具阻尼器通過集團公司鑒定，認(rèn)定為國際先進水平，部分國際領(lǐng)先。
高速陀螺鉆具阻尼器可有效抑制橫向振動，在多油田應(yīng)用42井次，平均機械鉆速提高19.7%；軸扭雙向減震器可緩解軸向和扭轉(zhuǎn)振動，在四川、新疆應(yīng)用52口井，平均振動加速度幅值降低35%以上；全液壓隨鉆震擊器可無級調(diào)節(jié)震擊噸位，在264口井應(yīng)用，最長使用時間824.5小時，最高入井溫度183℃。特色鉆井液保障安全鉆井。渤海鉆探自主研發(fā)四十多種核心處理劑，形成BH-WEI復(fù)合鹽鉆井液、BH-OBM油基鉆井液和BH-KSM鉀鹽聚磺鉆井液三類特色鉆井液體系，抗溫達(dá)220℃，最高密度3.0g/cm³。BH-WEI具有高溫增效等特性，2021年保障河探1井安全高效鉆井，創(chuàng)集團公司水基鉆井液最高密度2.55g/cm³紀(jì)錄，“十四五”期間應(yīng)用井?dāng)?shù)和服務(wù)進尺逐年變化，2024年完井140口，服務(wù)進尺51.71萬米。BH-OBM致密封堵性強等，2024年助力清北1井完鉆，該井為淮噶爾盆地首口突破9000米特深井，“十四五”期間應(yīng)用井?dāng)?shù)和服務(wù)進尺也有相應(yīng)變化，2024年完井13口，服務(wù)進尺3.4萬米。創(chuàng)新集成技術(shù)突破日進尺極限。
渤海鉆探充分發(fā)揮鉆井裝備能力，科學(xué)強化鉆井參數(shù)，集成綜合提速技術(shù)，在塔里木區(qū)域鉆井參數(shù)提高30%，機械鉆速提高40%，推動日進尺突破。如滿深7-H7井131/8″井眼通過參數(shù)強化，平均機械鉆速對比鄰井提高45.5%；克深3,104井171/2″井眼參數(shù)強化后，平均機速對比鄰井提高40.2%。還秉持“五大兩高”提速理念（大鉆壓、大排量等），推廣“四合一”提速技術(shù)（個性化PDC鉆頭等組合）和“預(yù)彎曲”提速技術(shù)（異形齒PDC鉆頭等組合）。防漏堵漏技術(shù)助力高效施工。“十四五”期間，渤海鉆探BH-PBS隨鉆封堵強化井眼技術(shù)應(yīng)用206口井，清北1井四開承壓能力提高0.08g/cm³；BHCYQ高承壓自適應(yīng)橋堵技術(shù)應(yīng)用68口井，隆華1井五開承壓能力提高0.43g/cm³；堵漏專用混輸裝置應(yīng)用6口井，節(jié)約堵漏作業(yè)時間235小時。BH-PBS抗溫180℃，可填充孔隙；BH-CYQ抗溫220℃，可實現(xiàn)廣譜自適應(yīng)封堵；堵漏專用混輸裝置最大泵壓13MPa，解決大顆粒泵送等問題。
綜合復(fù)雜處理技術(shù)提升處理能力。渤海鉆探攻關(guān)形成160℃、140MPa高溫高壓爆炸松扣工藝，最深作業(yè)7,253米；形成高效磨銑開窗側(cè)鉆技術(shù)，滿足高強度套管開窗需求，最深作業(yè)7110米。測卡井下儀器最高工作溫度200℃、壓力207MPa，精度±1.5m；爆炸松扣作業(yè)最高溫度160℃、壓力140MPa。在多個油田實現(xiàn)多項工程紀(jì)錄，如塔里木油田滿深4-H3井、滿深705-H8井等。渤海鉆探持續(xù)升級固井技術(shù)。渤海鉆探持續(xù)攻關(guān)抗高溫水泥漿體系，研發(fā)30余種核心外加劑，形成高溫高密度水泥漿體系，最高密度2.60g/cm³、抗溫220℃、沉降密度差±0.05g/cm³，在深井超深井累計施工785井次，其中8,000米以深39井次，9,000米以深1井次，創(chuàng)10項施工紀(jì)錄。
在塔里木、準(zhǔn)噶爾、河套三大盆地均有應(yīng)用，如塔里木盆地克深24-6井水泥漿密度2.60g/cm³。固井工具方面，性能大幅提升，研發(fā)尾管懸掛器、分級注水泥器、漂浮下套管工具等7類百余種完井工具，耐溫220℃、耐壓70MPa。機械型尾管懸掛器完成千余井次應(yīng)用，最大井深7,983米；機械型分級注水泥器最大應(yīng)用井深4,500.03米；漂浮下套管工具反向承壓50MPa，在信探1H井應(yīng)用。渤海鉆探研發(fā)數(shù)智鉆井構(gòu)建科學(xué)決策平臺，研發(fā)BHDML3.0智能綜合錄井儀無線實時采集百余種參數(shù)，集成15種工程應(yīng)用系統(tǒng)，在80余口深井應(yīng)用，如獨探1井鉆至6,507米時，提前6米預(yù)報溢流風(fēng)險。同時，渤海鉆探“十四五”期間，構(gòu)建了“數(shù)據(jù)湖”，11,093口井?dāng)?shù)據(jù)入湖，準(zhǔn)確率98.5%；開發(fā)“江海智鉆決策系統(tǒng)”，實現(xiàn)鉆前預(yù)測、鉆中監(jiān)控、鉆后總結(jié)，深井年均應(yīng)用超100口井，現(xiàn)場符合率84%以上。如光明1井準(zhǔn)確預(yù)測高壓水層，優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)，減少復(fù)雜情況。
