王敏生，光新軍，皮光林，閆 娜，耿黎東

(中國石化石油工程技術(shù)研究院，北京 100101)

國際各大石油公司高度重視科技創(chuàng)新，把科技創(chuàng)新戰(zhàn)略作為支撐公司持續(xù)發(fā)展的核心戰(zhàn)略之一，遵循“技術(shù)是生命線”的創(chuàng)新理念，“應(yīng)用一代，研發(fā)一代，儲(chǔ)備一代，構(gòu)思一代”是技術(shù)研發(fā)的普遍做法[1]。2014下半年至2017年底的低油價(jià)，給石油行業(yè)帶來巨大沖擊，但國際各大石油公司和技術(shù)服務(wù)公司對(duì)技術(shù)創(chuàng)新的投入并沒有減少，有的甚至投入更多。通過大力推進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略管理、開展跨界合作、提供一攬子技術(shù)解決方案和持續(xù)推進(jìn)技術(shù)研發(fā)來實(shí)現(xiàn)降本增效，是實(shí)現(xiàn)石油行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的現(xiàn)實(shí)選擇。這些國際石油公司的科技創(chuàng)新和技術(shù)發(fā)展，在不斷創(chuàng)新、優(yōu)化、調(diào)整和更替過程中，呈現(xiàn)出了一些新的特點(diǎn)和新的動(dòng)向，值得我國石油企業(yè)研究、學(xué)習(xí)和借鑒。為此，筆者分析了石油工程技術(shù)創(chuàng)新的行業(yè)背景，研究了國外石油工程技術(shù)創(chuàng)新特點(diǎn)，結(jié)合我國油氣勘探開發(fā)的現(xiàn)狀及挑戰(zhàn)，指出了石油工程技術(shù)未來的發(fā)展方向，以期為我國石油工程技術(shù)的研發(fā)提供借鑒和參考。

1 石油工程技術(shù)創(chuàng)新的行業(yè)背景

全球能源調(diào)整、變革和低油價(jià)疊加時(shí)期，油氣工業(yè)面臨新的發(fā)展環(huán)境，石油工程技術(shù)發(fā)展遇到新的挑戰(zhàn)，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：1)能源消費(fèi)由黑色高碳向綠色低碳發(fā)展，太陽能、風(fēng)能等新能源在全球能源消費(fèi)中的比例不斷提高，煤炭、石油等傳統(tǒng)化石能源在全球能源消費(fèi)中的比例呈下降趨勢(shì)，天然氣占比穩(wěn)中有升[2]；2)2014年以來，在全球油氣供給過剩和需求疲軟的雙重驅(qū)動(dòng)下油價(jià)暴跌，由每桶110美元以上降至2015年的40多美元，而后在每桶50～60美元上下波動(dòng)，業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為低油價(jià)將成為長期的“新常態(tài)”(各大機(jī)構(gòu)對(duì)布倫特原油價(jià)格的中長期預(yù)測(cè)見圖1)；3)常規(guī)油氣田普遍進(jìn)入中后期，資源條件變差，“多井低產(chǎn)”不斷加??；非常規(guī)油氣雖然資源量更大，是未來的勘探開發(fā)重點(diǎn)，但其地質(zhì)條件差、開采成本高，效益開發(fā)難度大[3]。

圖1 主要機(jī)構(gòu)對(duì)國際油價(jià)的預(yù)測(cè)Fig.1 Prediction of international oil prices by leading organizations

石油工程投資約占油氣上游投資的60%，石油工程技術(shù)及裝備的水平?jīng)Q定了可開采資源量及開采的經(jīng)濟(jì)性。據(jù)BP公司預(yù)測(cè)，到2050年，因?yàn)槭凸こ碳夹g(shù)進(jìn)步將增加0.272×1012t油當(dāng)量的可采資源量，通過數(shù)字化、建井、提高采收率、生產(chǎn)設(shè)施和地震成像等方面的技術(shù)創(chuàng)新能使油氣增產(chǎn)33%，生產(chǎn)成本降低24%[4]。由此可知，石油工程技術(shù)在推進(jìn)油氣降本和增產(chǎn)方面具有重要作用，這也為石油工程技術(shù)創(chuàng)新提供了機(jī)遇。

2 國外石油工程技術(shù)創(chuàng)新特點(diǎn)

