張錦宏，周愛照，成 海，畢研濤

（1.中石化石油工程技術(shù)服務(wù)有限公司,北京 100020；2.中石化勝利石油工程有限公司鉆井工藝研究院,山東東營 257000）

隨著油氣勘探開發(fā)日益深入，深層特深層、非常規(guī)和低品位等油氣資源逐步成為增儲上產(chǎn)的重要陣地[1–2]。深部復(fù)雜構(gòu)造油氣藏儲層埋藏深、地層溫度和壓力高，勘探開發(fā)的難度越來越大，對石油工程技術(shù)的要求越來越高，持續(xù)攻關(guān)完善關(guān)鍵核心技術(shù)和不斷提升石油工程裝備水平已經(jīng)成為高效經(jīng)濟勘探開發(fā)各類油氣資源的重要手段[3–4]。近年來，中國石化持續(xù)開展優(yōu)快鉆井完井技術(shù)、復(fù)雜儲層測錄井技術(shù)、特殊儲層改造技術(shù)等方面攻關(guān)研究，9000 m特深井、頁巖油和順北千噸井等深地工程關(guān)鍵技術(shù)獲得重大突破，中深層頁巖氣等陸海常規(guī)非常規(guī)系列技術(shù)取得關(guān)鍵提升，旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向等鉆井測控測試技術(shù)實現(xiàn)了迭代升級，有力支撐了中國石化國內(nèi)油氣資源的勘探開發(fā)。

1 石油工程技術(shù)新進展

1.1 深地工程關(guān)鍵技術(shù)重大突破

1.1.1 9000 m 特深井安全高效鉆井技術(shù)

深井和特深井所鉆地層跨越的地質(zhì)年代較多，地層巖性變化大，深部高溫高壓等地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜，導(dǎo)致了機械鉆速低、井壁穩(wěn)定性差等一系列問題，圍繞實現(xiàn)深井、特深井鉆井更快、更經(jīng)濟、更安全的目標，中國石化近年來在鉆井地質(zhì)環(huán)境因素隨鉆超前預(yù)測技術(shù)、深井井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計等方面取得了新的進展，形成了9000 m 特深井安全高效鉆井技術(shù)，有效支撐了中國石化深層特深層油氣勘探開發(fā)，取得了良好的經(jīng)濟和社會效益。

1）鉆井地質(zhì)環(huán)境因素隨鉆超前預(yù)測技術(shù)。針對基于地震資料地質(zhì)特征預(yù)測不夠精細的問題，開展了鉆井地質(zhì)異常體物探定量表征、多源數(shù)據(jù)耦合的鉆井地質(zhì)風(fēng)險預(yù)測、待鉆地層地震速度和成像模型快速修正等關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，優(yōu)化了待鉆地層鉆井地質(zhì)特征快速解釋方法，形成了基于井震信息鉆井地質(zhì)環(huán)境因素隨鉆超前預(yù)測技術(shù)[5]，實現(xiàn)了鉆頭前待鉆地層透視，為待鉆地層鉆井方案和技術(shù)措施優(yōu)化提供依據(jù)，預(yù)測精度大于90%。

2）深井井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計技術(shù)。針對深井超深井高溫、高壓、復(fù)雜層位多等地質(zhì)特點，基于多孔介質(zhì)理論、分析聲波時差，建立碳酸鹽巖孔隙壓力預(yù)測模型，研究了天然裂縫、誘導(dǎo)性裂縫、擴展性裂縫漏失機理，建立了裂縫性漏失壓力計算模型，為井身結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化提供了支撐；基于工程地質(zhì)特征，優(yōu)化形成6 套特深井井身結(jié)構(gòu)方案，保障了SB56X 井、TS5 井、SB11 井、SB4-11H 井和TS5 井等5 口超9000 m 特深井的順利實施。

3）特深井高效破巖技術(shù)。針對深部高硬地層，優(yōu)選錐形齒、勺形齒等多種齒形，采用尖圓齒混合切削技術(shù)，研發(fā)了強攻擊性異型齒PDC 鉆頭，有效提高了破巖效率；針對普通螺桿扭矩小、不耐高溫、使用壽命短等問題，研制應(yīng)用了大扭矩等壁厚螺桿和小尺寸低速抗溫204 ℃螺桿，形成了“強攻擊性異型齒PDC 鉆頭+大扭矩螺桿”高效破巖技術(shù)。SB4-11H 井應(yīng)用了該技術(shù)，其鉆井周期144.94 d，與未應(yīng)用該技術(shù)的鄰井相比，縮短了18.11%。

4）超深高溫隨鉆測控技術(shù)。以井斜趨勢角為評價指標，綜合考慮了底部鉆柱、鉆頭及地層耦合作用的影響，形成了單彎無穩(wěn)、單彎單穩(wěn)和單彎雙穩(wěn)等3 種類型螺桿鉆具組合的造斜率定量預(yù)測方法，優(yōu)選出?120 mm×1.25°螺桿無穩(wěn)定器鉆具組合；配套研制了抗高溫185 ℃ MWD，形成了超高溫測控技術(shù)，并在特深井進行了應(yīng)用，有效提高了小尺寸井眼的鉆井效率，其中SB801X 井完鉆井深9145 m，打破了?165.1 mm 井眼完鉆井深最深全國紀錄。

5）抗高溫高密度鉆井液技術(shù)。特深井鉆井遇到異常壓力地層、破碎地層，鹽膏等污染等復(fù)雜地層，要求鉆井液具有合適的密度，良好的造壁性能和抗污染性能[6–7]。針對高溫井下環(huán)境，通過優(yōu)選核心抗高溫增黏劑、降濾失劑、多點吸附潤滑劑，形成了抗高溫低摩阻鉆井液。該鉆井液抗溫達 220 ℃、密度最高達 2.10 kg/L，220 ℃/7 d 沉降系數(shù)小于0.516，具有抗溫能力強、沉降穩(wěn)定性好、高溫潤滑性優(yōu)和抗酸性氣體污染強等特點，有效保障了9000 m 特深井的順利完鉆。

