□ 圖、文/劉文龍

隨著國內(nèi)幾大油田進入開發(fā)中后期，如何提高老油田開采效果成為橫亙在科技人員面前的一道難題。勝利油田鉆井工藝研究院（簡稱勝利鉆井院）以解決石油工程技術(shù)難題、推動油田發(fā)展為己任，牢記行業(yè)責(zé)任，勇于創(chuàng)新，敢于擔(dān)當，經(jīng)過40年的不斷探索，已發(fā)展成為一所集科研、設(shè)計、制造、服務(wù)為一體的專業(yè)化、開放型、綜合性石油工程技術(shù)研發(fā)服務(wù)單位，成為勝利鉆井的強動力和我國石油工程行業(yè)名副其實的“金剛鉆”。40年來，先后承擔(dān)局級以上科技項目800多項，榮獲局級以上科技獎638項，其中國家發(fā)明獎、技術(shù)進步獎24項，省部級科技進步獎125項，獲得授權(quán)專利452件，這些發(fā)明專利切實地解決了我國石油工業(yè)面臨的工程技術(shù)難題，為推動我國石油工業(yè)的發(fā)展作出了重要貢獻。

讓鉆頭長眼跟著油藏“走”

在黃河入?？谀蟼?cè)有一條向海洋延伸的人工道，道路盡頭的一個“小島”上，整齊地排列著一排排高大的海油陸采叢式井組。這就是著名的墾東12海油陸采叢式井組。墾東12海油陸采工程是鉆井院復(fù)雜結(jié)構(gòu)井鉆井技術(shù)應(yīng)用的一個典范。

叢式井在海油陸采中有著得天獨厚的優(yōu)勢。因為，海上油氣生產(chǎn)受到鉆井平臺面積和移動困難的限制，與陸地相比，打井難度極大。如何既能把海底油氣成功開采出來，又能實現(xiàn)海上油田經(jīng)濟高效開采，正是這樣的需求催生了這種井組的誕生。

而在這個平臺上分布著114口油井。在這么狹小的平臺上打出100多口井，鉆井的時候既要防止發(fā)生碰撞，又得避讓之前的其他油井，還要準確打到油層里，這對鉆井工程技術(shù)無疑是一大挑戰(zhàn)。2004年12月，鉆井院研制出有自主知識產(chǎn)權(quán)的隨鉆測量儀（LWD），它能夠在鉆井過程中實時傳輸伽瑪和電阻率等地質(zhì)參數(shù)。地質(zhì)和現(xiàn)場工程師看著這些參數(shù)形成的曲線，就能知道鉆頭鉆遇和將要鉆遇的地下情況，然后“指揮”著鉆頭沿著最佳油層目標鉆進。

地質(zhì)導(dǎo)向鉆井技術(shù)是隨鉆測控技術(shù)中的一種高端技術(shù)，又叫近鉆頭地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)，就是把航天技術(shù)用到了地下，給鉆頭裝上了“眼睛”，讓鉆頭跟著石油“走”。

地質(zhì)導(dǎo)向鉆井讓目標不再固定不變，而是根據(jù)油層的位置隨時調(diào)整，由根據(jù)預(yù)測確定的固定“幾何靶”變成了實際的不確定“移動靶”；部分測井項目也由原來的完井后進行變?yōu)殡S鉆隨測，既縮短了鉆井周期，又減少部分測井費用。

地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)的出現(xiàn)，破解了國內(nèi)鉆井工程的技術(shù)瓶頸。鉆井院這項成果，硬是讓儀器向鉆頭方向移近了約15米，達到了距離鉆頭0.6米的位置。2013年3月，中國石化召開科技表彰大會，勝利油田鉆井院申報的“近鉆頭地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)”獲得2012年中國石化集團公司技術(shù)發(fā)明一等獎。

分支井技術(shù)比肩國際

3月11日，勝利鉆井院成功應(yīng)用分支井技術(shù)完成河3-支平1井再進入工具及技術(shù)服務(wù)，不僅保障了我國陸上第一口五級分支井下分支成功投產(chǎn)，而且標志著勝利鉆井院分支井技術(shù)打破國際壟斷，比肩國際先進水平。