2.1 從項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)和戰(zhàn)略驅(qū)動(dòng)向價(jià)值驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)變

自20世紀(jì)90年代以來，油氣行業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新由項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)向戰(zhàn)略驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)變，國際各大石油公司將研發(fā)活動(dòng)納入其戰(zhàn)略發(fā)展規(guī)劃中，具有明確的戰(zhàn)略方向，技術(shù)創(chuàng)新被列為競爭優(yōu)勢(shì)的重要影響因素。近年來受油價(jià)下跌的影響，國際各大石油公司的技術(shù)創(chuàng)新正在從戰(zhàn)略驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向價(jià)值驅(qū)動(dòng)，在主張技術(shù)創(chuàng)新圍繞公司戰(zhàn)略的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步突出價(jià)值管理，更好地利用有限的研發(fā)資金創(chuàng)造更大的價(jià)值[5-6]。

在技術(shù)創(chuàng)新模式上，注重技術(shù)組合管理，聚焦核心技術(shù)能力，實(shí)施開放式創(chuàng)新，采用自主研究、合作研究和技術(shù)聯(lián)盟等多種方式開展技術(shù)創(chuàng)新，并充分考慮技術(shù)研發(fā)和交易成本。在地球物理、提高采收率等核心技術(shù)方面主要采用自主研發(fā)方式，在鉆井完井、油田生產(chǎn)設(shè)施等方面主要采用合作研發(fā)方式，在數(shù)字化技術(shù)方面主要采用聯(lián)合建立風(fēng)險(xiǎn)投資的方式進(jìn)行研發(fā)，如圖2所示。在技術(shù)研發(fā)領(lǐng)域方面，更加重視降本增效的實(shí)用性技術(shù)，并不斷調(diào)整技術(shù)研發(fā)優(yōu)先順序，數(shù)字化和自動(dòng)化技術(shù)重視程度不斷提高，2016年的研發(fā)投入與2013年相比提高了約5%，如圖3所示[7]。

圖2 技術(shù)創(chuàng)新領(lǐng)域的創(chuàng)新模式Fig.2 Technology innovation sources and development focus areas

圖3 技術(shù)創(chuàng)新領(lǐng)域研發(fā)投入占比Fig.3 Technology investment to innovation ratio

2.2 跨界合作實(shí)現(xiàn)數(shù)字化提升

低油價(jià)環(huán)境下，數(shù)字化成為石油公司迅速降本增效的首選，傳感器、自動(dòng)化、機(jī)器人、油田物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)分析和人工智能等信息化技術(shù)的研發(fā)投入逐年增加，占比已達(dá)14%。作業(yè)者可以利用綜合的儲(chǔ)層信息和數(shù)據(jù)指導(dǎo)精確布井、高效鉆井和壓裂設(shè)計(jì)優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)地質(zhì)科學(xué)、油藏研究、鉆井和完井工程協(xié)作，提高鉆井作業(yè)效率和單井產(chǎn)量，降低噸油成本[8-9]。2017年11月，國際能源署(IEA)發(fā)布的《數(shù)字化與能源》顯示，如果數(shù)字技術(shù)得到充分應(yīng)用，全球油氣技術(shù)可采資源量將在現(xiàn)有1.4×1012t油當(dāng)量的基礎(chǔ)上增加750×108t(增幅超過5%)，相當(dāng)于當(dāng)前全球年油氣消費(fèi)量的10倍。

過去幾年，海量數(shù)據(jù)的產(chǎn)生和移動(dòng)設(shè)備的廣泛應(yīng)用為油氣行業(yè)的數(shù)字化升級(jí)提供了可能。多家油服企業(yè)與跨國科技公司簽訂戰(zhàn)略合作協(xié)議：Halliburton與Microsoft公司達(dá)成戰(zhàn)略協(xié)議，共同致力于推動(dòng)油氣行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型；Weatherford聯(lián)合Intel公司，利用云計(jì)算、高級(jí)分析和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，建立了端到端的數(shù)字油田解決方案；Schlumberger和Google公司合作，利用云計(jì)算技術(shù)實(shí)現(xiàn)了更強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力。

