自古創(chuàng)新多艱辛 不忘初心砥礪行
——記中國石化集團石油工程領(lǐng)域首席專家、石油工程技術(shù)研究院副院長曾義金

劉 佳

當今世界，大國博弈從某種程度上來講就是能源博弈。

作為世界上最大的發(fā)展中國家,中國是一個能源生產(chǎn)和消費大國，但因為供需矛盾越來越突出，我們對外依存度在年年攀升——2019年，我國石油對外依存度達到了70.8%，天然氣對外依存度達到了43%。扭轉(zhuǎn)這種被動局面，已經(jīng)是箭在弦上，不得不發(fā)。

為此，國家提出要大力提升國內(nèi)油氣勘探開發(fā)力度，以保障國家能源安全。但我國油氣資源主要集中在深層或多是非常規(guī)資源，資源品位差，地質(zhì)條件復(fù)雜。提升我國鉆完井工程技術(shù)成為必由之路。

經(jīng)過多年科研攻關(guān)，我國鉆完井技術(shù)取得了重大進步，實現(xiàn)了關(guān)鍵技術(shù)裝備的國產(chǎn)化，形成了較為完善的技術(shù)體系，基本滿足了我國油氣勘探開發(fā)需求。但一些關(guān)鍵核心技術(shù)依然存在短板，技術(shù)裝備還受制于人，突破那些“卡脖子”短板位置的鉆完井關(guān)鍵核心技術(shù)，對打破國外封鎖、支撐油氣勘探開發(fā)、引領(lǐng)未來技術(shù)發(fā)展具有重要意義。

肩負使命，勇敢向前。手握“創(chuàng)新”這把提升我國油氣工程技術(shù)水平的“金鑰匙”，中國石化集團石油工程首席專家、石油工程技術(shù)研究院副院長曾義金和他帶領(lǐng)的團隊這些年來長期致力于復(fù)雜深層鉆井理論研究和關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)與工業(yè)化應(yīng)用，為提升我國油氣工程技術(shù)核心競爭力、復(fù)雜深層油氣高效勘探開發(fā)水平做出了一系列可圈可點的卓越貢獻。

曾義金（中）在現(xiàn)場的工作照

鉆出一片“深”天地

中國的油氣資源豐富，但地質(zhì)條件十分復(fù)雜且開發(fā)成本高。隨著中淺層油氣勘探程度的提高以及方法技術(shù)的進步，油氣勘探向深層領(lǐng)域延伸已成必然。深層油氣資源的接替直接關(guān)系到我國能源保障能力的提高。

我國深層油氣資源豐富，陸上39%的剩余石油資源和57%的剩余天然氣資源分布在深層，但它們的探明率較低，分別僅為12%和6.3%，所以深層油氣資源是我國增儲上產(chǎn)的重要領(lǐng)域。

國際上把井深超過4500米的井稱為深井，超過6000米的井為超深井，超過9000米的井為特深井。深井超深井鉆井技術(shù)是一個國家鉆井水平的重要標志。

雖然意義重大，但對我們國家來說，要挺進地下深處，談何容易。深井超深井鉆井到底有多難？對此，曾義金有著深刻的體會：“我國深層油氣埋藏的地質(zhì)環(huán)境極端復(fù)雜，高溫、高壓、高應(yīng)力，普遍存在鹽膏層、巖石堅硬、縫洞發(fā)育等，由于各種復(fù)雜因素共存、疊加影響，鉆井中容易引起‘涌、漏、塌、卡、斜’等復(fù)雜事件，鉆井速度慢、鉆井周期長、作業(yè)成本高，因此，深井超深井鉆井是行業(yè)內(nèi)公認的世界級難題?！?/p>

明知山有虎，偏向虎山行。雖然面對的是世界級難題，曾義金和他所在的團隊并沒有想過要放棄——從“九五”計劃開始實施起，依托國家重點基金、原國家“863”、重大專項等項目課題，他們以四川和塔里木盆地為對象，將研究重點聚焦在深井超深井鉆井關(guān)鍵技術(shù)與裝置的提升與研發(fā)上，著力“提速、提效、提產(chǎn)”發(fā)起了持續(xù)攻關(guān)。“提速就是破解巖石高效破碎的原理與方法，提高地層鉆井速度，延長一趟鉆的鉆井時間；提效就是降低井下復(fù)雜時效，保障井筒穩(wěn)定，不噴、不漏、不塌；提產(chǎn)就是井眼穿行甜點區(qū)，延長水平井長度，溝通有效儲層，提高單井產(chǎn)量?！睉{借清晰的思路、目標和方向，多年埋首耕耘，曾義金及其團隊收獲了碩果滿園。