1.1.2 頁巖油工程技術(shù)

中國石化探區(qū)頁巖油地質(zhì)資源量達85×108t，主要分布于東部中一新生代斷陷盆地[8]，其主要特點體現(xiàn)為“深（埋藏深）、強（非均質(zhì)性強）、雜（壓力體系復(fù)雜）”[9–12]，導(dǎo)致出現(xiàn)機械鉆速慢、復(fù)雜時效高等問題。針對以上挑戰(zhàn)，中國石化圍繞頁巖油提質(zhì)、提速、提效、提產(chǎn)目標，進行了全井筒提速、窄密度窗口安全鉆井和增能壓裂等6 項關(guān)鍵工程技術(shù)攻關(guān)，初步形成了中國石化頁巖油工程技術(shù)體系，有力支撐了頁巖油的勘探開發(fā)[13]。

1）全井筒提速技術(shù)。針對濟陽坳陷頁巖油下部地層大段硬質(zhì)泥巖可鉆性級值高、機械鉆速慢的問題[14]，開展了基于巖石力學(xué)特征的破巖效率分析，根據(jù)不同層位的特點研制了具有“脊形齒+錐齒復(fù)合布齒”結(jié)構(gòu)的耐磨混合型PDC 鉆頭、“獅虎獸”型鉆頭和強攻擊型PDC 鉆頭，有效提高了破巖效率；針對二開大井眼滑動鉆進托壓的問題，研制了高性能振蕩螺桿、水力振蕩器和雙向扭轉(zhuǎn)系統(tǒng)，顯著提高了滑動鉆進時工具面的穩(wěn)定性；針對目的層井段溫度高的問題，研制了抗204 ℃等壁厚螺桿，使用壽命大幅增長。濟陽坳陷10 余口頁巖油井應(yīng)用全井筒提速技術(shù)后，平均機械鉆速提高60%以上。

2）窄密度窗口安全鉆井技術(shù)。圍繞深部地層復(fù)雜壓力控制難題，建立了套壓、立壓、微流量三位一體的綜合控制方法[15]，攻關(guān)研發(fā)了SL-Balance 系列控壓鉆井系統(tǒng)，壓力控制精度達到0.15 MPa，形成了早期高精度溢流檢測、縫洞型地層恒ECD 鉆井、恒壓自動排氣等精細控壓鉆井技術(shù)與工藝，大幅降低了復(fù)雜時效，有效提高了鉆井效率，保證了勝利油田8 口頁巖油井長復(fù)雜井段的安全鉆進。

3）合成基鉆井液技術(shù)。針對頁巖水化剝蝕垮塌以及層理、微裂縫造成鉆井井壁失穩(wěn)等難題[16–17]，以低毒/無毒的油相為基礎(chǔ)構(gòu)建了合成基鉆井液，解決了地層黏土礦物接觸鉆井液濾液后水化分散的問題；研制了微米級、納米級及彈性孔網(wǎng)堵漏劑，擴大了封堵尺度范圍，優(yōu)化形成了“剛性+柔性+封堵+變形”的堵漏漿配方，強化了對地層微裂縫的封堵能力；研制了抗高溫處理劑，其抗溫能力達到200 ℃，解決了合成基鉆井液抗高溫能力不足的問題。應(yīng)用合成基鉆井液技術(shù)后，博興洼陷區(qū)塊鉆井復(fù)雜時效降低了51%，牛莊洼陷區(qū)塊鉆井復(fù)雜時效降低了96%，渤南洼陷鉆井復(fù)雜時效降低了62%，有力地支撐了濟陽坳陷頁巖油的勘探開發(fā)。

4）頁巖油錄井評價技術(shù)。圍繞頁巖生油潛力、含油特性、儲集能力及儲層改造條件等方面內(nèi)容，綜合鉆井、測井、錄井、試井資料，建立了頁巖油儲層源巖性、含油性、儲集性及可壓性的“四性”評價標準[18]，形成了頁巖油儲層分類評價及甜點識別技術(shù)，為分段分簇壓裂提供了依據(jù)，試油及生產(chǎn)結(jié)果與評價結(jié)果吻合，在FYP1 井等3 口井開展了應(yīng)用，準確率達90.91%。

5）頁巖油高效固井技術(shù)。針對合成基鉆井液濾餅清除難度大等問題，研制了兩親性驅(qū)油沖洗液，提高了物理沖刷能力，達到了高效復(fù)合驅(qū)油目的；針對頁巖油儲層高溫高壓特點，研制了抗高溫膠乳防竄水泥漿。該水泥漿直角稠化特征明顯，12 h 抗壓強度大于25 MPa，高溫強度無衰退，力學(xué)性能優(yōu)異，其與合成基鉆井液相容性良好[19]。頁巖油高效固完井技術(shù)現(xiàn)場應(yīng)用4 口井，一界面固井質(zhì)量優(yōu)良率93%以上，二界面固井合格率100%。