2.3 注重提供一攬子解決方案

技術(shù)服務(wù)公司通常不承擔(dān)任何與作業(yè)者產(chǎn)量相關(guān)聯(lián)的風(fēng)險(xiǎn)，在油價(jià)暴跌之后，作業(yè)者第一反應(yīng)也和過去一樣，大幅度壓低技術(shù)服務(wù)公司的服務(wù)價(jià)格以期降低成本。但雙方很快發(fā)現(xiàn)原來慣用的方式在低油價(jià)環(huán)境下都不具有可持續(xù)性，作業(yè)者壓低價(jià)格通常得不到高質(zhì)量的服務(wù)和期望達(dá)到的產(chǎn)能，而技術(shù)服務(wù)公司迫切需要現(xiàn)金流維持正常運(yùn)營。這就促進(jìn)彼此尋求新的、可行的和可持續(xù)的一體化服務(wù)或系統(tǒng)解決方案[10]。

在Schlumberger公司工程一體化模式中，最初級(jí)的是標(biāo)準(zhǔn)化服務(wù)產(chǎn)品，高一級(jí)的是一體化服務(wù)管理，再高一層級(jí)的是一體化鉆井、生產(chǎn)服務(wù)，最高層次是一體化生產(chǎn)管理服務(wù)。該公司承擔(dān)整個(gè)油田的管理責(zé)任，依靠自身所有的產(chǎn)品、服務(wù)和技術(shù)專家為油田的勘探開發(fā)服務(wù)，并從油田的增產(chǎn)中獲得收益[11]。Schlumberger公司自實(shí)施一體化戰(zhàn)略以來取得了較大的成效，截至2015年底，在全球19個(gè)國家執(zhí)行各類一體化項(xiàng)目60多個(gè)，管理的產(chǎn)量為3.975×104m3/d，在墨西哥、俄羅斯和巴西等國家形成了示范樣板，形成了市場(chǎng)開拓延伸的良性機(jī)制。

2.4 持續(xù)推動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新

國際石油公司和技術(shù)服務(wù)公司的技術(shù)創(chuàng)新更加重視降本增效的實(shí)用技術(shù)，并呈現(xiàn)出一些值得關(guān)注的新動(dòng)向和新特點(diǎn)。

1)利用綜合提速提效技術(shù)不斷提高鉆井完井效率。鉆井綜合提速技術(shù)是在開發(fā)高效鉆機(jī)、新型鉆頭和井下配套工具的基礎(chǔ)上，利用監(jiān)測(cè)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)來優(yōu)化鉆井參數(shù)，提高鉆井效率。為了在鉆井作業(yè)前和作業(yè)過程中更好地決策，作業(yè)者和服務(wù)公司開發(fā)了鉆井決策平臺(tái)，將鉆前模型與實(shí)時(shí)鉆井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行整合，來分析過去和現(xiàn)在的數(shù)據(jù)。同時(shí)，利用遠(yuǎn)程操作中心和作業(yè)支持中心來提高決策的科學(xué)性。目前，鉆井綜合提速技術(shù)逐漸成為很多國際石油公司的重要提速手段(見表1)。

2) 利用復(fù)雜結(jié)構(gòu)井技術(shù)實(shí)現(xiàn)單井產(chǎn)能最大化。“井工廠”多產(chǎn)層開發(fā)、老油田老井側(cè)鉆和多分支井等技術(shù)可增大油氣藏泄流面積，大幅度提高油氣單井產(chǎn)量?！熬S”多產(chǎn)層開發(fā)充分利用井場(chǎng)，減少井場(chǎng)占用面積，通過工廠化作業(yè)提高效率，提升區(qū)塊總體開發(fā)效益。例如，美國Eagle Ford、Permian盆地和加拿大Montney盆地的頁巖油氣開發(fā)采用了這種方式[12-13]。圖4所示為Devon公司在Permian盆地采用的單井場(chǎng)多產(chǎn)層開發(fā)技術(shù)，凈現(xiàn)值提高40%以上。側(cè)鉆井技術(shù)在老油田提高油氣產(chǎn)量和油田采收率方面起到了重要作用，是一種低成本、高效益的開發(fā)方式，具有極大的潛力和發(fā)展前景。近年來，俄羅斯的側(cè)鉆井?dāng)?shù)呈現(xiàn)不斷上升趨勢(shì)，從2006年1 175口增長到2016年3 225口，增加了1.7倍；同時(shí)，側(cè)鉆水平井井?dāng)?shù)占總側(cè)鉆井?dāng)?shù)的比例逐年升高，2016年達(dá)到了55%。多分支井技術(shù)是提高油氣產(chǎn)量的一項(xiàng)重要技術(shù)。近年來，隨著多分支井技術(shù)的不斷發(fā)展，可靠性不斷提高。Halliburton公司統(tǒng)計(jì)了1995年以來全球所實(shí)施的800多口多分支井(82%的多分支井是4級(jí)分支井和5級(jí)分支井，其余的是2級(jí)和3級(jí)分支井)的成功率，如圖5所示[14]。從圖5可以看出，隨著多分支井技術(shù)的不斷成熟，多分支井級(jí)別越來越高的同時(shí)，成功率也不斷提高，目前成功率達(dá)到了98.2%。