國外主要采用分支井技術(shù)提高開采效果。分支井技術(shù)是在一個主井眼中鉆出多個分支井眼，打一口分支井就相當于打多口直井、多口定向井、多口水平井，可以大大降低鉆井成本。多分支井可用于新井和側(cè)鉆井，可使井眼在單一油層得到更大延伸或一次聯(lián)通多個油層，從而達到提高采收率目的。按照復(fù)雜性和功能性分級體系，分支井按完井方式規(guī)范為6個等級。其中五級以上高級別分支井技術(shù)還具有分支井眼連接處機械支撐的完整性、液力密封性能和井眼的選擇性再進入性能。

但是該項技術(shù)被國際石油工程巨頭壟斷，服務(wù)價格昂貴。為打破壟斷，勝利鉆井院自2000年開始攻關(guān)分支井鉆完井技術(shù)。在項目研制過程中，他們通過采取產(chǎn)、學(xué)、研為一體的聯(lián)合協(xié)作方式，組建了國內(nèi)一流的技術(shù)研發(fā)團隊，充分發(fā)揮了集石油工程、機電一體化、自動控制和計算機技術(shù)等多種學(xué)科為一體的整體技術(shù)優(yōu)勢，確保了課題高效有序運行。

自2000年至今，歷經(jīng)10余年的研究探索，鉆井院在分支井鉆完井技術(shù)方面獲得了大量的科研成果，形成了一至六級分支井在內(nèi)的系列分支井技術(shù)，研制的系列化分支井工具系統(tǒng)達到了國外同類產(chǎn)品的技術(shù)水平，突破了國外在高級別分支井技術(shù)領(lǐng)域的壟斷；取得的研究成果標志著國內(nèi)分支井鉆完井技術(shù)國產(chǎn)化研究工作取得了技術(shù)突破，為國內(nèi)石油鉆井行業(yè)的高級別分支井鉆完井技術(shù)的進一步發(fā)展奠定了堅實的技術(shù)基礎(chǔ)，且研究成果在勝利油田得到大規(guī)模推廣應(yīng)用。

其中，2006年國內(nèi)第一口具有自主知識產(chǎn)權(quán)的魚骨狀分支水平井—埕北26B-支平1井在勝利油田設(shè)計形成，標志著勝利油田水平井的設(shè)計應(yīng)用走在了國際前沿。該井是中國石化第一口暨勝利油田首口魚骨狀分支水平井，由一個主井眼和四分支井眼構(gòu)成，四個分支井眼與主井眼之間成魚骨狀分布，該井建成后日產(chǎn)油達105噸，為周圍油井的3.3倍。

2011年6月，鉆井院成功完成河3-支平1井施工，標志著我國陸上第一口五級分支井在勝利油田誕生。該井為兩個分支，鉆探目的是利用高級別分支水平井獨有的技術(shù)優(yōu)勢，開發(fā)勝利油田河3—斜36區(qū)塊上下兩個獨立層系，完善區(qū)塊開發(fā)效果，提高產(chǎn)能及采收率，增加分支水平井控制面積，最大限度地提高單井產(chǎn)量。河3—支平1井于2011年4月22日開鉆，5月23日第一分支完鉆，完鉆井深2489米，垂深2116.21米，水平位移472.26米；6月8日第二分支完鉆，完鉆井深2400米，垂深2067.80米，水平位移476.77米。該井的成功實施標志著我國分支井鉆完井技術(shù)已達到國際先進水平。

2012年，鉆井院承擔(dān)的“高級別分支井鉆完井技術(shù)研究”項目順利通過中國石化專家組驗收。專家組一致認為該項目取得了三點創(chuàng)新，一是六級分支井地面預(yù)成形井眼連接總成采用雙側(cè)對稱地面預(yù)壓成形和井下雙管同時膨脹整形技術(shù)，通過室內(nèi)試驗與仿真相結(jié)合優(yōu)選了材料和工藝參數(shù)；二是五級分支井井眼連接系統(tǒng)采用榫合結(jié)構(gòu)井下插接的結(jié)構(gòu)設(shè)計，實現(xiàn)了整體機械支撐及液力密封性；三是采用再進入導(dǎo)向器和隔離套相互轉(zhuǎn)換的工藝技術(shù)實現(xiàn)了選擇性再進入作業(yè)，并在現(xiàn)場成功應(yīng)用。

