孫金聲 劉 偉

（中國石油集團(tuán)工程技術(shù)研究院有限公司）

在石油工程領(lǐng)域，高端技術(shù)不僅代表著高效率高收益，更是市場爭奪的重點(diǎn)，誰有技術(shù)誰占優(yōu)，誰占有高端市場誰受益。高端石油工程技術(shù)研發(fā)不僅關(guān)系著油田服務(wù)企業(yè)的生存與發(fā)展，更是關(guān)系到油氣勘探開發(fā)和保障國家能源安全的關(guān)鍵問題。10余年來，中國石油天然氣集團(tuán)有限公司、中國石油化工集團(tuán)有限公司、中國海洋石油集團(tuán)有限公司等企業(yè)加大科技研發(fā)投入，特別是通過開展國家科技重大專項(xiàng)“大型油氣田及煤層氣開發(fā)”（簡稱油氣開發(fā)專項(xiàng)）攻關(guān)，石油工程技術(shù)與裝備迅猛發(fā)展。常規(guī)技術(shù)與裝備實(shí)現(xiàn)全面國產(chǎn)化，多種高端技術(shù)與裝備相繼涌現(xiàn)：地震勘探由常規(guī)二維、三維發(fā)展為“兩寬一高”高精度三維地震勘探，常規(guī)測井方法發(fā)展到一體化測井技術(shù)，常規(guī)鉆機(jī)、轉(zhuǎn)盤驅(qū)動鉆井發(fā)展到自動化鉆機(jī)、頂部驅(qū)動鉆井，彎螺桿與隨鉆測量工具組成的常規(guī)定向鉆井技術(shù)發(fā)展到以旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)和隨鉆地質(zhì)導(dǎo)向系統(tǒng)為代表的“一趟鉆”技術(shù)裝備，過平衡鉆井發(fā)展到精細(xì)控壓鉆井，常規(guī)鉆完井液發(fā)展為環(huán)保型、抗高溫和高性能鉆完井液，常規(guī)水力壓裂發(fā)展到大規(guī)模體積壓裂，滯后調(diào)控注水發(fā)展為實(shí)時(shí)優(yōu)化精細(xì)分層注水，適應(yīng)淺海的自升式鉆井平臺發(fā)展到超深水雙鉆塔半潛式鉆井平臺。已初步形成我國石油工程高端技術(shù)與裝備集群，在替代進(jìn)口、平抑價(jià)格、提質(zhì)增效等方面發(fā)揮了重要作用，標(biāo)志著我國石油工程技術(shù)與裝備正在由低技術(shù)含量、低附加值產(chǎn)品為主的常規(guī)技術(shù)與裝備體系，向著高技術(shù)含量、高附加值的高端技術(shù)與裝備體系跨越式發(fā)展。

1 我國石油工程常規(guī)技術(shù)全面升級，邁向價(jià)值鏈中高端

我國石油工程技術(shù)裝備歷經(jīng)多年攻關(guān)，常規(guī)技術(shù)與裝備齊全，發(fā)展完善了以地震勘探、電纜測井、水平井、欠平衡鉆井、鉆井提速、儲層改造、帶壓作業(yè)、注水采油為核心的常規(guī)石油工程主體技術(shù)，有力保障了勘探開發(fā)重點(diǎn)地區(qū)、重大工程的實(shí)施，促進(jìn)了石油裝備產(chǎn)業(yè)和工程技術(shù)服務(wù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，并且隨著技術(shù)迭代升級不斷加快，以中低端為主的常規(guī)石油工程技術(shù)與裝備正全面升級遞進(jìn)為以中高端為主的新一代技術(shù)與裝備，邁向價(jià)值鏈中高端[1]。

1.1 自主研發(fā)的物探技術(shù)與裝備創(chuàng)出國際品牌

20世紀(jì)初，為了改變物探技術(shù)裝備依賴進(jìn)口的情況，我國石油工程企業(yè)強(qiáng)化了技術(shù)裝備及相關(guān)軟件平臺的研究。推動物探采集儀器向高速、大容量、高可靠性和自動化、智能化發(fā)展，物探數(shù)據(jù)采集技術(shù)向三維三分量和多分量采集轉(zhuǎn)變，物探數(shù)據(jù)解釋技術(shù)向一體化、可視化和多學(xué)科綜合方向發(fā)展[2-3]。

我國自主研發(fā)制造的G3iHD地震儀實(shí)現(xiàn)“有線+節(jié)點(diǎn)”無縫混采和多主機(jī)聯(lián)采，理論實(shí)時(shí)采集能力從20萬道級倍增到百萬道級，生產(chǎn)制造40余萬道，支撐科威特西23.4萬道全球最大道數(shù)項(xiàng)目等國內(nèi)外重大項(xiàng)目順利實(shí)施。低成本節(jié)點(diǎn)儀器eSeis 2.0突破高精度32位模數(shù)轉(zhuǎn)換、雙星定位等關(guān)鍵核心技術(shù)，具有精度高、傳輸速度快、價(jià)格低等優(yōu)勢，性能指標(biāo)先進(jìn)（圖1）。EV56高精度可控震源在全球率先實(shí)現(xiàn)從低頻向?qū)掝l勘探的跨越，在國內(nèi)外得到規(guī)模應(yīng)用，成為我國開拓物探市場和提高勘探精度的重要利器。