6）頁巖油CO2混相破巖增能壓裂技術(shù)。針對陸相頁巖油壓裂改造中常規(guī)壓裂液注入形成復(fù)雜裂縫難度大和產(chǎn)量低等問題，開展了頁巖油儲層CO2壓裂增產(chǎn)物模數(shù)模研究及CO2用量優(yōu)化設(shè)計，形成了CO2混相擴縫增能壓裂技術(shù)。研究表明，CO2流動過程中動能損失小，凈壓力傳導(dǎo)效率高，能夠維持中遠井地帶剪切破巖[20]所需的凈壓力，CO2分子進入孔喉半徑很小的孔隙和開度很小的弱面及天然裂縫，在地層中實現(xiàn)大范圍穿透，有效波及范圍大；CO2吸附能力比烴類更強，吸附的烴類被CO2置換，CO2長期賦存地層中，起到了增能作用[21]。室內(nèi)試驗表明，勝利濟陽頁巖油井N55-X1 井的巖心注入CO2后，破裂壓力降低19 MPa，彈性模量降低40% 以上，裂縫復(fù)雜度較常規(guī)壓裂液提高17% 以上，孔隙壓力由5 MPa 升至21 MPa，滲透率增加39%。FYP1 井應(yīng)用增能壓裂技術(shù)，注入二氧化碳5708 t，壓后測試井底壓力由47.6 MPa 升至60.2 MPa，微地震顯示單段改造體積增大8×104m3，裂縫系統(tǒng)復(fù)雜程度高，壓后峰值日產(chǎn)油量170.0 t；FY1-1HF 井峰值日產(chǎn)油量262.8 t。

1.1.3 順北千噸井系列關(guān)鍵技術(shù)

隨著勘探開發(fā)難度加大，對儲層的精準評價與精細化改造提出了更高的技術(shù)要求，近年來，中國石化針對順北地區(qū)儲層的地質(zhì)特征，在儲層評價、酸壓改造等方面持續(xù)攻關(guān)，形成了順北千噸井系列關(guān)鍵技術(shù)，增產(chǎn)幅度、穩(wěn)產(chǎn)時間均得到大幅提高，為順北20 口千噸井的產(chǎn)能釋放提供了有力的技術(shù)支撐。

1）順北串珠體異常高壓儲層保護技術(shù)。針對順北地層擠壓構(gòu)造復(fù)雜，串珠體多尺度縫洞發(fā)育、存在異常高壓[22]，鉆井過程中極易發(fā)生漏失與高套壓，壓井和漏失給地層帶來的流體及固相對儲層造成嚴重損害等難題，攻關(guān)形成了順北串珠體異常高壓儲層保護技術(shù)。采用“壓力監(jiān)測+精細控壓+精準密度+精揭儲層”鉆井工藝，較好地實現(xiàn)了儲層保護與井控安全；采用高溫高壓鉆井液暫堵技術(shù)對多尺度裂縫有效封堵，降低固/液相的侵入量；采用可酸溶無（低）固相鉆井液，降低不酸溶固相沉降后對滲流通道的影響。

2）碳酸鹽巖儲層測井綜合評價技術(shù)。圍繞順北區(qū)塊不同條帶的地質(zhì)特點，以儲層“四性”關(guān)系為基礎(chǔ)，以巖石物理體積模型研究為核心，根據(jù)不同孔隙類型所呈現(xiàn)的不同導(dǎo)電機理優(yōu)化巖電參數(shù)，計算儲層含氣飽和度，利用敏感測井信息及計算的地質(zhì)參數(shù)識別儲層流體性質(zhì)，應(yīng)用偶極橫波遠探測等成像測井技術(shù)分析地層縫洞空間發(fā)育情況，判別儲層有效性，建立和優(yōu)選不同地區(qū)、不同層系、不同儲集單元巖石物理體積模型，確定儲層參數(shù)計算方法，形成碳酸鹽巖儲層有效性識別和綜合評價技術(shù)。

3）超深層試油氣測試技術(shù)。針對順北區(qū)塊碳酸鹽巖儲層“高溫、高壓、易噴、易漏”難題，形成了以“超深裸眼機械分段完井+高溫高壓完井測試工具+復(fù)雜縫網(wǎng)暫堵酸壓+超高壓自動化地面測試流程”為核心的超深層試油氣測試技術(shù)，解決了超深層油氣藏地層溫度超高、地層應(yīng)力高、非均質(zhì)性強及儲層活躍等地質(zhì)特征帶來的完井測試工具性能不足、井控風(fēng)險高、長裸眼井段改造不充分和地面測試安全風(fēng)險大等難題，保障了順北地區(qū)多口井實現(xiàn)日產(chǎn)油氣當(dāng)量千噸的目標。

1.2 陸海常規(guī)非常規(guī)系列技術(shù)關(guān)鍵提升

1.2.1 中深層頁巖氣工程技術(shù)

中國石化中深層頁巖氣開發(fā)重點主要分布在川南、渝西、渝東南、鄂西渝東地區(qū)，主力區(qū)塊開發(fā)過程中存在著長水平段鉆井時效低、儲層鉆遇率低、壓裂效果差等技術(shù)難題，近年來，持續(xù)開展長水平段水平井鉆井[23]、近鉆頭地質(zhì)導(dǎo)向[24]和電驅(qū)井工廠高效壓裂[25]技術(shù)攻關(guān)，中深層頁巖氣工程技術(shù)取得重要進展，解決了中深層頁巖氣建井成本高、單井產(chǎn)量低、效益開發(fā)難度大等難題。

1）長水平段水平井鉆井技術(shù)。針對深層頁巖氣地層可鉆性差、水平段鉆進效率低等問題[26]，應(yīng)用強化參數(shù)鉆井技術(shù)，高效PDC 鉆頭、混合鉆頭、大扭矩螺桿、水力振蕩器和旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具等提速技術(shù)，提高了水平井眼的軌跡控制精度和井身質(zhì)量。近年來，涪陵、東勝區(qū)塊28 口井水平段長2500 m以上，2 口井水平段長4000 m 以上，SY9-3HF 井水平段長4035 m，JY18-S12HF 井水平段長4286 m。

