中國陸上深井超深井鉆完井技術(shù)現(xiàn)狀及攻關(guān)建議

蘇義腦 路保平 劉巖生 周英操 劉修善 劉偉 臧艷彬

1. 中國石油集團(tuán)工程技術(shù)研究院有限公司；2. 中國石油化工股份有限公司石油工程技術(shù)研究院

0 引言

高效開發(fā)深層超深層油氣資源是實(shí)現(xiàn)中國能源接替戰(zhàn)略的重大需求，也是當(dāng)前和未來油氣勘探開發(fā)的重點(diǎn)和熱點(diǎn)。近年來，中國深井超深井鉆完井技術(shù)發(fā)展迅速，2019年鉆成井深為8 882 m的亞洲最深井，目前已基本形成陸上8 000 m油氣井的鉆完井技術(shù)體系，有力支撐了深層超深層油氣勘探開發(fā)。然而，深井超深井鉆完井安全風(fēng)險高、周期長等問題仍然存在，深層超深層油氣增儲上產(chǎn)、降本增效任務(wù)依然嚴(yán)峻。因此，必須持續(xù)創(chuàng)新深井超深井鉆完井技術(shù)，加速技術(shù)迭代，才能發(fā)揮好工程技術(shù)的支撐和保障作用。

油氣資源深埋于地下數(shù)千米乃至近萬米。在不同埋藏深度條件下，地層巖體的溫度、壓力、巖性及組分、孔隙流體及特性等不同。一般來說，埋藏深度越大，地質(zhì)條件越惡劣，鉆完井技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)也越高。按油氣藏的埋藏深度即鉆井垂深劃分為幾個層次，能大致地反映和衡量鉆完井技術(shù)難度。中國的國家標(biāo)準(zhǔn)是：4 500 m≤垂深＜6 000 m為深井，6 000 m≤垂深＜9 000 m為超深井，垂深≥9 000 m為特深井［1-3］。這與國際通行標(biāo)準(zhǔn)基本一致，只因單位制及數(shù)據(jù)換算而略有差異。對于水平井、大位移井等復(fù)雜結(jié)構(gòu)井，除垂深外還要考慮位垂比(水平位移與垂深之比)指標(biāo)，當(dāng)水平位移較大時位垂比往往更為重要。此外，分支井還需要考慮完井級別等指標(biāo)?？傊@些指標(biāo)主要是用于衡量鉆完井技術(shù)難度，不同情況使用的評價指標(biāo)及數(shù)量不同。就深井超深井而言，主要的評價指標(biāo)是垂深。

在全球范圍內(nèi)，深層油氣發(fā)現(xiàn)及產(chǎn)量不斷增加。從20世紀(jì)90年代到2000年以后，大型油氣田的年均發(fā)現(xiàn)數(shù)量從16個增加到33個，年均探明儲量從1.93×108t增加到13×108t。從2010年到2015年，深層石油產(chǎn)量從 1.21×108t增長到 1.5×108t，深層天然氣產(chǎn)量從1 054×108m3增長到1 400×108m3；全球發(fā)現(xiàn)埋深4 500～6 000 m的油氣藏1 290個，埋深6 000 m以上的187個，其中6 500 m以上的有55個［4-8］。

中國深層油氣資源豐富、潛力大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國深層超深層油氣資源達(dá)671×108t油當(dāng)量，占油氣資源總量的34%，有39%的剩余石油和57%的剩余天然氣資源分布在深層［9］。截至2018年底，中國累計(jì)發(fā)現(xiàn)深層油田21個，探明地質(zhì)儲量40.66×108t，產(chǎn)油5.66×108t，占總產(chǎn)量的8%；累計(jì)發(fā)現(xiàn)深層氣田14個，探明地質(zhì)儲量46 500×108m3，產(chǎn)氣4 351×108m3，占總產(chǎn)量的21%。加快深層超深層油氣勘探開發(fā)，已成為中國油氣接替戰(zhàn)略的重大需求［10-11］。