表1 主要國際石油公司綜合提速技術(shù)Table 1 Comprehensive ROP-increasing technology of major international oil companies

圖4 Permian盆地單井場(chǎng)多產(chǎn)層開發(fā)示意Fig.4 Development schematic of multiple pay zones in one pad of Permian Basin

圖5 1995年以來分支井鉆井的成功率Fig.5 Historical success rate of multilateral wells drilling since 1995

3) 利用高溫井下工具和鉆井液不斷拓寬勘探開發(fā)領(lǐng)域。為了拓展油氣勘探開發(fā)領(lǐng)域，滿足深層、干熱巖等勘探開發(fā)的需要，井下工具和鉆井液的性能不斷提高。如Baker Hughes公司研發(fā)了適用于地?zé)豳Y源開發(fā)的定向鉆井系統(tǒng)，包括牙輪鉆頭、螺桿、MWD和鉆井液體系，可在300 ℃井下環(huán)境中正常工作。牙輪鉆頭采用了高硬度牙齒、全金屬密封軸承和高溫穩(wěn)定潤滑脂等關(guān)鍵技術(shù)。研發(fā)的螺桿鉆具采用金屬材料制作定轉(zhuǎn)子(如圖6所示)，保證了高溫下的密封性和穩(wěn)定性，定子表面添加等壁厚防磨損涂層，采用特殊設(shè)計(jì)的高精度銑床加工轉(zhuǎn)子輪廓，提高定轉(zhuǎn)子表面光潔度，可避免定轉(zhuǎn)子磨損造成的輸出功率快速下降。MWD/LWD儀器利用井下主動(dòng)冷卻系統(tǒng)來冷卻傳感器和電子設(shè)備。高溫鉆井液體系中添加少量潤滑劑，可以降低金屬螺桿定轉(zhuǎn)子的摩擦，有助于提高螺桿鉆具輸出性能的穩(wěn)定性并延長其壽命。研發(fā)的鉆井液體系在56和300 ℃溫度下老化前后均表現(xiàn)出良好的流動(dòng)性和潤滑性。該定向鉆井系統(tǒng)在冰島IDDP-2井進(jìn)行了首次應(yīng)用，該井計(jì)劃垂直鉆至井深2 750.00 m，然后以30°井斜角定向鉆進(jìn)至井深5 000.00 m；該井實(shí)鉆井深4 659.00 m，測(cè)得井底溫度426 ℃。該系統(tǒng)累計(jì)下井22次，機(jī)械鉆速為3.2～6.3 m/h；MWD內(nèi)部監(jiān)測(cè)最高溫度為127 ℃，MWD系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)正常；起鉆后拆解牙輪鉆頭，軸承、金屬密封件及潤滑脂等性能正常[15-16]。

圖6 Baker Hughes公司研發(fā)的螺桿鉆具基本結(jié)構(gòu)Fig.6 Structure of screw drilling tool developed by Baker Hughes