2）NBGS 近鉆頭地質(zhì)導(dǎo)向系統(tǒng)?；诿商乜_方法實現(xiàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，研發(fā)多扇區(qū)伽馬刻度裝置，形成基于高、低放射性巖性模型的相鄰扇區(qū)伽馬去耦刻度技術(shù)，形成了高精度隨鉆伽馬成像技術(shù)，研制了4，8，16 扇區(qū)成像分辨率的探管式和鉆鋌式隨鉆伽馬成像系統(tǒng)，實現(xiàn)了360°全井周伽馬圖像，解決了常規(guī)自然伽馬測量儀不能區(qū)分地層上下邊界、無法判別地層各向異性等難題；該系統(tǒng)測量零長為0.50 m，解決了測量信息滯后導(dǎo)致的儲層鉆遇率低的問題。近年來，生產(chǎn)制造了NBGS 近鉆頭地質(zhì)導(dǎo)向系統(tǒng)20 套，完成35 口井的現(xiàn)場應(yīng)用，成功實現(xiàn)地層構(gòu)造的精確判斷和井眼軌跡控制，中靶率100%，優(yōu)質(zhì)儲層鉆遇率95%以上。

3）電驅(qū)井工廠高效壓裂技術(shù)。形成了叢式水平井組電驅(qū)壓裂設(shè)備的配置、配套標準，制定了頁巖氣叢式水平井組工廠化壓裂作業(yè)規(guī)范，首創(chuàng)整體式超高壓集分流技術(shù)，研發(fā)了一體化壓裂決策指揮中心及壓裂數(shù)字孿生平臺，構(gòu)建“一鍵式”全流程自動化集群控制技術(shù)，實現(xiàn)壓裂施工全流程自動化遠程控制、作業(yè)區(qū)域無人化，相比于柴驅(qū)壓裂平臺，平臺平均壓裂速度達6.06 段/d，提高了164.2%，最高壓裂速度12.0 段/d，單井壓裂成本降低16%；噪聲污染降低30%，占地面積減少19%。

1.2.2 致密油氣工程技術(shù)

中國石化致密油氣藏具有低孔、低滲和低豐度等特點[27–29]，勘探開發(fā)過程中主要存在儲層非均質(zhì)性強、鉆井效率低、儲層有效壓裂改造難度大等問題，制約著致密油氣藏產(chǎn)能的高效釋放。針對致密油氣藏勘探開發(fā)過程中存在的諸多難題，中國石化在復(fù)雜巖性地層高效破巖鉆井提速提效、體積壓裂等技術(shù)方面取得新進展，為鄂爾多斯盆地、四川盆地等地區(qū)致密油氣藏的高效勘探和效益開發(fā)提供了有力的石油工程技術(shù)保障支撐。

1）復(fù)雜巖性地層高效破巖鉆井提速提效技術(shù)。針對致密油氣藏儲層非均質(zhì)強，研磨性地層與塑性地層交互分布，地層承壓能力低、易漏、易塌，軌跡調(diào)整頻繁等問題，研制了錐形齒、脊形齒、三棱齒PDC 鉆頭，以及水力振蕩器、變徑穩(wěn)定器、井下分流裝置等輔助提效工具，實現(xiàn)了鉆井提速提效，提高了機械鉆速，縮短了鉆井周期。2021 年，鄂北地區(qū)平均機械鉆速提高9.2%，平均鉆井周期縮短8.1%。

2）體積壓裂技術(shù)。優(yōu)化了體積壓裂工藝，形成了“多段分簇+一體化變黏滑溜水+多粒徑組合支撐劑+多級暫堵”儲層改造工藝技術(shù)[30]，增大了改造體積。多口井應(yīng)用該體積壓裂技術(shù)后增產(chǎn)效果明顯，其中DF502HF 井壓后無阻流量達24.6×104m3/d，XS201 井壓后無阻流量246.0×104m3/d，YL171 井壓后無阻流量101.0×104m3/d。

1.2.3 高酸性油氣藏工程技術(shù)

中國石化普光、川西龍門山等酸性油氣藏具有埋藏深、地層溫度和壓力高等特點[31–32]。同時，陸相地層巖性致密、研磨性強。針對以上挑戰(zhàn)，近年來，中國石化高研磨地層優(yōu)快鉆井技術(shù)等2 項鉆完井關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)取得了新進展。

1）高研磨地層優(yōu)快鉆井技術(shù)。針對須家河組、小塘子組厚度大（大于3000 m）、可鉆性差（可鉆性級值6.11～8.13）等難題，研制了高抗研磨性PDC 鉆頭及高效輔助破巖工具，形成了“個性化PDC 鉆頭+輔助工具”為核心的高研磨性地層提速提效綜合配套技術(shù)，大大縮短了鉆井周期，降低了建井成本，提速提效效果明顯。須家河組—小塘子組平均機械鉆速3.13 m/h，機械鉆速提高了92%，平均鉆井周期由124 d 縮短至78 d。

2）超深酸性氣藏防腐防竄固井技術(shù)。針對高壓氣層水泥環(huán)易氣竄的問題，采用活性二氧化硅微粒，通過特殊處理工藝與水混合形成的液硅作為防氣竄劑，結(jié)合顆粒級配理論優(yōu)選加重劑和高溫穩(wěn)定劑，研發(fā)了密度為1.85～2.15 kg/L 的液硅膠乳防竄水泥漿。該水泥漿抗溫達185 ℃，稠化時間可調(diào)，30～100 Bc 的過渡時間少于15 min，濾失量低于50 mL，析水量為0 mL，上下密度差小于0.03 kg/L，流動度20～22 cm，水泥石48 h 抗壓強度大于14 MPa，彈性模量控制在8～10 GPa，能夠有效填充水泥石微裂隙，補償水泥石收縮，消除水泥環(huán)與套管間的微環(huán)隙，提高長期防竄能力，改善水泥石力學(xué)性能，有利于長期封固質(zhì)量。該技術(shù)在49 口井的酸性氣產(chǎn)層進行了應(yīng)用，固井質(zhì)量優(yōu)良率由69.4% 提至85.7%，防竄成功率100%。