圖1 “有線+節(jié)點(diǎn)”采集設(shè)備及示意圖

自主開發(fā)的GeoEast處理解釋軟件具備完整的復(fù)雜介質(zhì)成像處理、疊前疊后一體化解釋及多波多分量解釋能力，整體性能達(dá)到國際先進(jìn)水平，實(shí)現(xiàn)進(jìn)口軟件完全替代（圖2）。軟件先后通過了雪佛龍、埃克森美孚等國際大油公司資質(zhì)審查，國內(nèi)外客戶近60家，被譽(yù)為物探軟件“中國芯”。2019年成功研發(fā)新一代一體化開放式軟件平臺GeoEast-iEco，構(gòu)建了云計(jì)算業(yè)務(wù)管理、多學(xué)科數(shù)據(jù)管理、開放式軟件開發(fā)環(huán)境三大子系統(tǒng)，建立了“共建、共享、共贏”研發(fā)機(jī)制。

圖2 GeoEast處理解釋軟件新舊開發(fā)模式轉(zhuǎn)變

目前，我國石油物探領(lǐng)域形成了以EV56寬頻高精度可控震源、eSeis無線節(jié)點(diǎn)儀為代表，實(shí)現(xiàn)全天候、全地表、海陸無縫銜接作業(yè)的自主物探裝備系列，以GeoEast、KLSeisⅡ?yàn)榇淼母采w物探全技術(shù)領(lǐng)域的大型自主軟件系列，實(shí)現(xiàn)了對國外主流軟件的有效替代。依托自主核心裝備、核心軟件打造國際領(lǐng)先的陸上“兩寬一高”（寬頻、寬方位、高密度）高精度地震勘探技術(shù)、海底節(jié)點(diǎn)地震勘探技術(shù)，有力支撐了中國石油集團(tuán)東方地球物理勘探有限責(zé)任公司（簡稱東方物探）綜合服務(wù)能力和國際競爭力的大幅提升，在海外創(chuàng)出了中國品牌，成為全球物探行業(yè)的領(lǐng)軍者和國際物探行業(yè)規(guī)則的制定者（圖3）。

圖3 高精度地震勘探技術(shù)與裝備

1.2 高端測井技術(shù)與裝備不再依賴進(jìn)口

測井技術(shù)發(fā)展遵循地層探測透明化、全過程智能化、作業(yè)高效環(huán)保的發(fā)展目標(biāo)，推動我國測井儀器向耐高溫高壓、高精度發(fā)展，測井軟件向多學(xué)科融合、一體化方向發(fā)展。目前，我國已擁有具自主知識產(chǎn)權(quán)的系列成像測井裝備（圖4），并突破萬米電纜自適應(yīng)高速傳輸、高溫電路集成及高精度信號采集等關(guān)鍵技術(shù)，耐溫耐壓達(dá)到175℃/140MPa，井下連續(xù)工作時(shí)間20h，在塔里木油田8882m深井測井成功，創(chuàng)造了亞洲陸上最深測井記錄。

圖4 國產(chǎn)系列成像測井裝備

自主研發(fā)了快速與成像測井成套裝備EILog?，從根本上改變了我國測井先進(jìn)裝備長期依賴進(jìn)口的局面。自主研發(fā)配套的CIFLog-LEAD軟件（圖5），支持中文、英文版本，正在為國內(nèi)16個油氣田和俄羅斯等6個國家提供技術(shù)服務(wù)，累計(jì)應(yīng)用1300余套，處理裸眼井資料超45萬井次、套管井資料超27萬井次。

圖5 CIFLog-LEAD軟件系統(tǒng)組成

CPLog測井系統(tǒng)以網(wǎng)絡(luò)化、模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化、智能化為核心，以高性能測井芯片、高精度傳感器、高可靠機(jī)電工藝、遠(yuǎn)程測井及工業(yè)設(shè)計(jì)創(chuàng)新應(yīng)用為手段，全面升級層成像、快速測井等系列技術(shù)，強(qiáng)化隨鉆測導(dǎo)等技術(shù)研發(fā)，打造新一代CPLog遠(yuǎn)程智能化測井系統(tǒng)。作業(yè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)從現(xiàn)場作業(yè)到遠(yuǎn)程測控，形成了網(wǎng)絡(luò)化、智能化采集服務(wù)模式；成像系列向多維、多域發(fā)展，精準(zhǔn)采集油氣儲層特征；常規(guī)快測從多趟測到一串測，超深井作業(yè)能力顯著增強(qiáng)；隨鉆測井從隨鉆常規(guī)到成像，升級為地層成像評價(jià)系列，實(shí)現(xiàn)看得更清、探得更遠(yuǎn)、作業(yè)更高效。CIFLog測井軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了采集、處理、解釋一體化，形成了涵蓋井場采集、實(shí)時(shí)傳輸、數(shù)據(jù)處理、綜合評價(jià)、工程應(yīng)用等測井業(yè)務(wù)全流程的數(shù)據(jù)資源系統(tǒng)，包括數(shù)值模擬軟件、采集軟件、處理解釋軟件、測井?dāng)?shù)據(jù)庫系統(tǒng)等特色軟件產(chǎn)品（圖6）。