膨脹管技術(shù)破解生產(chǎn)難題

2012年，勝利鉆井院利用自主研發(fā)的膨脹套管及其配套鉆井技術(shù)在塔河油田T816KCH2井中成功完成第三口試驗井的膨脹作業(yè)。

多年來，塔河油田Φ177.8mm套管井奧陶系油藏難以利用開窗側(cè)鉆水平井進行有效開發(fā)，由于開窗后的Φ149.2mm井眼存在兩套壓力體系，井眼太小無法下入技術(shù)套管，后續(xù)鉆井往往無法實施，因此無法鉆達目的層。

2009年5月，全球知名的國外某膨脹管技術(shù)服務(wù)公司對該技術(shù)難題進行了研究后認為，在近6000米井深的Φ177.8mm套管側(cè)鉆井內(nèi)下入實體膨脹管做技術(shù)套管，然后進行數(shù)百米水平段鉆井是無法實現(xiàn)的。

2009年8月，西北油田分公司邀請勝利鉆井院到烏魯木齊，就正在鉆進的TK234CH的井漏情況進行技術(shù)交流。國內(nèi)外知名的勝利鉆井院膨脹管技術(shù)專家唐明根據(jù)該井的井身結(jié)構(gòu)情況，利用多年來從事鉆完井、修井及采油工程的知識與經(jīng)驗，提出了以膨脹套管為核心的鉆井技術(shù)方案，隨后，與設(shè)計所、工具所、測控所、鉆井所及鉆頭廠等相關(guān)科技人員一起，利用兩天的時間完成了TK234CH井從鉆井、完井到采油工程的初步方案。該方案應(yīng)用了大量的新概念、新技術(shù)、新儀器及新工具，需要繁瑣的科研攻關(guān)工作及時間準備，短期內(nèi)無法在該井實施，以該井為代表的共3口同時鉆進的疑難井最終被迫停鉆。隨后，鉆井院成立了以唐明為項目長，鉆井所、工具所、測控所、設(shè)計所及鉆頭廠相關(guān)科技人員參加的攻關(guān)項目組，就井身結(jié)構(gòu)、開窗側(cè)鉆、擴眼工具、膨脹套管以及非常規(guī)小井眼水平段鉆井參數(shù)、配套儀器、特種鉆桿、螺桿鉆、鉆頭等方面進行全方位科研攻關(guān)。

2011年7月，在烏魯木齊舉行的“中國石化西北油田分公司石油工程技術(shù)研討會”上，唐明發(fā)表了《塔河油田Φ177.8mm套管開窗側(cè)鉆水平井膨脹管鉆井及配套技術(shù)可行性分析》一文，受到與會中國石化專家、西北油田分公司領(lǐng)導(dǎo)及國內(nèi)外技術(shù)服務(wù)商的高度評價。

2011年11月，唐明與西北油田分公司開發(fā)處、工程處多次協(xié)調(diào)，最終確定TK6-463CH井為西北油田膨脹套管鉆井的第一口試驗井。勝利鉆井院設(shè)計的膨脹套管鉆井技術(shù)方案在考慮了對后期完井、壓裂及采油工程配套等方面影響的基礎(chǔ)上，通過了甲方的設(shè)計評審。

2011年12月，為驗證膨脹套管在塔河油田Φ177.8mm套管內(nèi)實施的可行性，唐明建議首先在塔河油田進行膨脹套管補貼修套的技術(shù)服務(wù)。與勝利井下作業(yè)公司大修21隊合作，在TK7-456井一次性應(yīng)用膨脹套管136.8m，使一口因套管損壞而停產(chǎn)的油井恢復(fù)高產(chǎn)油流，也為在塔河油田進行更大長度的膨脹套管應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

2012年2月，經(jīng)過近3年的研究及反復(fù)論證，西北油田分公司安排塔里木勝利鉆井公司60129隊搬家至TK6-463CH井，拉開了在塔河油田進行側(cè)鉆水平井膨脹套管鉆井技術(shù)現(xiàn)場試驗的序幕。