1.2.4 灘淺海及海洋工程技術(shù)

面對灘淺海油區(qū)復(fù)雜的灘涂和水動力環(huán)境以及地質(zhì)條件，根據(jù)灘淺海大斜度密集叢式井鉆井技術(shù)方面的需求，在超小井間距井眼軌跡控制技術(shù)和海上油水井綜合作業(yè)技術(shù)實現(xiàn)了突破，支撐了勝利灘淺海油田的高效開發(fā)。

1）超小井間距井眼軌跡控制技術(shù)?；谧罱嚯x掃描方法和誤差橢圓分析模型，完善了軌跡誤差分析方法，能夠更加準確地分析井間交碰的風(fēng)險，提高密集叢式井施工的防碰成功率。針對密集叢式井造斜點優(yōu)化范圍窄、防碰難度大的問題，研發(fā)出振動測距、磁測距防碰系統(tǒng)，形成基于振動、磁信號分析的三維繞障防碰技術(shù)，降低了密集叢式井的鉆進交碰風(fēng)險。形成的超小井間距軌跡控制技術(shù)在勝利灘淺海大規(guī)模推廣應(yīng)用，為井間距1.50 m 條件下的精準軌跡控制提供了技術(shù)支撐。

2）海上油水井井下作業(yè)技術(shù)。針對海上油水井作業(yè)技術(shù)中的難題，形成了海上壓裂防砂技術(shù)，年防砂60 余井次，施工成功率100%，2021 年ZH26井創(chuàng)中國石化海上壓裂泵壓最高紀錄（60 MPa）；研制了水力割刀，形成了海上棄置技術(shù)，累計施工89 井次，成功率100%，其中SH8 等井實現(xiàn)了一次切割雙層套管；研制了永久式封隔器，形成了高壓投產(chǎn)完井技術(shù)，施工22 井次，成功率100%。

1.2.5 難動用儲量開發(fā)工程技術(shù)

針對川西新場—合興場難動用氣藏有效開發(fā)難題，克服了裂縫識別難度大、地質(zhì)特征復(fù)雜和壓裂改造效果不明顯等難題，開展了油氣藏評價、優(yōu)快鉆井和儲層改造等攻關(guān)研究，形成了難動用儲量區(qū)塊系列工程技術(shù)。

1）油氣藏評價技術(shù)。創(chuàng)新形成了斷褶裂縫性等多種類型“甜點”刻畫關(guān)鍵技術(shù)，提高了甜點的預(yù)測和描述能力，解決了儲層有利區(qū)評價不精確和井位部署難度大的問題。建立了基于甜點類型的鉆井部署模式，形成了“一控（控標志層）+二優(yōu)（優(yōu)化靶點、優(yōu)化測試層段）”鉆井地質(zhì)工程一體化跟蹤技術(shù)流程，實現(xiàn)了重點層系精準卡層、井眼軌跡實時優(yōu)化，X8-3 井、XS101-1 等井實現(xiàn)了一井溝通多層裂縫體，助推少井高產(chǎn)。

2）優(yōu)快鉆井技術(shù)。以地質(zhì)力學(xué)模型為基礎(chǔ)，研發(fā)了一套鉆井?dāng)?shù)據(jù)集成及分析系統(tǒng)，實現(xiàn)了鉆井風(fēng)險預(yù)測、鉆具組合優(yōu)化、鉆井參數(shù)實時優(yōu)化等功能，有效降低了鉆井復(fù)雜時效，提高了機械鉆速。相關(guān)技術(shù)在川西地區(qū)多口致密氣井開展應(yīng)用，通過三輪次技術(shù)迭代，平均鉆井周期從185.06 d 縮短至126.32 d，降幅達31.7%。

3）儲層改造技術(shù)。針對儲層致密、地層破裂壓力高、壓開難度大、儲層特征差異顯著等難題，形成了以“橋塞分段、前置酸降破、大排量、超高壓、大液量、低中砂比連續(xù)加砂”為主的體積壓裂技術(shù)，有力推動了難動用儲量的動用，投產(chǎn)井產(chǎn)量大幅提升。其中，XS201 井測試無阻流量246×104m3/d，為川西須二氣藏20 年來最高產(chǎn)量井。

1.3 鉆井測控測試技術(shù)迭代升級

1.3.1 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向技術(shù)

突破了大推靠力高精度動態(tài)測量與矢量控制技術(shù)、高可靠長壽命系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和耐高溫電路等9 大核心技術(shù)，導(dǎo)向頭機械部件、測控電路等關(guān)鍵部件均已實現(xiàn)了產(chǎn)品定型，成功研制了經(jīng)緯領(lǐng)航旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)，建立了包括多模塊集成的旋轉(zhuǎn)地質(zhì)導(dǎo)向系統(tǒng)、新型地面數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)、地質(zhì)導(dǎo)向軟件在內(nèi)的一體化應(yīng)用系統(tǒng)。該技術(shù)現(xiàn)場應(yīng)用65 口井，累計進尺4.03×104m，一趟鉆連續(xù)無故障最長工作時間達276 h。

1.3.2 高溫高壓測井技術(shù)

為滿足“深地、深海”勘探開發(fā)需要，針對超高的井筒環(huán)境溫度和壓力，研制了200 ℃/175 MPa高溫高壓（?92 mm）測井儀器和200 ℃/206 MPa 高溫高壓（?92 mm）直推存儲式測井儀，提高了測井儀在高溫條件下的穩(wěn)定性及作業(yè)時間。新疆等地區(qū)應(yīng)用超過50 口井，其中TS5 井應(yīng)用溫度超過180 ℃，Z10 井應(yīng)用壓力達到175 MPa。