針對提速，他們通過大量的室內(nèi)研究和現(xiàn)場大數(shù)據(jù)分析，找到了鉆速慢的原因，并提出了高效破巖新機制，創(chuàng)制了高溫高壓下新鉆頭和提速新工具，構(gòu)建了深井提速技術(shù)。應(yīng)用新技術(shù)后，破巖效率、工具壽命和性能顯著增加，深井鉆井速度提高35%～56%。

針對提效，他們心知解決地層、井筒失穩(wěn)問題是高效成井的關(guān)鍵，這個問題在深井超深井鉆井中非常突出。為此從解決機理入手，他們提出了裂縫、破碎地層和鹽膏層控制方法，開發(fā)了新型堵漏新體系和鉆井液體系，構(gòu)建了鹽膏層套管設(shè)計及復(fù)雜地層井眼穩(wěn)定關(guān)鍵技術(shù)。相關(guān)技術(shù)應(yīng)用使一次性堵漏成功率由32%提高到84.5%，復(fù)雜失效由23%降到4%～8%，井下無卡鉆、套管無損壞。

針對提產(chǎn)，他們研制了軌跡測量高溫儀器、定向鉆頭、定點酸壓工具，開發(fā)了環(huán)保型低摩阻鉆井液、耐高溫酸液，形成了超深水平井隨鉆精準鉆井和高效開發(fā)技術(shù)。他們還創(chuàng)新技術(shù)助力深層油氣開發(fā)，使得水平井中靶率達到了100%，水平段延伸能力提高了60%，有效儲層鉆遇率達到91%，顯著提高了油氣產(chǎn)量。2020年5月1日中央電視臺報道的塔里木盆地高產(chǎn)發(fā)現(xiàn)的日產(chǎn)油450多方的順北71X井就應(yīng)用了相關(guān)技術(shù)。

曾義金還組織研發(fā)了高溫高壓環(huán)境下鉆井液、水泥漿等配套技術(shù)與工具。技術(shù)創(chuàng)新使鉆井周期縮短近50%，成本降低35%以上。支撐了元壩、塔河、順北等我國超深層大型油氣田的勘探開發(fā)。技術(shù)進步使過去鉆不成的井變成能鉆成，沒效益的儲層變成了高效油氣區(qū)，鉆成了塔深1、川深1、順北鷹1井等30余口井深超8000m的高難度井，多次刷新亞洲直井和世界超深水平井最深紀錄，使我國深井超深井鉆井技術(shù)走在了世界的前列。

揭開非常規(guī)油氣“面紗”

21世紀初，北美頁巖氣革命成功改變了世界地緣油氣格局，也深刻地影響了我國。頁巖氣作為一種非常規(guī)清潔能源，在我國也成為勘探開發(fā)的熱點，同時也開拓了鉆完井技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展的新途徑。

“頁巖氣高效開發(fā)依賴于水平井鉆井和分段壓裂技術(shù)進步，由于我國地面、地下條件的復(fù)雜性，北美頁巖氣工程技術(shù)不能復(fù)制，必須建立適合我國的自主化工程技術(shù)?！痹x金說。與北美頁巖氣區(qū)相比，我國頁巖氣主要集中在四川盆地及周緣，地處山區(qū)，埋藏更深，受多期次強烈的造山構(gòu)造運動影響，主力儲層傾角大、有效層位薄，地質(zhì)條件更復(fù)雜，鉆完井工程面臨著一系列技術(shù)挑戰(zhàn)。曾義金作為中國石化工程技術(shù)領(lǐng)域帶頭人，沖在前頭，承擔起帶領(lǐng)團隊用創(chuàng)新攻克系列難關(guān)的重任。