4) 利用自動(dòng)化和海底化技術(shù)使海洋油氣開發(fā)向更深、更冷領(lǐng)域發(fā)展。海洋作為近10年油氣獲得重大發(fā)現(xiàn)的主要區(qū)域，越來越受到業(yè)界的高度重視，雖然受低油價(jià)的影響，部分深海油氣項(xiàng)目受到冷落，但深水、冷海油氣勘探開發(fā)技術(shù)研究持續(xù)升溫，促進(jìn)海洋石油工業(yè)向更深、更冷領(lǐng)域發(fā)展。深水作業(yè)日費(fèi)高昂，半潛式鉆井船平均日費(fèi)高達(dá)40萬美元，通過自動(dòng)化提高作業(yè)效率是必然選擇。目前的深水鉆井和開發(fā)平臺(tái)基本都配備了高度自動(dòng)化的設(shè)備，鐵鉆工、自動(dòng)排管系統(tǒng)、自動(dòng)送鉆系統(tǒng)、電子司鉆等基本成為標(biāo)配。同時(shí)，雙作業(yè)鉆機(jī)的應(yīng)用也是深水鉆井裝備提升自動(dòng)化程度的代表。同時(shí)，海底化技術(shù)日益受到重視，挪威國家石油公司于2012年啟動(dòng)了海底工廠技術(shù)研發(fā)計(jì)劃，利用水下設(shè)備對(duì)生產(chǎn)出來的油氣進(jìn)行增壓、氣體壓縮、油氣水分離等處理，實(shí)現(xiàn)海洋油氣經(jīng)濟(jì)高效開發(fā)，為該公司在2020年實(shí)現(xiàn)39.75×104m3/d的生產(chǎn)目標(biāo)提供了有力支撐[17-18]。挪威Badger Explorer ASA公司獾式鉆探技術(shù)于2016年進(jìn)入了開發(fā)試驗(yàn)前期階段，下一步將研究和優(yōu)化鉆屑的傳輸系統(tǒng)，鉆探器的移動(dòng)系統(tǒng)和巖屑的壓實(shí)系統(tǒng)等關(guān)鍵技術(shù)[19-20]。

5) 利用大規(guī)模壓裂技術(shù)使儲(chǔ)層產(chǎn)能充分釋放。在提升鉆井完井效率和降低成本的基礎(chǔ)上，目前作業(yè)者更重視噸油成本。在現(xiàn)有鉆井技術(shù)和經(jīng)濟(jì)條件下能實(shí)現(xiàn)的水平段長度基礎(chǔ)上，不斷減小段間距和簇間距，增大壓裂簇?cái)?shù)，提高單位長度水平段壓裂砂用量，優(yōu)化壓裂液性能，提高每簇壓裂排量，增大細(xì)壓裂砂用量，對(duì)遠(yuǎn)井地帶復(fù)雜縫網(wǎng)提供有效支撐，并采用暫堵轉(zhuǎn)向劑提高段內(nèi)多簇整體壓裂改造效果，最大程度地增大與儲(chǔ)層直接接觸的人工裂縫表面積，從而充分釋放儲(chǔ)層產(chǎn)能，達(dá)到實(shí)現(xiàn)更高初產(chǎn)的目的[21]。

ConocoPhillips公司在Eagle Ford油田生產(chǎn)井水平段長度多年保持在1 500.00 m左右；2012—2013年簇間距為19.50 m，每段5簇，共15段壓裂；2016年簇間距減至4.50 m，每段11簇，共30段壓裂。單位壓裂段長度從2012年的98.80 m減至2016年的50.16 m，單位水平段壓裂砂泵入量也從2012年的1.119 t/m增至2016年的4.625 t/m。單井百日累計(jì)產(chǎn)量年增長率達(dá)到15%～20%。該公司2012—2016年在鷹灘油田的壓裂設(shè)計(jì)結(jié)果見表2。

3 我國油氣勘探開發(fā)的挑戰(zhàn)及工程技術(shù)發(fā)展方向

3.1 油氣勘探開發(fā)現(xiàn)狀及面臨的挑戰(zhàn)

2017年我國原油對(duì)外依存度超過67%，預(yù)計(jì)2018年將超過70%，并且可能長期維持在70%左右，天然氣對(duì)外依存度達(dá)到39%，油氣安全面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。隨著我國油氣勘探的不斷深入，勘探對(duì)象已經(jīng)由簡單構(gòu)造油氣藏向高陡構(gòu)造等復(fù)雜構(gòu)造油氣藏轉(zhuǎn)變，由常規(guī)儲(chǔ)層油氣藏向碳酸鹽巖縫洞體等復(fù)雜儲(chǔ)層油氣藏轉(zhuǎn)變，由構(gòu)造油氣藏向巖性地層油氣藏轉(zhuǎn)變，由中淺層油氣藏向深層-超深層油氣藏轉(zhuǎn)變，由常規(guī)油氣向非常規(guī)油氣轉(zhuǎn)變[22]。同時(shí)，老油田的可采儲(chǔ)量采出程度大于80%，綜合含水率大于80%，已進(jìn)入高采出程度和高、特高含水率的“雙高”開發(fā)階段，穩(wěn)產(chǎn)難度日益加大，技術(shù)要求越來越高，成本控制也越來越困難。