1.3.3 抗185 ℃高溫MWD

針對順南、順北、川西等超高溫、超高壓深層油氣藏，突破了高溫測控電路和高壓機械結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)，研制了脈沖器、傳感器等關(guān)鍵部件，具有先進高效的組合編碼系統(tǒng)。西北、西南、勝利等工區(qū)深井超深井應(yīng)用抗185 ℃ 高溫 MWD 提速提效顯著，其中順南蓬1 側(cè)井，抗185 ℃ 高溫 MWD 入井5 次，總進尺666 m，總?cè)刖畷r間449.5 h，循環(huán)時間179.5 h，實測最高溫度183 ℃，最高振動加速度106.2g，設(shè)計鉆井周期61.0 d，實際鉆井周期32.56 d。

1.3.4 高效參數(shù)鉆井技術(shù)

基于不同區(qū)塊的地層巖石力學(xué)特征，建立了破巖效能計算模型，在此基礎(chǔ)上有針對性地優(yōu)選高性能鉆頭和大扭矩螺桿，配套升級地面裝配，采用“精準鉆壓、精準轉(zhuǎn)速、精準排量”實現(xiàn)鉆井參數(shù)的高效化。涪陵、威榮等多個區(qū)塊應(yīng)用了高效參數(shù)鉆井技術(shù)，大幅提高了機械鉆速。其中，涪陵區(qū)塊二開和三開的平均機械鉆速分別為17.80 和17.20 m/h，與應(yīng)用該技術(shù)前相比，分別提高了31%和36%。

1.3.5 連續(xù)油管光電測試技術(shù)

研制了井下光電轉(zhuǎn)換工具，解決了溫度及聲波干擾、各段產(chǎn)氣貢獻評價和井下復(fù)雜情況成像等難題，形成了DTS、DAS 和井下電視等3 項特色技術(shù)。光纖耐溫175 ℃、耐壓70 MPa，DAS 聲波測量范圍5～20 kHz、測量精度±1%，DTS 溫度測量范圍?30～350 ℃、測量精度0.1 ℃。其中，分布式光纖測試技術(shù)應(yīng)用18 口井，效果良好。井下電視技術(shù)實現(xiàn)照明控制127 級調(diào)節(jié)，應(yīng)用10 余井次，能夠為套管破損、落魚打撈和障礙識別等復(fù)雜情況處理提供直觀的判斷依據(jù)。

1.3.6 高壓低滲深層油氣藏測試技術(shù)

針對目的層埋藏深、壓力高等難題，研制了井下關(guān)井閥，形成了多種射孔測試聯(lián)作技術(shù)，具有兩閥一封、多次開關(guān)井等功能，滿足 ?139.7 mm 套管（內(nèi)徑115.0 mm）測試要求，能夠準確預(yù)測地層出砂、瀝青質(zhì)析出壓力，合理控制生產(chǎn)壓差，避免堵塞和砂卡管柱。新疆多口井應(yīng)用了該技術(shù)，成功率達到100%。其中，Z10 井測試深度達7660.20 m，YJ11 井地層壓力達133.2 MPa。

1.3.7 石油工程數(shù)字化技術(shù)

基于云計算、大數(shù)據(jù)、微服務(wù)架構(gòu)、數(shù)字孿生等技術(shù)，集成中國石化勘探開發(fā)業(yè)務(wù)協(xié)同平臺（EPBP）數(shù)據(jù)，融合油藏地質(zhì)、地震、井筒（鉆井、測井、錄井、試油氣、特種作業(yè)）等多源信息，研發(fā)了石油工程一體化云平臺（SICP），以井筒為核心，建設(shè)了現(xiàn)場決策指揮中心，通過地質(zhì)力學(xué)建模、鉆頭選型和鉆井參數(shù)模擬等計算分析重點井段工況和施工風(fēng)險，提高了施工方案的貼合度和可執(zhí)行性；利用數(shù)字孿生和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，搭建鉆井及壓裂工藝工況數(shù)字孿生系統(tǒng)，數(shù)字化重構(gòu)施工現(xiàn)場，實現(xiàn)物理環(huán)境的數(shù)字化、可視化和透明化，結(jié)合井場地面、地下實時數(shù)據(jù)和鄰井大數(shù)據(jù)分析，全方位掌握現(xiàn)場工程概況，監(jiān)控現(xiàn)場施工活動，為多專業(yè)研判提供技術(shù)支撐，助推現(xiàn)場作業(yè)和工程技術(shù)升級變革。

2 面臨的問題與挑戰(zhàn)

非常規(guī)、深層特深層等油氣資源已經(jīng)成為中國石化重要的產(chǎn)能建設(shè)基地，面對高溫、高壓、低滲和低產(chǎn)油氣資源，傳統(tǒng)工程技術(shù)已經(jīng)不能夠滿足效益開發(fā)的需求[33–37]，需要通過工程技術(shù)迭代升級和“顛覆性技術(shù)”突破，大幅度提高鉆井速度和單井產(chǎn)量，才能實現(xiàn)油氣資源的高效開發(fā)[38–42]。

2.1 鉆完井領(lǐng)域

深部地層復(fù)雜，巖石可鉆性差、破巖效率低，鉆頭和提速提效工具適應(yīng)性差，機械鉆速低，準噶爾山前構(gòu)造帶火成巖平均機械鉆速不足1.00 m/h；水基鉆井液耐高溫穩(wěn)定性差；井下工具儀器耐溫低，使用壽命短，不能滿足一趟鉆的要求；5000 m 以上水平段施工延伸能力不足；井漏頻繁且差異性大，現(xiàn)有堵漏技術(shù)無法徹底解決，復(fù)漏頻發(fā)；復(fù)雜地層壓力井段的裸眼封堵技術(shù)儲備不足；高級別分支井完井技術(shù)缺乏，分支井完井技術(shù)可靠性有待進一步提升；鉆井自動化處于起步階段，鉆井智能化仍處于探索階段。