“頁巖氣開發(fā)工程技術(shù)對我們來說是全新、空白的領(lǐng)域，在開發(fā)初期，關(guān)鍵技術(shù)主要依靠國外，成本高不說，效果還差。舉步維艱讓我們意識到只有依靠自己創(chuàng)新技術(shù)來開發(fā)才會有效益可言?！痹x金說。從2010年開始，他帶領(lǐng)團隊從學(xué)習(xí)北美技術(shù)入手，針對涪陵頁巖氣特點開展關(guān)鍵技術(shù)研究。為了更好、更快地發(fā)展技術(shù)，他每個星期都要組織團隊召開研討會，明確技術(shù)方向，解決關(guān)鍵難題。同時和中科院武漢巖土所、中國石油大學(xué)、A&M大學(xué)、油田企業(yè)等密切合作，形成產(chǎn)學(xué)研多學(xué)科研發(fā)機制。通過不斷研究與實踐，在國內(nèi)率先實現(xiàn)了頁巖氣自主化開發(fā)工程技術(shù)系列，已授權(quán)發(fā)明專利100余件。

春播一粒粟，秋收萬顆子。針對水平井鉆井，曾義金及其團隊建立了適合我國儲層特性的開發(fā)工程關(guān)鍵技術(shù)理論，形成了地質(zhì)工程一體化設(shè)計技術(shù)，開發(fā)智能化實時精準導(dǎo)航技術(shù)，研制了高性能鉆井液等，構(gòu)建了“山地”井工廠水平井優(yōu)快鉆井技術(shù)，使得鉆井周期由百余天降到45～60天，有效儲層鉆遇率達95%；針對分段壓裂，他們研究了裂縫形成規(guī)律，研制了高減阻滑溜水體系及系列分段壓裂工具，形成了縫網(wǎng)壓裂控制方法；針對環(huán)空密封失效，他們還揭示了水泥石和套管損傷機理，提出了有限位移套管損壞機理，開發(fā)彈韌性水泥漿體系，制定了相應(yīng)的控制技術(shù)，使得井口帶壓井由85%降低到10%以內(nèi)，套損率降低了68.5%……當一個又一個自主創(chuàng)新的技術(shù)被開發(fā)出來，曾義金及其團隊在地層深處奏響了一曲來自中國石油人的自強之歌。

在實驗室指導(dǎo)工作

這一系列自主創(chuàng)新的技術(shù)支撐了我國第一口勘探突破井——焦頁1HF井的開發(fā)，為涪陵頁巖氣100億方產(chǎn)能建設(shè)提供了技術(shù)支撐，使我國成為繼美國之后第二個成功開發(fā)頁巖氣的國家，工程成本降低了35%以上。

“我國深層、常壓頁巖氣還沒有實現(xiàn)效益開發(fā)，陸相頁巖油氣才剛剛開始，還有很多難題需要攻關(guān)。可以充分地相信，我國非常規(guī)油氣開發(fā)工程技術(shù)會不斷完善?！彪m然研究取得累累碩果，但曾義金及其團隊并沒有因此停下腳步，轉(zhuǎn)身投入到新的戰(zhàn)斗中。

突破“卡脖子”短板技術(shù)

深井鉆井技術(shù)的競爭歸根結(jié)底是核心技術(shù)裝置的競爭。不可否認，我國深井鉆井技術(shù)雖然取得了長足的進步，但與國外先進水平相比還有不少的差距，許多方面受制于國外。

“上游的卡點主要在油氣工程領(lǐng)域，代表鉆井技術(shù)最高水平的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)、高溫高隨鉆測井測量儀器被國外公司所壟斷，它們處于’卡脖子’核心部位?！痹x金對造成這一局面的關(guān)鍵點有著清醒的認識。落后就要挨打，嚴峻的形勢讓他意識到，必須要立足于自主創(chuàng)新，打破壟斷，才能讓我國深井鉆井技術(shù)迎來新的春天。

“高端產(chǎn)品研發(fā)和成熟定性周期長，涉及知識的復(fù)雜性、嵌入性和技術(shù)訣竅”，曾義金說，“其重大技術(shù)突破的商用生態(tài)依賴性強，需要在實踐中不斷試錯和測試、完善，積累大量經(jīng)驗數(shù)據(jù)來持續(xù)提高性能”。根據(jù)這些認識，曾義金以問題、目標為導(dǎo)向，組織全院做好頂層設(shè)計，統(tǒng)一思想認識，堅持研發(fā)、生產(chǎn)、應(yīng)用一體化發(fā)展模式，取得了良好的效果。