目前我國的石油工程技術(shù)形成了系列配套技術(shù)，部分技術(shù)達(dá)到了國際領(lǐng)先水平，但總體水平與國外先進(jìn)技術(shù)相比還有較大差距，還不能完全滿足油氣高效勘探開發(fā)的需要[23-25]。鉆井專業(yè)自主研發(fā)的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向、垂直鉆井、智能完井系統(tǒng)和大功率螺桿等技術(shù)尚不成熟，精細(xì)控壓系統(tǒng)、隨鉆壓力測(cè)量系統(tǒng)、深井超深井鉆井技術(shù)、大位移井、多分支井鉆井技術(shù)與先進(jìn)水平差距較大；測(cè)井裝備和解釋軟件依賴進(jìn)口；井下作業(yè)儲(chǔ)層改造設(shè)計(jì)、模擬、評(píng)價(jià)軟件和裂縫監(jiān)測(cè)裝備依賴進(jìn)口，支撐劑、壓裂材料的性能強(qiáng)度及規(guī)范性與先進(jìn)水平差距較大；工具儀器和裝備的性能穩(wěn)定性及裝備儀器的集成化、數(shù)字化、智能化程度明顯落后。

3.2 石油工程技術(shù)發(fā)展方向

我國油氣資源勘探開發(fā)的特點(diǎn)表現(xiàn)為儲(chǔ)層埋藏深度增大、油氣藏復(fù)雜性增加和油氣資源品質(zhì)下降，對(duì)工程技術(shù)的要求越來越高，而油氣價(jià)格不穩(wěn)定性在增大，可能長期處在相對(duì)較低的水平。要確保各種資源能夠有效動(dòng)用和開發(fā)，核心問題是“大幅度降低噸油成本”，這是對(duì)工程技術(shù)總體發(fā)展方向的必然要求。圍繞“增產(chǎn)”和“降本”從而降低桶油成本這個(gè)主題，可以進(jìn)一步細(xì)分為以下幾個(gè)技術(shù)方向。

1) 智能化鉆井完井技術(shù)。“大幅度降低噸油成本”需要充分利用與數(shù)字、數(shù)據(jù)相關(guān)的技術(shù)，如大數(shù)據(jù)、人工智能等，提高儀器和設(shè)備的自動(dòng)化及智能化水平，優(yōu)化日常操作流程或作業(yè)流程。通過傳統(tǒng)專業(yè)技術(shù)與信息技術(shù)的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)技術(shù)的革新化、集成化、自動(dòng)化和智能化，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)技術(shù)的再次跨越。智能化鉆完井技術(shù)創(chuàng)新首先要堅(jiān)持加大對(duì)基礎(chǔ)理論和關(guān)鍵單項(xiàng)技術(shù)的攻關(guān)，再對(duì)它們進(jìn)行一體化集成，發(fā)揮總體技術(shù)方案優(yōu)勢(shì)?；A(chǔ)理論方面，需要加強(qiáng)鉆井模擬技術(shù)的研究和應(yīng)用，特別是鉆井過程中鉆頭破巖機(jī)理、鉆柱力學(xué)模擬和井筒環(huán)空水力學(xué)模型模擬等，從理論上建立完善智能化控制所需要的相關(guān)算法，為實(shí)現(xiàn)井下井上一體化的全井眼過程模擬創(chuàng)造條件。單項(xiàng)技術(shù)方面，需要開展井下高精度高可靠性傳感器、井下大容量遙感數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)、人工智能、人機(jī)工程和大數(shù)據(jù)分析等技術(shù)的研究。