圖6 CPLog測井系統(tǒng)和CIFLog測井軟件系統(tǒng)組成

1.3 鉆完井技術(shù)與裝備涌現(xiàn)一批高端標(biāo)志性產(chǎn)品和服務(wù)

經(jīng)過多年攻關(guān)，我國7000m超深井鉆井、連續(xù)管作業(yè)等技術(shù)與裝備已經(jīng)趨于成熟；長水平段水平井、大型叢式水平井、一趟鉆等技術(shù)規(guī)模應(yīng)用，7000～ 12000m鉆機(jī)系列和精細(xì)控壓鉆井等關(guān)鍵裝備實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化。在代表行業(yè)發(fā)展趨勢的自動化鉆機(jī)、安全控制裝備、耐高溫高壓高效能井筒工作液、自動化固井等方面形成了標(biāo)志性的產(chǎn)品和服務(wù)[4-6]。

高端鉆機(jī)代表為7000m自動化鉆機(jī)，鉆機(jī)核心部件基本實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)，鉆進(jìn)過程真正實(shí)現(xiàn)“兩把座椅控全程”，整體技術(shù)達(dá)到國際先進(jìn)水平。鉆機(jī)具有獨(dú)立建立柱功能，可實(shí)現(xiàn)鉆進(jìn)與建立柱同步進(jìn)行；關(guān)鍵設(shè)備和工藝流程“一鍵式”操作，各設(shè)備之間交叉運(yùn)行；建立柱、起下鉆等關(guān)鍵作業(yè)流程及管柱對扣、涂抹螺紋脂等操作實(shí)現(xiàn)自動化；配置動態(tài)防碰安全管理系統(tǒng)；井架底座采用遠(yuǎn)程遙控起升。另外，9000m四單根立柱鉆機(jī)突破了鉆井管柱穩(wěn)定作業(yè)長度極限（38m），保障井架有限空間內(nèi)彈性薄壁長管柱安全移運(yùn)，鉆井提速超過20%，復(fù)雜事故時(shí)效降低75%，應(yīng)用效果顯著（圖7）。

圖7 自動化鉆機(jī)與四單根立柱鉆機(jī)示意圖

高端安全控制裝備代表為PCDS精細(xì)控壓鉆井裝備（圖8），井口控壓能力12.5MPa，井底壓力控制精度0.2MPa，可適應(yīng)鉆進(jìn)、接單根、起下鉆等9種工況，遠(yuǎn)程/本地手動、自動等4種控制模式，能實(shí)現(xiàn)溢流、漏失等13種應(yīng)急轉(zhuǎn)換的精細(xì)控制，有效解決了窄窗口導(dǎo)致的涌、漏、塌、卡等井下復(fù)雜情況，有力支撐了塔里木、川渝、新疆南緣深層超深層和川渝頁巖氣及海洋深井的安全鉆井[7]。

圖8 PCDS精細(xì)控壓鉆井裝備系統(tǒng)

高端井身結(jié)構(gòu)拓展技術(shù)代表為高性能膨脹管裸眼封堵技術(shù)裝備，在高性能膨脹管材料、長距離膨脹工具、膨脹管性能工況模擬評價(jià)方法、長井段裸眼封堵工藝等核心技術(shù)方面取得突破。形成了7種規(guī)格技術(shù)裝備，滿足φ149.225mm～φ333.375mm井眼在西南、塔里木、新疆等油氣田的應(yīng)用，單次封堵作業(yè)長度超過750m，最大下入井深達(dá)6065m，地層承壓能力提高35MPa以上，有效解決了惡性漏失、高低壓同層等技術(shù)難題，為深井、復(fù)雜井鉆井提供了有力支撐（圖9）。

圖9 膨脹管裸眼封堵系統(tǒng)