面對核心技術(shù)被封鎖和文獻資料稀缺的處境，曾義金及其帶領(lǐng)的研發(fā)團隊沒有絲毫退縮，而是勇敢、堅定地開啟了自主創(chuàng)新的征程。他們選擇以高溫高壓隨鉆測井、隨鉆測量儀器作為突破口，對標國外最先進的技術(shù)，從一個個電子元件的篩選、一塊塊電路板設(shè)計入手，通過單元、模塊、連橋和模擬井的反復(fù)測試，經(jīng)過幾年時間的磨煉，最終使得產(chǎn)品技術(shù)室內(nèi)性能達標。

“但室內(nèi)達標只是第一步，大規(guī)模應(yīng)用才是目標，否則實驗室‘樣品’性能再高，也難以形成商業(yè)價值?！睅е夹g(shù)產(chǎn)品惠及應(yīng)用的夢想，他們和油田企業(yè)展開了密切的合作，對研發(fā)的產(chǎn)品不斷在現(xiàn)場油氣井中檢驗，通過多輪次的現(xiàn)場實驗，在大量的數(shù)據(jù)分析和發(fā)現(xiàn)問題的基礎(chǔ)上，不斷修正設(shè)計方案、改進材料和結(jié)構(gòu)、完善制造標準，最后達到工業(yè)化產(chǎn)品定型。

俗話說“十年磨一劍”，日積月累的堅持努力終于有了回報，曾義金及其團隊研制的隨鉆測井、測量儀器取得了重大突破。他們借鑒地面通訊基站原理，獨創(chuàng)了井下信號中繼技術(shù)，實現(xiàn)了電磁信號接力傳輸，在國內(nèi)外首創(chuàng)了中繼式雙信道井眼軌跡隨鉆測量系統(tǒng)，并實現(xiàn)了工業(yè)化應(yīng)用。儀器耐溫達到175°，解決了電磁波傳輸深度受限和空氣鉆井軌跡測量的難題。他們研發(fā)的“電磁波-泥漿脈沖”雙信道一體化傳輸平臺，使該測量系統(tǒng)可以“全天候”在井內(nèi)復(fù)雜流體中實現(xiàn)測量，比國外同類產(chǎn)品要先進；基于磁偶極子原理，研制的隨鉆電磁波伽馬、電阻率成像系統(tǒng)也開始規(guī)模化應(yīng)用，在涪陵頁巖氣、順北超深層水平井鉆井中發(fā)揮了作用，并不斷取代國外產(chǎn)品，有效儲層鉆遇率從64%提高到95%以上，顯著提高了鉆井效率和油氣產(chǎn)量，鉆井成本明顯降低。

科學(xué)探索永無止境，據(jù)了解，曾義金及其團隊正在研制的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)也進展順利，已經(jīng)完成了模擬井測試，正在進入現(xiàn)場試驗階段。對未來，曾義金充滿信心：“中華民族是勤勞的民族，外國人的封鎖，只能激發(fā)我們的愛國熱情和聰明才智，他們能做到的我們一定能做到，只要持之以恒，‘卡脖子’問題都能被解除?！?/p>

創(chuàng)新引領(lǐng)重大技術(shù)

近年來，在黨中央“建設(shè)世界科技強國”的號召下，中國石化確立了“兩個三年”和“兩個十年”發(fā)展目標。根據(jù)集團公司上游“穩(wěn)油增氣”戰(zhàn)略需求，中石化工程技術(shù)研究院按照技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略布局，正在制定“十四五”發(fā)展規(guī)劃，他們聚焦油氣工程基礎(chǔ)前沿和勘探開發(fā)主戰(zhàn)場，以補短板和關(guān)鍵技術(shù)的創(chuàng)新為突破口，大力攻關(guān)面向未來、關(guān)系長遠發(fā)展的“卡脖子”重大關(guān)鍵技術(shù)，支撐當前、引領(lǐng)未來。

正如中國工程院蘇義腦院士所說，鉆井技術(shù)發(fā)展追求的目標是實現(xiàn)“更快、更便宜、更安全、更聰明”。中國石化未來國內(nèi)油氣重點領(lǐng)域仍然是深部和非常規(guī)油氣，要實現(xiàn)目標需求還面臨眾多的技術(shù)難題。為了應(yīng)對國際油價劇烈震蕩的影響，中國石化油氣及新能源板塊提出了“提質(zhì)、提速、提效、提產(chǎn)”工作部署及攻克高溫高壓隨鉆測控等關(guān)鍵技術(shù)，而曾義金作為中國石化石油工程領(lǐng)域首席專家，責任很重，壓力很大。但他仍堅定地表示，會按照集團的要求，責無旁貸地扛起重任，組織團隊集中精力攻關(guān)制約當前發(fā)展的高端技術(shù)，持續(xù)攻克“卡脖子”短板技術(shù)，以滿足復(fù)雜對象和復(fù)雜環(huán)境優(yōu)快鉆完井要求，實現(xiàn)低成本、油氣高效開發(fā)的目標。言語樸實，但也盡顯了他求真務(wù)實的科學(xué)素養(yǎng)。