2) 一趟鉆鉆井技術(shù)。一趟鉆鉆井即利用一個(gè)鉆頭一次下井鉆完一個(gè)開次的全部進(jìn)尺，而水平井一個(gè)開次可能涉及一個(gè)、兩個(gè)或多個(gè)井段，如直井段、斜井段、水平段。水平井多井段一趟鉆的降本增效效果尤為明顯，美國在頁巖氣開發(fā)方面應(yīng)用一趟鉆鉆井技術(shù)完成多口水平井鉆井，降本增效突出，水平段最長達(dá)5 639.00 m[26-27]。一趟鉆鉆井技術(shù)是鉆井設(shè)計(jì)、鉆井裝備、井下工具、鉆頭、鉆井液和遠(yuǎn)程決策等技術(shù)裝備的集成，需要開展鉆井方案設(shè)計(jì)優(yōu)化、自動(dòng)化鉆機(jī)、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)、高效鉆頭、定制化鉆井液和遠(yuǎn)程專家決策支持系統(tǒng)的研發(fā)。長期發(fā)展方向是實(shí)現(xiàn)鉆井增產(chǎn)的一體化。

3) 高溫高壓鉆井完井技術(shù)。隨著越來越多的高溫高壓油田的勘探開發(fā),鉆井完井面臨井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工藝、工具、設(shè)備、井控和安全等諸多領(lǐng)域的挑戰(zhàn)。鉆井完井面臨的超高壓挑戰(zhàn)稍微較小，一是超過140 MPa的超高壓油氣區(qū)塊非常少，二是隨著材料技術(shù)和密封技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)對(duì)超高壓環(huán)境已經(jīng)較為成熟。高溫對(duì)工程技術(shù)的要求更高，高溫環(huán)境下井下測(cè)量工具適用的材料不同于傳統(tǒng)材料，從設(shè)計(jì)原理到制造工藝都需要重新研究，傳統(tǒng)的鉆井完井流體需要重新評(píng)價(jià)和選擇。高溫高壓鉆井過程中還會(huì)面臨溫度和壓力以外的其他問題，如振動(dòng)對(duì)工具可靠性的影響。需要開展耐高溫牙輪鉆頭、耐高溫傳感器、耐高溫電子芯片、耐高溫密封材料、耐高溫螺桿和耐高溫鉆井完井流體等技術(shù)的研究，以滿足深層超深層、干熱巖等高溫高壓儲(chǔ)層鉆井的需要。

4) 復(fù)雜井型鉆井完井技術(shù)。國際原油價(jià)格保持低位的情況下，全球勘探開發(fā)投資將有顯著調(diào)整，勘探開發(fā)投資更加注重高效益項(xiàng)目。部分老油氣田、難動(dòng)用儲(chǔ)量因成本問題將被擱淺，利用石油工程技術(shù)，特別是“井工廠”多產(chǎn)層開發(fā)、側(cè)鉆井技術(shù)和多分支井技術(shù)提高產(chǎn)能顯得尤為重要。通過加大大型“井工廠”鉆井技術(shù)、深井長裸眼段側(cè)鉆/側(cè)鉆水平井技術(shù)、連續(xù)管側(cè)鉆技術(shù)和高級(jí)別分支井技術(shù)的攻關(guān)力度，在深入研究油氣藏特性的基礎(chǔ)上，利用復(fù)雜井型把相對(duì)集中的剩余油氣開采出來，提高區(qū)域采收率，大幅度提高油氣開發(fā)效益。

5) 精細(xì)化儲(chǔ)層改造技術(shù)。目前，高精度地質(zhì)導(dǎo)向工具已能夠?qū)崿F(xiàn)水平段著陸點(diǎn)的精準(zhǔn)定位，確保水平段井眼軌跡準(zhǔn)確沿儲(chǔ)層“甜點(diǎn)”延伸。下一步要提升整體開發(fā)效果就需要更多地借助于地質(zhì)油藏精細(xì)研究，特別是人工裂縫在不同地層條件下的延伸和分布模式，及其與已有天然裂縫系統(tǒng)之間的互動(dòng)機(jī)理等，在此基礎(chǔ)上形成具體原則來指導(dǎo)鉆井完井工藝設(shè)計(jì)和施工，通過油藏地質(zhì)完井生產(chǎn)一體化綜合研究和優(yōu)化流程，來進(jìn)一步提高單位巖石壓裂體內(nèi)巖石的破碎程度，進(jìn)一步優(yōu)化井網(wǎng)的橫向和縱向間距，從而提高初次壓裂的產(chǎn)量和單井采收率。