深井超深井面臨更為復(fù)雜的超高溫超高壓、堅(jiān)硬難鉆地層、多壓力體系及酸性流體等地質(zhì)條件，安全高效鉆完井更具挑戰(zhàn)性。只有不斷打造工程技術(shù)利器，才能發(fā)揮好工程技術(shù)的支撐和保障作用。

1 總體現(xiàn)狀

中國深井和超深井鉆井開始于20世紀(jì)60年代和70年代，到90年代末實(shí)現(xiàn)了規(guī)?；鰞ι袭a(chǎn)。1966年，在大慶油田鉆成第1口深井?松基6井，井深4 719 m。1976年，在西南油氣田鉆成第1口超深井?女基井，井深6 011 m。1978年，在川西北中壩構(gòu)造鉆成第1口超過7 000 m的超深井?關(guān)基井，井深7 175 m。自2000年以來，深井超深井鉆完井技術(shù)快速發(fā)展，不斷刷新井深紀(jì)錄。2006年，鉆成塔深1井，井深8 408 m。2016年，鉆成馬深1井，井深8 418 m。2017年，鉆成順北評2H井，井深8 433 m。2019年，鉆成順北鷹1井，井深8 588 m。2019年，鉆成亞洲最深井?輪探1井，井深達(dá)8 882 m。

中國陸上深井尤其是超深井主要分布在塔里木盆地和四川盆地，由中國石油和中國石化主導(dǎo)油氣勘探開發(fā)業(yè)務(wù)。從深井超深井?dāng)?shù)量上看，進(jìn)入“十二五”呈明顯上升趨勢，但受低油價影響2015年以后明顯減少。從深井超深井鉆井指標(biāo)上看，中國石油深井的平均井深為5 540 m左右，超深井的平均井深為6 748 m；平均鉆井周期逐年縮短，深井已不足105 d，超深井為125 d左右；平均機(jī)械鉆速逐年提高，2019年深井達(dá)到5.66 m/h，超深井達(dá)到4.64 m/h。截至2019年底，中國石化已完鉆7 000 m以上272口井、8 000 m以上33口井。深井超深井的鉆井周期顯著縮短，平均機(jī)械鉆速較2018年提高1倍左右。

2 面臨的挑戰(zhàn)

中國陸上深井超深井地質(zhì)條件復(fù)雜，鉆井安全風(fēng)險大、周期長。尤其是，塔里木盆地和四川盆地超高溫超高壓、多壓力體系、地層堅(jiān)硬及可鉆性差、富含酸性流體等問題共存，面臨一系列世界級的深井超深井鉆完井技術(shù)難題，安全優(yōu)質(zhì)高效鉆井最具挑戰(zhàn)性。

(1) 地質(zhì)條件復(fù)雜，鉆井時效低，安全風(fēng)險大。塔里木盆地地層古老，存在山前高陡構(gòu)造(地層傾角高達(dá) 87°)、斷裂破碎帶，發(fā)育復(fù)合鹽膏層 (厚達(dá)4 500 m)、巨厚泥頁巖、煤層、異常高壓鹽水層、縫洞型高壓油氣層等。四川盆地陸相地層膠結(jié)致密，須家河地層高壓、自流井地層易漏，海相地層發(fā)育高壓鹽水層，地層壓力高(壓力系數(shù)高達(dá)2.4以上)。單井復(fù)雜故障及處理時間高達(dá)470 d，甚至有些井未能鉆達(dá)地質(zhì)目標(biāo)。

(2) 深井超深井普遍存在超高溫、超高壓，鉆井儀器及工具、鉆井液及材料等面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。大慶徐家圍子地區(qū)古龍1井井底溫度高達(dá)253 ℃、地溫梯度高達(dá)4.1 ℃/(100 m)；順托1井鉆遇地層壓力達(dá)170.0 MPa。超高溫超高壓帶來的主要問題有：套管及水泥環(huán)封隔地層失效，致使環(huán)空帶壓；鉆完井工具及井下儀器等對耐溫耐壓能力要求高，故障率顯著上升，有些地區(qū)井下儀器的故障率曾高達(dá)60%；鉆井液處理劑及材料易失效，流變性及沉降穩(wěn)定性差，性能調(diào)控、井壁穩(wěn)定、防漏堵漏等難度大；水泥漿控制失水、調(diào)控漿稠化時間等困難，增大了固井施工難度及風(fēng)險。