膨脹套管技術(shù)是用膨脹工具以液壓或機械力的方法使井下的管材永久變形，能夠在有限的井眼內(nèi)，提供更大的井眼內(nèi)徑，從而為順利鉆達目的層提供保障。在井深達5500米以上、井斜達50°以上的裸眼井內(nèi)利用膨脹套管作為技術(shù)套管，其抗內(nèi)外壓、螺紋連接強度及密封、內(nèi)壁耐磨、膨脹工具等各方面性能都將受到更加嚴格的挑戰(zhàn)，國內(nèi)外沒有任何經(jīng)驗可以借鑒。面對這一系列的困難，國外的膨脹管及擴眼服務(wù)公司退卻了，但勝利鉆井院科研人員沒有退卻。勝利鉆井院自2008年開展裸眼井膨脹套管技術(shù)應(yīng)用，從2009年開始，他們組織了無數(shù)次方案論證和地面實驗，一套成熟的、以膨脹套管技術(shù)為核心，包括套管開窗、深井大斜度井擴眼工具、非常規(guī)Φ130mm小井眼MWD、特殊鉆桿、螺桿鉆及鉆頭等幾項前沿鉆井技術(shù)為支撐的綜合鉆井技術(shù)方案逐漸清晰起來，獲得了甲方的認可，進入現(xiàn)場試驗階段。

2012年4月10日，隨著最后一柱鉆桿在25MPa壓力下從井下的膨脹套管內(nèi)起出，壓力在井下瞬間釋放，標志著塔河油田Φ177.8mm套管側(cè)鉆井膨脹套管鉆井技術(shù)首次現(xiàn)場作業(yè)成功，為下步向目的層進行水平段鉆進打通了一條堅實的通道，使塔河油田Φ177.8mm套管側(cè)鉆水平井由之前的“不可能”變?yōu)椤翱赡堋?。此次膨脹套管作業(yè)長度437.22米，作業(yè)深度5508.04米，創(chuàng)造了Φ177.8mm套管側(cè)鉆水平井膨脹套管應(yīng)用的世界紀錄。5月1日，TK6-463CH井二開完鉆順利鉆達目的層，膨脹套管鉆井技術(shù)一舉攻克了困擾塔河油田多年的Φ177.8mm套管開窗側(cè)鉆水平井鉆井難題。勝利鉆井院科技人員依靠自己的智慧和具有自主知識產(chǎn)權(quán)的鉆完井技術(shù)，以更加低廉的鉆井成本圓滿解決了國外石油技術(shù)服務(wù)商望而卻步的難題。

一口井的成功，并不完全代表技術(shù)的可靠性，為了使技術(shù)更加成熟，唐明趁熱打鐵，提出在第二、第三口試驗井中運用斜向器開窗和隨鉆擴眼兩項新技術(shù)，同時井斜由30°增加到50°，以提高鉆井速度，減少鉆井周期，節(jié)約鉆井成本。9月27日，第二口井TK7-640CH膨脹套管作業(yè)成功，下入總長度385.7米，下深5578.3米；11月8日，該井二開完鉆，順利鉆達6040米的目的層。11月13日，第三口試驗井T816KCH2完成膨脹作業(yè)，再次刷新Φ139.7mm膨脹套管單次作業(yè)長度467.55米和深度5690.68米兩項新紀錄。

勝利鉆井院自2002年開始對膨脹管技術(shù)立項調(diào)研及科技攻關(guān)，2006年承擔(dān)國家863計劃“膨脹管鉆井技術(shù)”項目，全面開始膨脹套管鉆井、膨脹篩管防砂技術(shù)等方面的研究，2008年首次進行裸眼井膨脹套管鉆完井試驗應(yīng)用，直到2012年塔河油田3口試驗井項目取得圓滿成功，勝利鉆井院一直引領(lǐng)著國內(nèi)膨脹管技術(shù)的研究和發(fā)展方向。

在塔河油田膨脹套管鉆井和修井技術(shù)的成功應(yīng)用，標志著我國自主研發(fā)的膨脹套管技術(shù)已經(jīng)具備解決復(fù)雜鉆井工程難題的能力，技術(shù)上已經(jīng)達到甚至超過國外同類技術(shù)產(chǎn)品的水平，體現(xiàn)了勝利鉆井院綜合技術(shù)實力。