高端固井工程技術(shù)代表為自動化固井技術(shù)裝備，突破了固井裝備自動控制核心技術(shù)，建立了自動固井裝備改造與作業(yè)規(guī)范，形成了以自主知識產(chǎn)權(quán)AnyCem?固井軟件系統(tǒng)、自動監(jiān)控固井設(shè)備硬件系統(tǒng)等為核心的新型自動化固井技術(shù)與系列裝備，整合固井業(yè)務(wù)單元孤島數(shù)據(jù)，率先實(shí)現(xiàn)“無人操作”固井作業(yè)，在長慶、遼河等油田規(guī)模應(yīng)用6000余井次，降低現(xiàn)場勞動強(qiáng)度50%，提高作業(yè)效率30%，大幅降低了井口高壓區(qū)人員安全風(fēng)險(xiǎn)，全面升級了傳統(tǒng)固井作業(yè)模式，引領(lǐng)促進(jìn)固井工程技術(shù)數(shù)字化、高質(zhì)量發(fā)展。

完井作業(yè)高端裝備代表為連續(xù)管作業(yè)裝備（圖10），獨(dú)創(chuàng)無傷害高性能夾持技術(shù)，實(shí)現(xiàn)注入頭系列化、連續(xù)管裝備核心技術(shù)自主化，形成3類8種結(jié)構(gòu)28個型號的高適應(yīng)性多功能連續(xù)管系列成套裝備，結(jié)束了我國連續(xù)管作業(yè)裝備長期依賴進(jìn)口的局面，推動了井下作業(yè)方式轉(zhuǎn)變，成為非常規(guī)油氣開發(fā)、超深井作業(yè)、老油田提高采收率的必備手段。

圖10 連續(xù)管作業(yè)裝備系統(tǒng)

高端井下測控代表為CG STEER和Welleader旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)（圖11），在微型液壓驅(qū)動與控制技術(shù)、非接觸電能/信息傳輸技術(shù)、鉆井液脈沖雙向通信技術(shù)、大功率渦輪發(fā)電技術(shù)等核心領(lǐng)域取得突破，系統(tǒng)穩(wěn)定造斜能力達(dá)10.5°/30m、零度造斜、近鉆頭井斜方位和伽馬測量等功能穩(wěn)定可靠，在四川、長慶頁巖氣、新疆及海上開展應(yīng)用，提質(zhì)增效效果顯著。

圖11 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)

高端鉆井工作液代表包括抗溫240℃淡水基鉆井液、抗溫300℃以上水基泡沫鉆井流體、胺基鉆井液、抗溫200℃抗45%鹽水污染高密度油基鉆井液、大溫差水泥漿、高效隔離液等優(yōu)質(zhì)工作液體系，保障復(fù)雜地層實(shí)現(xiàn)安全高效鉆完井，在大慶、新疆、塔里木、大港、冀東、吉林、烏茲別克斯坦、哈薩克斯坦、肯尼亞、乍得、尼日爾等國內(nèi)外油氣田推廣應(yīng)用6000余井。大溫差水泥漿適用于不同溫度段（50～ 120℃、80～ 180℃、90～ 190℃），高效隔離液抗溫 180℃，沉降穩(wěn)定性小于0.03g/cm3，在塔里木油田、西南油氣田等地規(guī)模應(yīng)用，固井合格率達(dá)100%。

1.4 儲層改造研發(fā)出適用于我國工況的技術(shù)與高端裝備

我國復(fù)雜油氣地層的穩(wěn)定性與致密性差異性大，且普遍高溫高壓，導(dǎo)致工程技術(shù)施工難度大，難以實(shí)現(xiàn)規(guī)模經(jīng)濟(jì)開發(fā)。為此，研發(fā)形成了滿足我國工況需求、施工性能優(yōu)異的儲層改造技術(shù)組合，包括小體積、大功率的壓裂裝備，滿足高效分層分段、耐高溫、高可靠性的壓裂工具，多功能、低成本、環(huán)保發(fā)展的壓裂液[8]。例如，1000～ 3000型系列壓裂泵車及配套的混砂車、系列管匯、儀表車及配套設(shè)備，可組合成不同配置的成套壓裂機(jī)組，其中，2500型壓裂車和分體式壓裂橇達(dá)到國際先進(jìn)水平（表1）；DYJ110/70DD帶壓作業(yè)機(jī)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場工業(yè)應(yīng)用，具有“儲層零傷害、環(huán)境零污染、液體零排放、作業(yè)周期短”的突出優(yōu)勢；3000型以上型號壓裂機(jī)組工業(yè)化生產(chǎn)，可滿足山區(qū)受限井場施工作業(yè)；自主研發(fā)的水力噴砂、雙封單卡、油管滑套、快鉆橋塞、可溶橋塞等多種水平井多段和直井多層壓裂工具，耐溫、耐壓等性能參數(shù)與國外先進(jìn)水平持平；低濃度瓜爾膠、高性能滑溜水等多套壓裂液體系，滿足國內(nèi)非常規(guī)儲層開發(fā)需求；研發(fā)了耐溫230℃高溫壓裂液、硝酸鈉加重壓裂液、氯化鈣加重壓裂液等體系，為超高溫、超高壓、超深井“三超井”的高效改造提供了技術(shù)支撐。