(3) 地層壓力體系多，鉆井液密度窗口窄，井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和安全鉆井難度大。存在多套壓力系統(tǒng)，易漏失層、破碎帶、易垮塌、異常高壓等地質(zhì)條件復(fù)雜，必封點(diǎn)多，井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難度大；縫洞型儲層溢漏共存，溢漏規(guī)律尚待認(rèn)識，油氣侵及溢流發(fā)生快、早期特征不明顯，安全鉆井風(fēng)險高。

(4) 地層堅(jiān)硬可鉆性差，機(jī)械鉆速低，鉆井周期長。元壩地區(qū)上部陸相地層、西北地區(qū)麥蓋提等，地層硬度多為2 000～5 000 MPa，可鉆性級值為6～10級，有些地層的平均機(jī)械鉆速只有約1 m/h。二疊系火成巖漏失、志留系泥巖坍塌等，導(dǎo)致巖屑上返困難，蹩跳鉆、阻卡等現(xiàn)象嚴(yán)重。塔里木博孜礫石層巨厚 (達(dá) 5 500 m)，礫石含量高、粒徑大 (10～80 mm，最大340 mm)，巖石抗壓強(qiáng)度高(目的層180～240 MPa)、研磨性強(qiáng)(石英含量40%～60%)，致使常規(guī)PDC鉆頭進(jìn)尺少、壽命短，牙輪鉆頭機(jī)械鉆速低、蹩跳鉆嚴(yán)重。

(5) 地層富含酸性流體，對固完井及井筒完整性等要求高。深部碳酸鹽巖地層富含硫化氫、二氧化碳等高酸性流體，四川元壩地區(qū)儲層硫化氫含量為3.71%～6.87%、二氧化碳含量為3.33%～15.51%。高酸性環(huán)境對套管及固井工具性能、水泥環(huán)長期密封性、井筒完整性等都提出了更高要求。

3 工程技術(shù)新進(jìn)展

3.1 鉆井地質(zhì)環(huán)境因素描述與優(yōu)化鉆井技術(shù)

3.1.1 鉆井地質(zhì)環(huán)境因素描述技術(shù)

通過長期系統(tǒng)研究，揭示了關(guān)鍵作用機(jī)制與原理，發(fā)展了復(fù)雜地層鉆井地質(zhì)環(huán)境因素描述理論和方法，解決了傳統(tǒng)描述方法不系統(tǒng)、不連續(xù)、精度低、周期長等問題［12］。發(fā)明了基于流體聲速、成因貢獻(xiàn)和壓差響應(yīng)的高精度碳酸鹽巖孔隙壓力預(yù)測、監(jiān)測、檢測技術(shù)方法體系；提出了巖石力學(xué)參數(shù)動態(tài)變化規(guī)律表征、巖石可鉆性連續(xù)刻劃求取和研磨性評價方法，提出了基于測井資料的鉆井模型基礎(chǔ)數(shù)據(jù)求取技術(shù)；形成了低場核磁共振地層流體實(shí)時識別方法及鉆井地質(zhì)災(zāi)害量化預(yù)測技術(shù)，精度90%以上，較國際先進(jìn)水平提高10%～30%。實(shí)現(xiàn)了由傳統(tǒng)試驗(yàn)描述到綜合描述的跨越。

3.1.2 基于鉆井地質(zhì)環(huán)境因素的優(yōu)化鉆井技術(shù)