6) 系統(tǒng)集成解決方案。目前，國內(nèi)的研發(fā)工作強(qiáng)調(diào)問題導(dǎo)向，往往針對(duì)一些實(shí)際的具體難題開展單項(xiàng)或多個(gè)單項(xiàng)技術(shù)的攻關(guān)，忽略了技術(shù)的系統(tǒng)性、體系化和有機(jī)銜接。借鑒國際大公司的經(jīng)驗(yàn)，技術(shù)研發(fā)應(yīng)著眼于從單向突破向提供解決方案轉(zhuǎn)變。一是加強(qiáng)頂層設(shè)計(jì)。針對(duì)國內(nèi)外勘探開發(fā)及工程中的共性、重大和關(guān)鍵問題，在立項(xiàng)之初重點(diǎn)做好框架設(shè)計(jì)和技術(shù)路線圖，在通過不同層次科研力量的分工或聯(lián)合攻關(guān)，逐步形成系統(tǒng)性的解決方案，為客戶提供更好產(chǎn)品的同時(shí)提高自身技術(shù)的附加值。二是加強(qiáng)現(xiàn)有技術(shù)的集成配套。加強(qiáng)研發(fā)部門和應(yīng)用單位的協(xié)作，集成優(yōu)化技術(shù)方案、現(xiàn)場(chǎng)工藝、產(chǎn)品配方和裝備工具等，形成配套工程技術(shù)，實(shí)現(xiàn)規(guī)模效益、集成效應(yīng)和降本增效。

4 結(jié)論與建議

1) 能源變革和低油價(jià)的疊加，油氣上游發(fā)展面臨成本壓縮和利潤下降等多重壓力，給石油工程技術(shù)的發(fā)展帶來更大的挑戰(zhàn)。同時(shí)，石油工程技術(shù)決定了可開采資源量及開采的經(jīng)濟(jì)性，也為石油工程技術(shù)的轉(zhuǎn)型發(fā)展提供了機(jī)遇。

2) 國外技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略正在由項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)和戰(zhàn)略驅(qū)動(dòng)向價(jià)值驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)變，在研發(fā)模式方面，聚焦核心技術(shù)能力，實(shí)施開放式創(chuàng)新，通過多專業(yè)融合提升業(yè)務(wù)能力；在石油技術(shù)研發(fā)優(yōu)先級(jí)方面，重視降本增效的實(shí)用性技術(shù)，并不斷調(diào)整技術(shù)研發(fā)優(yōu)先順序，以實(shí)現(xiàn)公司利潤最大化。

3) 為順應(yīng)石油公司低成本、多元化的需求，技術(shù)服務(wù)公司加大了信息化技術(shù)的研發(fā)投入，通過跨界合作，助力降本增效。同時(shí)，在標(biāo)準(zhǔn)的單產(chǎn)品線服務(wù)基礎(chǔ)之上，推出不同層次的一體化服務(wù)或系統(tǒng)解決方案，與石油公司共擔(dān)風(fēng)險(xiǎn)，共享收益。

4) 在油價(jià)持續(xù)處于低位運(yùn)行的大背景下，油氣技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新活動(dòng)的重點(diǎn)主要表現(xiàn)在綜合提速提效技術(shù)不斷提高鉆井完井作業(yè)效率、復(fù)雜結(jié)構(gòu)井技術(shù)實(shí)現(xiàn)單井產(chǎn)能最大化、高溫井下工具和鉆井液不斷拓寬勘探開發(fā)領(lǐng)域、自動(dòng)化和海底化技術(shù)使海洋油氣開發(fā)向更深更冷領(lǐng)域發(fā)展、大規(guī)模壓裂技術(shù)實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)層產(chǎn)能充分釋放等方面。

5) 石油工程技術(shù)發(fā)展要在確保各種資源有效動(dòng)用和開發(fā)的基礎(chǔ)上，以提高單井產(chǎn)量、降低作業(yè)成本為目標(biāo)，大幅降低噸油成本。未來需要重點(diǎn)攻關(guān)智能化鉆井技術(shù)、一趟鉆鉆井技術(shù)、高溫高壓鉆井完井技術(shù)、復(fù)雜井型鉆井完井技術(shù)、精細(xì)化儲(chǔ)層改造技術(shù)和系統(tǒng)化集成解決方案。