表1 1000～ 3000型系列壓裂泵車性能

為滿足我國頁巖氣大規(guī)?？碧介_發(fā)需要，突破傳統(tǒng)柱塞泵設(shè)計(jì)桎梏，研制成功全球單機(jī)功率最大的7000型電驅(qū)壓裂橇（圖12），實(shí)現(xiàn)大型電驅(qū)壓裂橇和壓裂泵核心關(guān)鍵技術(shù)自主可控，扭轉(zhuǎn)了“發(fā)動機(jī)、底盤、變速箱”三大件依賴進(jìn)口的被動局面，最高泵注壓力達(dá)85MPa，最大輸出排量為2.6m3/min，實(shí)現(xiàn)1臺壓裂橇替代3臺2500型壓裂車，同比能耗和成本明顯降低，助力四川盆地萬億立方米頁巖氣大氣區(qū)開發(fā)。

圖12 7000型電驅(qū)壓裂橇

儲層改造領(lǐng)域研發(fā)出體積壓裂優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件，開發(fā)了裂縫和產(chǎn)能模擬核心模塊，以及配套數(shù)據(jù)庫、經(jīng)濟(jì)評價(jià)、一維地應(yīng)力等配套模塊，實(shí)現(xiàn)裂縫模擬—壓裂后產(chǎn)能模擬—經(jīng)濟(jì)評價(jià)一體化數(shù)據(jù)無縫銜接，具備了均質(zhì)儲層單井直井分層、水平井分段多簇壓裂優(yōu)化設(shè)計(jì)功能，滿足地質(zhì)工程一體化需求[9]（圖13）。

圖13 地質(zhì)工程一體化體積壓裂優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件功能架構(gòu)

1.5 采油采氣技術(shù)裝備與信息技術(shù)深度融合

順應(yīng)石油工程與大數(shù)據(jù)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、納米等新技術(shù)、新材料深度融合的趨勢，采油采氣領(lǐng)域技術(shù)裝備逐步向綠色化、精細(xì)化、信息化、智能化及低成本的“四化一低”轉(zhuǎn)型，研制出第四代分層注水系列技術(shù)，攻克了井下永置式流量檢測、調(diào)節(jié)等核心技術(shù)，典型的一體化配水器結(jié)構(gòu)如圖14所示，形成了以自動測調(diào)為技術(shù)內(nèi)涵的第四代分層注水工藝。

圖14 一體化配水器原理圖

通過與油藏工程相結(jié)合，在邊注、邊測、邊調(diào)工藝技術(shù)基礎(chǔ)上，突破了水驅(qū)油藏精細(xì)分析診斷、效果評價(jià)及配注量實(shí)時(shí)優(yōu)化技術(shù)（圖15），推進(jìn)水驅(qū)開發(fā)由“滯后調(diào)控”向“實(shí)時(shí)優(yōu)化”的重大轉(zhuǎn)變，助力我國精細(xì)分層注水開發(fā)技術(shù)持續(xù)處于國際領(lǐng)先地位[10-12]。

圖15 智能油藏分析與優(yōu)化系統(tǒng)IRes水驅(qū)開發(fā)實(shí)時(shí)優(yōu)化原理

另外，開發(fā)出油井生產(chǎn)優(yōu)化分析系統(tǒng)PetroPE，突破了油氣井工況智能診斷、數(shù)字計(jì)產(chǎn)、優(yōu)化控制等核心關(guān)鍵方法與技術(shù)，建立了油氣井生產(chǎn)工程數(shù)據(jù)資源池，搭建了云化共享平臺架構(gòu)，開發(fā)了面向用戶、可提供個性化服務(wù)的油氣井生產(chǎn)智能分析優(yōu)化決策軟件系統(tǒng)。在大慶、長慶、吉林等油田建立示范區(qū)，工況診斷準(zhǔn)確率達(dá)93 %以上，數(shù)字計(jì)產(chǎn)平均誤差降低到12%，系統(tǒng)效率提高2.5個百分點(diǎn)。研制高效井下電機(jī)，形成電動潛油柱塞泵和電動潛油螺桿泵2項(xiàng)無桿舉升工藝；形成以液壓抽油機(jī)為代表的集群舉升技術(shù)，開展“一拖二”現(xiàn)場試驗(yàn)，具有降低投資、提高效率優(yōu)勢；攻克井下油水分離同井注采技術(shù)，可滿足含水率為97%以上的油井應(yīng)用，顛覆了傳統(tǒng)開發(fā)模式，創(chuàng)立“井下工廠”生產(chǎn)理念。

1.6 海洋工程關(guān)鍵技術(shù)與裝備實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化