提出了“臨界井徑”概念和環(huán)空狀態(tài)表征方法，形成基于地層特性與環(huán)空狀態(tài)的流變與水力參數(shù)優(yōu)化技術(shù)［13］；結(jié)合新興數(shù)據(jù)科學(xué)技術(shù)和鉆井工程理論，將經(jīng)典理論與人工智能深度融合開展了鉆速預(yù)測與鉆井參數(shù)優(yōu)化研究；構(gòu)建了以成本最低為目標(biāo)、以安全鉆井為約束的鉆井技術(shù)適應(yīng)性量化評價技術(shù)。該項(xiàng)研究使機(jī)械鉆速提高20%～40%，復(fù)雜時間降低34%。拓展了優(yōu)化鉆井技術(shù)應(yīng)用的廣度與深度。

3.1.3 待鉆地層井震信息融合的隨鉆描述與鉆井動態(tài)優(yōu)化技術(shù)

針對傳統(tǒng)方法鄰井外推到施工井地質(zhì)環(huán)境因素描述誤差大及無法超前描述的問題，采用“模型分區(qū)”的思路，基于已鉆井段的鉆測錄等多源井筒數(shù)據(jù)與井周地震數(shù)據(jù)協(xié)同重構(gòu)，發(fā)明了待鉆地層地震速度與成像體快速修正方法，創(chuàng)建了鉆井地質(zhì)環(huán)境因素隨鉆描述方法，形成鉆頭前方井下風(fēng)險防控與動態(tài)優(yōu)化鉆井技術(shù)。該項(xiàng)研究使得預(yù)測精度提高到93%，更新速度提高16倍以上，提升了現(xiàn)場決策效率。實(shí)現(xiàn)了由鄰井或已鉆地層綜合描述到待鉆地層超前動態(tài)預(yù)測的跨域。

3.1.4 鉆井地質(zhì)環(huán)境因素描述與優(yōu)化鉆井技術(shù)體系

鉆井地質(zhì)環(huán)境因素描述技術(shù)實(shí)現(xiàn)了由靜態(tài)到動態(tài)、由鉆后分析到實(shí)時超前預(yù)測的重大突破；優(yōu)化鉆井技術(shù)實(shí)現(xiàn)了由傳統(tǒng)方法到地質(zhì)-工程深度融合、由靜態(tài)設(shè)計(jì)到動態(tài)優(yōu)化的重大跨越。研究成果在國內(nèi)外深井超深井、高酸性油氣田及常規(guī)油氣、海洋油氣等領(lǐng)域規(guī)模應(yīng)用3 210口井，12次創(chuàng)亞洲鉆井深度紀(jì)錄，支撐了順北鷹1井等一批重點(diǎn)超深井鉆井施工，保障了塔河、順北、元壩、伊朗雅達(dá)等大型油氣田的勘探突破及產(chǎn)能建設(shè)，鉆井周期平均縮短32%，工程成本降低21%。

3.2 井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化與井筒完整性技術(shù)

3.2.1 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和動態(tài)調(diào)整技術(shù)

針對鉆井地質(zhì)環(huán)境因素存在不確定性的問題，建立了地層壓力可信度表征、鉆井工程風(fēng)險類型識別和風(fēng)險概率評估等方法，構(gòu)建了井身結(jié)構(gòu)合理性評價和動態(tài)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，形成基于地質(zhì)環(huán)境因素不確定和工程風(fēng)險評價的井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和動態(tài)調(diào)整技術(shù)。特別是針對塔里木山前復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境，在同一裸眼井段往往鉆遇多套壓力系統(tǒng)和復(fù)雜地層，常規(guī)?508 mm + ?339.7 mm + ?244.5 mm + ?177.8 mm +?127 mm結(jié)構(gòu)難以滿足7 000 m以上超深井勘探開發(fā)的需要，為此創(chuàng)新提出了苛刻井井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，形成并規(guī)模推廣塔標(biāo)Ⅱ系列井身結(jié)構(gòu)(圖1)，解決了巨厚復(fù)合鹽層、多套壓力系統(tǒng)條件下的井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難題，形成適合西部山前的復(fù)雜超深苛刻井井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)，滿足更深更復(fù)雜條件下鉆井安全和提產(chǎn)增效需求。