2.2 測錄井領(lǐng)域

深井特深井超高溫、超高壓施工條件下測井儀器可靠性仍有待提高；深井特深井壓力系統(tǒng)復(fù)雜，對于裸眼段長、井漏、溢流等井控安全風(fēng)險較高的井，壓力預(yù)監(jiān)測的精準度較差，早發(fā)現(xiàn)、早控制的能力還不足。復(fù)雜儲層非均質(zhì)性強、儲層物性差、油水層電性差異不明顯，縫洞、致密等復(fù)雜儲層定量評價困難，甜點解釋評價難度大；構(gòu)造起伏較大、薄儲層等條件下的隨鉆導(dǎo)向技術(shù)水平仍有待提升。

2.3 井下作業(yè)領(lǐng)域

井下工具抗高溫、高壓、酸性氣體、化學(xué)腐蝕能力不足；連續(xù)油管打撈、側(cè)鉆等高端修井作業(yè)，配套工具不能滿足需求；頁巖油CO2壓裂增產(chǎn)機理有待進一步研究。

3 石油工程技術(shù)發(fā)展展望

將來，中國石化應(yīng)圍繞深層特深層、頁巖油等領(lǐng)域的地質(zhì)特點及工程難題，突破高溫高壓隨鉆測量儀器、高造斜率旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)等一批制約油氣勘探開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)和裝備；應(yīng)注重新材料、綠色低碳技術(shù)的應(yīng)用，引入知識圖譜、機器學(xué)習(xí)等技術(shù)，提升石油工程信息與決策支持水平，形成更加成熟的、專業(yè)化水平更高的石油工程技術(shù)體系；“十四五”期間，應(yīng)持續(xù)開展10000 m 特深井、5000 m 長水平段鉆井和單井50 段壓裂施工技術(shù)攻關(guān)。

3.1 鉆完井領(lǐng)域

1）超深復(fù)雜地層鉆井提速技術(shù)。重點開展破巖新理論研究，配套研發(fā)孕鑲PDC 鉆頭、切深自調(diào)節(jié)PDC 鉆頭、智能參數(shù)采集PDC 鉆頭、長壽命PDC 鉆頭、全金屬螺桿鉆具及井底脈沖降壓工具等鉆井提速工具，解決深部堅硬地層機械鉆速慢的難題。

2）安全鉆井技術(shù)。開展防漏堵漏新技術(shù)（雙壁鉆桿、膨脹管技術(shù)、新型堵漏材料）、井壁穩(wěn)定（破碎帶、斷裂帶）技術(shù)研究，開發(fā)鉆井復(fù)雜故障預(yù)警軟件系統(tǒng)、井眼巖屑濃度分析軟件。

3）高性能井筒工作液。開展破碎地層防塌技術(shù)、裂縫性地層承壓堵漏技術(shù)研究，開發(fā)抗高溫井壁穩(wěn)定鉆井液體系、抗高溫隨鉆封堵固壁關(guān)鍵處理劑，保證井筒完整性。

4）高端井下工具儀器。研制抗溫200 ℃隨鉆測量儀器、高造斜率旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向、抗溫200 ℃大扭矩長壽命小尺寸螺桿鉆具和高級別分支井鉆完工具，提高工具性能，延長其使用壽命。

5）自動化數(shù)字化鉆井技術(shù)。研發(fā)新型自動化鉆機等鉆井裝備，鉆井參數(shù)優(yōu)化、扭矩控制等分析軟件，鉆機智能控制系統(tǒng)、井筒數(shù)字孿生系統(tǒng)和井下信息高速傳輸系統(tǒng)，提升鉆機自動化程度和鉆井決策分析能力。

3.2 測錄井領(lǐng)域

1）高溫高壓測井技術(shù)。針對西南、西北、東部老區(qū)等深層油氣資源和地?zé)嵝履茉吹牡貙有畔⒉杉y題，攻關(guān)260 ℃/206 MPa 超高溫高壓測井技術(shù)、200 ℃/172 MPa 高溫微電阻率掃描成像與偶極橫波遠探測井技術(shù)、200 ℃/206 MPa 高溫陣列聲波和陣列感應(yīng)測井技術(shù)、高溫高壓生產(chǎn)井測井技術(shù)、高溫高壓射孔技術(shù)和超深穿透射孔技術(shù)等9 項技術(shù)，形成多尺度、多系列高溫高壓測井技術(shù)，為深部油氣勘探開發(fā)提供技術(shù)支撐。

2）復(fù)雜結(jié)構(gòu)井測井技術(shù)。針對分支井、大斜度井和水平井等復(fù)雜結(jié)構(gòu)井測井難題，攻關(guān)230 ℃/206 MPa 雙模式系列測井技術(shù)、通測一體化技術(shù)、直推存儲式成像測井技術(shù)和模塊化泵送橋塞射孔技術(shù)等4 項技術(shù)，提升復(fù)雜油氣井、頁巖油氣井等的測井能力和時效。

3）精細測井技術(shù)。針對復(fù)雜儲層采集、高含水測井、流體精細識別和地層參數(shù)實時監(jiān)測等難題，攻關(guān)三分量感應(yīng)測井技術(shù)、聲波遠場三維成像測井技術(shù)、高頻陣列介電測井技術(shù)、多功能超聲成像測井技術(shù)、過套管測井技術(shù)、大顆粒旋轉(zhuǎn)井壁取心技術(shù)、綠色測井技術(shù)、光纖測井技術(shù)和頁巖油儲層射孔優(yōu)化技術(shù)等9 項技術(shù)，提升測井精度及采集能力。