未來渤海鉆探的技術(shù)裝備攻關(guān)方向
前期各大鉆探企業(yè)在深井超深井鉆井方面雖有進步，但仍存在地質(zhì)工程“融”得不深、鉆井利器不夠“尖”、部分地層鉆井速度不夠“快”、鉆井過程不夠“智”等問題。未來將圍繞“融、尖、快、智”持續(xù)攻關(guān)，推進地質(zhì)工程一體化、培育4種利器、實現(xiàn)革命性提速30%、加強數(shù)智化應(yīng)用，助力國內(nèi)油氣勘探開發(fā)向萬米深層全面進軍。推進地質(zhì)工程深度融合。針對地質(zhì)工程軟件系統(tǒng)集成度低等問題，健全地質(zhì)信息系統(tǒng)，研究新型試驗分析方法，整合物探、測井等多維度信息，構(gòu)建區(qū)域地質(zhì)信息數(shù)據(jù)庫；豐富工程應(yīng)用場景，實現(xiàn)鉆具震動預(yù)測、鉆井風(fēng)險識別等；拓展地質(zhì)資料應(yīng)用領(lǐng)域，用于復(fù)雜層系風(fēng)險預(yù)警、PDC鉆頭優(yōu)選等，提升風(fēng)險預(yù)測與管控能力。
打造尖端核心利器。針對工具耐溫性和穩(wěn)定性問題，推進大尺寸垂直鉆井系統(tǒng)試驗與定型，升級BH-VDT綜合測試評價系統(tǒng)，開展175℃/175MPa小尺寸垂直鉆井系統(tǒng)試驗；攻關(guān)耐溫220℃軸扭雙向減震器、高速陀螺鉆具阻尼器、全液壓隨鉆震擊器以及耐溫175℃可控電爆炸松扣工具，提升垂直鉆井系統(tǒng)服務(wù)能力，支撐深層超深層規(guī)模效益開發(fā)。推進革命性提速。在提高破巖效率上，加強抗沖擊高性能個性化PDC鉆頭攻關(guān)，提升大扭矩螺桿工作能力和壽命，擴大相關(guān)提速工具應(yīng)用規(guī)模；在嚴(yán)控事故復(fù)雜方面，推廣鉆井液深度凈化裝備，攻關(guān)高溫高密度鉆井液封堵劑等，推動工程地質(zhì)一體化，提升三壓力預(yù)測精度，挖掘鉆井速度與時效潛力。
推動數(shù)智化鉆井。目前渤海鉆探基本實現(xiàn)信息化、數(shù)字化鉆井，局部實現(xiàn)自動化作業(yè)，但整體數(shù)智化仍處起步階段。未來將圍繞井下工程參數(shù)測量（研發(fā)井下工程多參數(shù)隨鉆測量短節(jié)等）、數(shù)據(jù)高速傳輸（研發(fā)高速泥漿脈沖信號傳輸系統(tǒng)等）、鉆井裝備智能控制（研發(fā)鉆進自動控制系統(tǒng)等）持續(xù)攻關(guān)，實現(xiàn)數(shù)字井筒構(gòu)建與鉆井閉環(huán)控制。隨著深地戰(zhàn)略向萬米級挺進，未來5~10年將迎來革命性突破，井深目標(biāo)直指15,000米。將從三方面發(fā)力：一是推進極端環(huán)境工具革命，研發(fā)耐溫250℃+、抗壓240MPa+的原創(chuàng)性超強復(fù)合材料鉆具，突破耐蝕抗磨技術(shù)；二是實現(xiàn)智能鉆井系統(tǒng)躍遷，構(gòu)建“地質(zhì)-工程-裝備”全鏈路智能閉環(huán)，依托量子傳感實時感知地層應(yīng)力場，AI動態(tài)優(yōu)化鉆井參數(shù)，借助數(shù)字孿生平臺實現(xiàn)井下工具“超視距操控”，降低萬米深井復(fù)雜事故率50%；三是推動自主技術(shù)體系破壁，攻關(guān)非平面軌跡智能導(dǎo)向等卡脖子技術(shù)，形成深部鉆探“中國標(biāo)準(zhǔn)”，探索地?zé)崮?油氣協(xié)同開發(fā)等原創(chuàng)模式，構(gòu)建深地鉆探體系，為國家能源安全注入深部新動能。（本文根據(jù)渤海鉆探鉆井高級專家李貴賓的發(fā)言內(nèi)容整理。)
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