深水油氣工程從水面、水中到水下的關(guān)鍵核心技術(shù)獲得突破，如海上油田超大型平臺浮托、海洋鉆井隔水管技術(shù)等，構(gòu)建了1500m深水油氣田開發(fā)工程技術(shù)體系，研制了水下控制系統(tǒng)、水下管匯等多種水下生產(chǎn)系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備并成功應(yīng)用，支撐了荔灣3-1周邊氣田、流花油田群、陵水17-2氣田開發(fā)，標(biāo)志著我國擁有了深水油氣田自主開發(fā)工程能力，帶動了我國海洋石油工程裝備由淺水向深水的跨越式發(fā)展；Drilog海洋隨鉆測井系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)規(guī)?；鳂I(yè)，為我國海洋油氣勘探開發(fā)提供了關(guān)鍵核心技術(shù)裝備；“海洋石油981”深水半潛式鉆井平臺針對中國南海極端海況的部分設(shè)計(jì)和技術(shù)達(dá)到國際領(lǐng)先水平[13-14]。

“十三五”期間，以固體拖纜采集系統(tǒng)為代表的海洋拖纜地震勘探成套裝備，累計(jì)完成超過11000km二維地震資料采集作業(yè)和10000km海洋工程調(diào)查作業(yè)，具備產(chǎn)業(yè)化基礎(chǔ)（圖16）；形成Drilog?隨鉆測井和Welleader?旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系列產(chǎn)品，作業(yè)區(qū)域全面覆蓋我國海上油田，成功實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用；成功研制海上液壓提升鉆機(jī)，首臺（套）設(shè)備應(yīng)用于文昌19-1平臺；完成水下靜態(tài)臍帶纜和水下多相流量計(jì)的產(chǎn)品研制，分別應(yīng)用于文昌10-3項(xiàng)目和流花21-2項(xiàng)目，具備產(chǎn)業(yè)化能力；國產(chǎn)25MW燃?xì)馔钙皆谂钊R19-3油田成功應(yīng)用；深水鋪管船“海洋石油201”總體技術(shù)水平和作業(yè)能力處于國際同類工程船舶領(lǐng)先地位，海管φ304.8mm鋪設(shè)能力由1200m提升至3000m，成為我國進(jìn)軍深海油氣田開發(fā)領(lǐng)域不可或缺的大國重器。

圖16 海洋拖纜地震勘探成套裝備

2 我國石油工程技術(shù)發(fā)展面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)

2.1 從石油行業(yè)發(fā)展趨勢看，資源的效益開發(fā)對石油工程技術(shù)提出了更高要求

一方面，全球油氣資源日趨劣質(zhì)化，勘探開發(fā)重點(diǎn)由淺層向深層、特深層，常規(guī)向非常規(guī)油氣（頁巖/致密油氣、煤層氣），中高滲透整裝向低滲透、低品位，灘淺海向深水，傳統(tǒng)化石能源向特殊地下資源（干熱巖、水合物等）逐步拓展，勘探開發(fā)難度不斷增大，對石油工程技術(shù)性能的要求越來越高。另一方面，全球能源轉(zhuǎn)型加速，能源結(jié)構(gòu)發(fā)生重大調(diào)整，新能源技術(shù)成本快速下降，部分國家可再生能源發(fā)電已實(shí)現(xiàn)無補(bǔ)貼市場競爭。我國碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)的確定將進(jìn)一步推動油氣行業(yè)加速轉(zhuǎn)型，石油工程作為油氣勘探開發(fā)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，將面臨更嚴(yán)格的降本、提質(zhì)、減碳需求。

2.2 從我國石油工程企業(yè)職責(zé)看，突破“卡脖子”問題對自主創(chuàng)新提出更高要求

我國油服企業(yè)除面臨低碳轉(zhuǎn)型和持續(xù)發(fā)展挑戰(zhàn)，也擔(dān)負(fù)著保障能源供應(yīng)的職責(zé)。近幾年，中美兩國間貿(mào)易、科技摩擦持續(xù)升級，凸顯我國在關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域被“卡脖子”的嚴(yán)峻形勢。石油工程領(lǐng)域的高造斜率旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向技術(shù)、惡性漏失控制技術(shù)、超高溫高壓井筒工程井下工具儀器與工作液材料等已成為制約我國油氣勘探開發(fā)的重大技術(shù)瓶頸，需從基礎(chǔ)研究源頭發(fā)力突破，從戰(zhàn)略布局、創(chuàng)新氛圍、合作攻關(guān)等方面整體協(xié)同進(jìn)步，推動自主研發(fā)能力快速提升，從而實(shí)現(xiàn)從模仿創(chuàng)新為主到自主創(chuàng)新的轉(zhuǎn)變[15]。

2.3 從石油工程企業(yè)自身競爭看，只有掌握高端技術(shù)才能獲得競爭優(yōu)勢

高端技術(shù)是高效率、高效益的根本，也是市場爭奪的最有利武器。國外石油企業(yè)高度重視石油工程技術(shù)與裝備研發(fā)，以斯倫貝謝、哈里伯頓為代表的國際油服公司，每年保持3%的科研投入強(qiáng)度，持續(xù)進(jìn)行高端技術(shù)裝備研發(fā)，憑借技術(shù)優(yōu)勢，率先研發(fā)成功百萬道級有線地震儀器、自動化鉆機(jī)、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)、抗高溫集成多參數(shù)隨鉆測量裝置、抗高溫高壓井下工具、體積壓裂等高端石油工程技術(shù)與裝備，促成了頁巖油氣革命和海洋深水油氣高效開發(fā)，引發(fā)國際石油工業(yè)的深刻變革，形成主導(dǎo)高端技術(shù)與裝備的格局。中國石油企業(yè)只有不斷強(qiáng)化科技研發(fā)能力，提升效益水平和綜合競爭力，才能從跟跑變?yōu)椴⑴芎皖I(lǐng)跑。