4）測錄井一體化技術(shù)。針對深部復(fù)雜儲層及頁巖油氣藏精細評價、鉆井過程井筒風(fēng)險監(jiān)測和多專業(yè)融合評價等難題，攻關(guān)深部碳酸鹽巖測錄井評價技術(shù)、致密碎屑巖測錄井評價技術(shù)、火成巖測錄井評價技術(shù)、頁巖氣測錄井評價技術(shù)、陸相頁巖油測錄井評價技術(shù)、早期井涌井漏監(jiān)測技術(shù)、隨鉆地層壓力預(yù)監(jiān)測技術(shù)、透明儲層測錄井綜合評價技術(shù)、測錄井一體化遠程決策技術(shù)和井場智能測錄井技術(shù)等10 項技術(shù)，提高測錄井精細評價及一體化協(xié)同聯(lián)作能力。

3.3 井下作業(yè)領(lǐng)域

1）油氣測試技術(shù)。針對高溫、高壓、高酸性氣井以及水平井、大斜度井等復(fù)雜測試環(huán)境，攻關(guān)連續(xù)油管快速試油氣技術(shù)、特殊儲層油氣完井測試技術(shù)、高溫高壓井試油氣測試和解釋技術(shù)、水平井及大斜度井測試關(guān)鍵技術(shù)和不分離地面多相流量監(jiān)測配套技術(shù)等5 項技術(shù)，提高油氣測試施工的安全性和準確性。

2）儲層改造關(guān)鍵技術(shù)。針對特殊性儲層改造難度大、施工風(fēng)險高、效果不理想和成本高等問題，攻關(guān)頁巖氣水平井重復(fù)壓裂技術(shù)、砂礫巖與火成巖及致密砂巖等特殊儲層壓裂改造技術(shù)、無水壓裂技術(shù)、直井及定向井細分壓裂技術(shù)、高性能壓裂液及支撐劑研制、乳液型連續(xù)混配壓裂液體系、高溫油氣藏大型酸壓技術(shù)、海上低滲特低滲油氣藏大型壓裂技術(shù)和水平井多級分段壓裂工具研制等9 項技術(shù)，形成不同儲層、不同井型的改造技術(shù)系列。

3）復(fù)雜井修井側(cè)鉆技術(shù)。針對水平井修井、小尺寸井眼修井、7000 m 以上特深井大修、淺層稠油熱采井套損治理和套管內(nèi)開窗側(cè)鉆等復(fù)雜井修井側(cè)鉆存在的施工難度大、風(fēng)險高等難題，攻關(guān)水平井打撈及套管修復(fù)技術(shù)、修井專家支持診斷系統(tǒng)、深層套漏井免修投產(chǎn)技術(shù)、廢棄井安全棄置關(guān)鍵技術(shù)、深井小井眼側(cè)鉆技術(shù)、套管內(nèi)開窗側(cè)鉆小尺寸井眼鉆井液技術(shù)、超深等復(fù)雜井修井技術(shù)、硬管水射流徑向鉆孔技術(shù)和特殊高效修井工具及修井液等9 項技術(shù)研發(fā)，提高復(fù)雜井修井質(zhì)量和施工效率。

4）連續(xù)油管作業(yè)技術(shù)。針對頁巖氣水平井水平段增長、井筒高溫高壓及低壓漏失等復(fù)雜井筒條件和連續(xù)油管低成本側(cè)鉆等技術(shù)需求，攻關(guān)連續(xù)油管水平段延伸技術(shù)、高溫高壓井安全作業(yè)技術(shù)、含硫水平井安全作業(yè)技術(shù)、低壓漏失井鉆塞技術(shù)、連續(xù)油管電潛泵快速排液試氣技術(shù)、連續(xù)油管光電測試技術(shù)、老區(qū)低成本快速作業(yè)技術(shù)和連續(xù)油管低成本側(cè)鉆技術(shù)等8 項技術(shù)，拓展連續(xù)油管在頁巖氣井生產(chǎn)后期、老油區(qū)、超深井等條件下的應(yīng)用范圍，提高連續(xù)油管在復(fù)雜井筒條件下的作業(yè)效率、安全性和智能化水平。

3.4 地?zé)帷⑻烊粴馑衔锏刃履茉搭I(lǐng)域

1）干熱巖開發(fā)技術(shù)。針對干熱巖地層硬度大、溫度高等難點，攻關(guān)干熱高效破巖技術(shù)、抗高溫低成本鉆井液、耐溫長效固井水泥漿、抗高溫干熱巖測井解釋技術(shù)和干熱巖儲層壓裂改造與評價技術(shù)，形成干熱巖經(jīng)濟高效開發(fā)配套技術(shù)。

2）天然氣水合物開發(fā)技術(shù)。攻關(guān)天然氣水合物鉆完井安全控制技術(shù)、天然氣水合物船載在線檢測技術(shù)、試采配套測井及鉆完井技術(shù)和開采環(huán)境效應(yīng)監(jiān)測與評價技術(shù)，突破天然氣水合物開采的理論、鉆采、環(huán)境監(jiān)測評價等關(guān)鍵技術(shù)和工藝，形成南海天然氣水合物試驗性鉆采能力。

4 結(jié)束語

近年來，中國石化石油工程技術(shù)不斷迭代升級，持續(xù)推動在9000 m 特深層、頁巖油等油氣勘探開發(fā)領(lǐng)域不斷實現(xiàn)新的突破，有效支撐了中國石化增儲上產(chǎn)目標的實現(xiàn)。未來，中國石化應(yīng)緊盯勘探開發(fā)需求，聚焦傳統(tǒng)工程技術(shù)瓶頸問題，瞄準世界科技前沿，在加快攻關(guān)突破油氣勘探開發(fā)領(lǐng)域關(guān)鍵核心技術(shù)的同時，加快潔凈能源等方面的研發(fā)，打造石油工程技術(shù)進步和科技創(chuàng)新的策源地。