持續(xù)組織重大關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)的同時，曾義金還帶領(lǐng)團隊對中國石化重點地區(qū)鉆完井技術(shù)開展了評價，希望找出問題癥結(jié)，明確攻關(guān)方向，對成熟技術(shù)進行固化，通過技術(shù)示范，以實現(xiàn)技術(shù)系列化、標準化、模塊化和降本增效、提升技術(shù)水平的目的。

物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能、智能材料等高新技術(shù)的快速發(fā)展，催生了新一輪科技及產(chǎn)業(yè)革命，也將曾義金和他帶領(lǐng)的團隊推向了風口浪尖?！坝蜌饧夹g(shù)正在進行第五次技術(shù)革命，智能化技術(shù)是重要的標志，智能化鉆完井技術(shù)將成為油氣增儲上產(chǎn)、降本增效的有效手段?！薄坝蜌夤こ碳夹g(shù)跨界融合不斷促進油氣工程技術(shù)升級換代，加速了油氣勘探開發(fā)的轉(zhuǎn)型升級，將產(chǎn)生新的重大技術(shù)和顛覆性技術(shù)?！毙乱惠喛萍几傎愐挥|即發(fā)，為搶占制高點，國外大公司都增大了技術(shù)投資，發(fā)展迅速。曾義金及其團隊也是揚鞭奮蹄、與時俱進。“第五次技術(shù)革命是我國追趕和引領(lǐng)的機遇期，要緊緊抓住，不要形成新的短板，甚至再次被人‘卡脖子’”，帶著這樣的想法，他承擔起中國石化智能化鉆完井技術(shù)項目研究，加快推進信息技術(shù)、人工智能、通信技術(shù)的融合，為最終實現(xiàn)井下-地面-遠程鉆完井自動化智能化閉環(huán)控制技術(shù)目標奮力拼搏。

當前，全球科技競爭不斷向基礎(chǔ)科學(xué)研究前移，基礎(chǔ)科學(xué)研究日益成為科技創(chuàng)新的核心動力。很早以前，曾義金及其團隊就意識到創(chuàng)新的重要性，“我國油氣工程技術(shù)原創(chuàng)性技術(shù)還不多，要充分發(fā)揮基礎(chǔ)研究對科技創(chuàng)新的源頭供給和引領(lǐng)作用?！痹x金說。多年來，他帶領(lǐng)團隊堅持將基礎(chǔ)研究作為重點關(guān)注的方向，聚焦油氣工程關(guān)鍵核心技術(shù)的解決，發(fā)動起相關(guān)領(lǐng)域眾多涉及其中的基礎(chǔ)學(xué)科，如信息、機械、電子、化學(xué)、材料領(lǐng)域的專家，發(fā)揮社會力量聯(lián)合攻關(guān)，眾人拾柴火焰高，取得了不錯的成績。

以中國工程院馬永生院士牽頭的勘探開發(fā)工程技術(shù)基礎(chǔ)研究聯(lián)合基金項目，聚集國內(nèi)相關(guān)人才資源開展攻關(guān)，其中包括鉆完井新理論和超高溫MWD與遠/前探測技術(shù)基礎(chǔ)。作為攻關(guān)核心成員，曾義金感到有壓力也充滿信心，他說，在馬院士的帶領(lǐng)下，通過這個項目的基礎(chǔ)研究，將會產(chǎn)生一些新的技術(shù)理論和方法，為“卡脖子”重大技術(shù)攻克和原始創(chuàng)新技術(shù)的重大突破提供戰(zhàn)略支撐。

“創(chuàng)新之路是艱辛的、寂寞的，甚至?xí)媾R失敗，但只要我們直面問題、迎難而上，一定能夠在國際競爭中實現(xiàn)超越?！睂ξ磥?，曾義金一如既往充滿信心，他說：“科學(xué)研究是我少時的夢想，我會不忘初心，在科技創(chuàng)新的大路上砥礪前行?！?/p>