2.4 從全球科技發(fā)展態(tài)勢看，石油工程應(yīng)抓住跨界融合的新動能

目前，全球科技創(chuàng)新進(jìn)入空前密集活躍期，基礎(chǔ)研究、應(yīng)用基礎(chǔ)研究和技術(shù)創(chuàng)新相互帶動作用不斷增強(qiáng)，多學(xué)科跨領(lǐng)域交叉融合態(tài)勢更加明顯，顛覆性技術(shù)及其創(chuàng)新出現(xiàn)頻率顯著增加，技術(shù)迭代和創(chuàng)新加速。新冠肺炎疫情推動全球加速進(jìn)入全面數(shù)字經(jīng)濟(jì)時(shí)代，借助數(shù)字化轉(zhuǎn)型重塑自身“免疫力”和核心競爭力，成為各行業(yè)領(lǐng)域未來的發(fā)展趨勢。新業(yè)態(tài)和新的商業(yè)模式不斷涌現(xiàn)，將對油氣行業(yè)盈利模式產(chǎn)生巨大影響。石油工程將發(fā)揮多學(xué)科、多專業(yè)交叉的優(yōu)勢，以應(yīng)用為導(dǎo)向，補(bǔ)齊基礎(chǔ)研究短板，激發(fā)材料、信息、機(jī)械、電子、物理、化學(xué)、化工等多學(xué)科領(lǐng)域的技術(shù)融合創(chuàng)新，推動一批顛覆性技術(shù)爆發(fā)。

3 下一步攻關(guān)重點(diǎn)方向

我國油氣勘探開發(fā)比國外面臨更加復(fù)雜的地質(zhì)條件，例如塔里木超深層鹽下碳酸鹽巖儲層、南方海相復(fù)雜深層頁巖氣等多個國內(nèi)增產(chǎn)上儲的潛在地區(qū)均存在井筒與油氣藏環(huán)境復(fù)雜、安全高效施工難度大的挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)工程技術(shù)無法經(jīng)濟(jì)高效開發(fā)其中資源，亟須研發(fā)高端石油工程技術(shù)與裝備破局，開啟復(fù)雜油氣高效動用。因此需要系統(tǒng)的戰(zhàn)略布局，既要攻克關(guān)鍵核心技術(shù)、補(bǔ)短板，又要搶先機(jī)，與智能制造、大數(shù)據(jù)等前沿科技融合發(fā)展，實(shí)現(xiàn)彎道超車，高效推進(jìn)國內(nèi)復(fù)雜油氣藏勘探開發(fā)進(jìn)程。重點(diǎn)攻關(guān)方向包括如下6個方面：

（1）以智能化、大數(shù)據(jù)、高度集成化裝備、多學(xué)科工作環(huán)境研究為重點(diǎn)，打造智能高精度可控震源、智能化節(jié)點(diǎn)地震采集系統(tǒng)、智能地震處理解釋軟件、彈性波地震勘探技術(shù)等尖端利器，形成智能化、多學(xué)科協(xié)同、油藏全生命周期服務(wù)能力[16]。

（2）攻克耐高溫芯片、耐高壓結(jié)構(gòu)材料、高性能傳感器等關(guān)鍵核心技術(shù)，研發(fā)超高溫高壓與深遠(yuǎn)探測測井裝備、非化學(xué)源測井技術(shù)裝備、智能測井技術(shù)，形成230℃/170MPa以上超高溫高壓快速與成像測井技術(shù)裝備、井間與井地遠(yuǎn)探測測井等高端技術(shù)，提升地層探測能力，測、錄、導(dǎo)一體化多專業(yè)協(xié)同發(fā)展。

（3）為滿足超深特深、深部非常規(guī)、低滲透低品位、地下特殊資源、深水超深水等油氣領(lǐng)域安全經(jīng)濟(jì)高效勘探開發(fā)的需求，打造具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的自動化智能化鉆完井高端裝備、高性能旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)、井下工況智能檢測及識別裝置、全自動閉環(huán)控制井下儀器、高效智能破巖工具、安全環(huán)保高效能工作液等利器，形成萬米特深井鉆完井技術(shù)、萬米超大位移井技術(shù)、超深頁巖油氣與致密油氣叢式井平臺技術(shù)、三低油氣藏高效開發(fā)及老井重復(fù)利用鉆完井技術(shù)、井筒工作液系列高端材料與智能調(diào)控技術(shù)、全生命周期井筒完整性技術(shù)、鉆完井地質(zhì)工程一體化平臺、智能決策技術(shù)、井控應(yīng)急搶險(xiǎn)關(guān)鍵技術(shù)與裝備等，大幅提高鉆井效率、油氣鉆遇率及產(chǎn)量，保障井完整性、井筒安全，延長油氣井壽命。

（4）突破儲層改造技術(shù)與裝備穩(wěn)定性差、連續(xù)作業(yè)能力差的技術(shù)瓶頸，研制大功率電驅(qū)成套壓裂裝備、體積壓裂優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件和智慧壓裂作業(yè)系統(tǒng)，滿足地質(zhì)工程一體化勘探開發(fā)、深層與非常規(guī)油氣藏儲層改造需求。研發(fā)超長水平井多簇射孔工具，實(shí)現(xiàn)單段20簇以上安全射孔，攻關(guān)8000m超深井、70MPa高壓井作業(yè)技術(shù)，注入頭提升力大于700kN，下推力大于300kN，滿足超長水平井及超深井壓裂及作業(yè)需要，提高深井特種作業(yè)能力。

（5）針對機(jī)采系統(tǒng)缺少高效、智能化技術(shù)手段，尚缺少無水增產(chǎn)、注氣增產(chǎn)等分注技術(shù)等高端技術(shù)，打造采油采氣智能生產(chǎn)系統(tǒng)、柔性鉆具超短半徑側(cè)鉆取心技術(shù)、特殊結(jié)構(gòu)和深井無桿舉升成套設(shè)備、精細(xì)化智能化分層注采技術(shù)，推進(jìn)地面與地下一體化協(xié)同高效經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)，適應(yīng)各類油氣開采對象發(fā)展需要。

（6）攻克以12纜拖纜物探船和海底節(jié)點(diǎn)采集裝備為代表的海洋物探裝備，形成海上壓裂船、多功能作業(yè)船、高性能深水鉆完井液及固井水泥漿體系，打造深水智能完井工具、深水防臺風(fēng)裝備、高效建井作業(yè)技術(shù)及工具為代表的海洋鉆采技術(shù)裝備；突破以水下生產(chǎn)系統(tǒng)、半潛式生產(chǎn)平臺和圓筒型FPSO為代表的海洋油氣生產(chǎn)裝備，深水J-lay鋪管船、2500t DP棄置起重船為代表的海上施工裝備，多功能應(yīng)急救援船、水下應(yīng)急封井裝置及配套技術(shù)、渤海特殊環(huán)境和南海深水溢油應(yīng)急裝備為代表的井控安全與應(yīng)急裝備。

4 思考與建議

（1）常規(guī)石油工程技術(shù)支撐了當(dāng)前國內(nèi)油氣常規(guī)資源勘探開發(fā)，高端技術(shù)與裝備快速成長，正成為支撐復(fù)雜深層、非常規(guī)、低滲透低品位、深水油氣經(jīng)濟(jì)高效開發(fā)技術(shù)利器。我國是石油技術(shù)裝備大國，但還不是強(qiáng)國，高端裝備的研發(fā)和制造水平與國際先進(jìn)水平相比還存在較大差距，尤其缺乏具自主知識產(chǎn)權(quán)的高端技術(shù)裝備。在能源轉(zhuǎn)型、“雙碳”目標(biāo)、復(fù)雜國際環(huán)境等因素約束下，油氣工業(yè)要持續(xù)高質(zhì)量發(fā)展，必須面向世界科技前沿，建立自主高端石油工程技術(shù)與裝備體系。

（2）我國油氣藏條件復(fù)雜，很多油氣增儲上產(chǎn)地區(qū)的工程技術(shù)實(shí)施難度是世界級的。工程技術(shù)與裝備發(fā)展必須要走“人無我有、人有我優(yōu)”之路，只有研發(fā)出更多符合國內(nèi)復(fù)雜油氣勘探開發(fā)需求的高端技術(shù)與裝備，常規(guī)油氣與非常規(guī)油氣并舉，變被動開發(fā)為主動開發(fā)、綠色開發(fā)，才能贏得國際競爭優(yōu)勢、保障國家能源安全。

（3）“他山之石可以攻玉”。第四次工業(yè)革命通過融合大數(shù)據(jù)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、邊緣計(jì)算等新興前沿技術(shù)，不斷催生大量的高端技術(shù)與裝備。我國亟須加強(qiáng)石油工程與其他學(xué)科、專業(yè)的融合，打造具有中國特色、引領(lǐng)石油工業(yè)未來發(fā)展的高端石油工程技術(shù)與裝備，實(shí)現(xiàn)高端技術(shù)快速成為主體技術(shù)、常規(guī)與高端技術(shù)接替上升，大幅度提高作業(yè)安全與效率，拓展開發(fā)規(guī)模和效益，提升行業(yè)續(xù)航與領(lǐng)航能力。