圖1 塔里木油田井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化Fig. 1 Optimization of casing program in Tarim Oilfield

3.2.2 油套管完整性技術(shù)

選擇超級13Cr為油管和目的層套管主體材質(zhì)，解決了高溫、高CO2分壓(＞1 MPa)的腐蝕問題。進(jìn)行工況+部件全覆蓋的三軸力學(xué)校核，優(yōu)化管柱配置及參數(shù)。配套套管防磨措施，最大限度減少套管磨損。認(rèn)識到抗壓縮效率100%是保證密封的關(guān)鍵，優(yōu)選了TSH563油管和BGT2C套管，提高了高溫條件下氣密封能力。

3.2.3 鹽底中完多種卡層技術(shù)

庫車山前古近系鹽底中完卡層新思路不斷拓展，形成了多種卡層技術(shù)，主要采用地層對比、元素錄井、鹽底標(biāo)志組合、微鉆時變化等技術(shù)措施，進(jìn)行綜合分析卡鹽底。遇不能準(zhǔn)確判斷鹽底的情況，采用小鉆頭鉆進(jìn)?；窘鉀Q了庫車山前鹽底中完卡層不準(zhǔn)的問題。創(chuàng)新應(yīng)用XRF元素錄井法形成鹽膏層精細(xì)卡層技術(shù)，鹽頂、鹽底最大埋深分別為7 371.0 m、7 947.5 m，鹽層卡層成功率由13.3%升至100%，保障了鹽層鉆井安全作業(yè)。

3.2.4 井筒完整性技術(shù)

基于多因素綜合分析，建立了油氣井完整性風(fēng)險定量評估方法和配套評估軟件，構(gòu)建了油氣井井筒可靠性評估方法，建立了油氣井環(huán)空允許最大動態(tài)帶壓值計(jì)算方法，形成油氣井完整性管理指南。在順北油田現(xiàn)場應(yīng)用20余口井，指導(dǎo)了完井風(fēng)險評估和完井設(shè)計(jì)，井筒可靠性提高60%以上，油套環(huán)空帶壓井發(fā)生率低于10%。

3.3 安全高效鉆井集成技術(shù)

3.3.1 深井鹽膏層與高壓鹽水層鉆井工藝

通過深入分析鹽內(nèi)特殊巖層巖性特征、成因及分布，以及鹽膏層在不同條件下蠕變規(guī)律、蠕變機(jī)理，優(yōu)化鹽膏層地質(zhì)卡層技術(shù)，研發(fā)和推廣應(yīng)用鹽膏層鉆井相適應(yīng)的鉆井液體系，確定合理的鉆井液密度。針對最厚5 600 m的超深復(fù)合鹽膏層，首次揭示最大壓力系數(shù)達(dá)到2.59的超高壓鹽水侵入機(jī)理，形成以放水降壓、控壓鉆井為主體的超高壓鹽水層安全控制工藝。形成了高壓鹽水層鉆井工藝技術(shù)和鹽膏層安全鉆井工藝技術(shù)，實(shí)現(xiàn)鹽膏層及高壓鹽水層安全快速高效鉆井。

3.3.2 超深縫洞型海相碳酸鹽巖油氣藏高效鉆井工藝

針對碳酸鹽巖儲層埋藏深(普遍大于6 800 m)、鉆井周期長、“串珠”中靶精度要求高、產(chǎn)量衰減快等瓶頸，建立覆蓋“鉆井、試油、改造、生產(chǎn)”全生命周期關(guān)鍵工況的深井套管設(shè)計(jì)與強(qiáng)度校核方法，自主研制新型?200.03 mm套管與C110系列防H2S腐蝕套管，非常規(guī)井身結(jié)構(gòu)應(yīng)用比例由17.2%提升至82.8%。形成長裸眼段提速模板，在哈-熱-新地區(qū)7 000 m以上直井應(yīng)用，鉆井周期縮短38.2%，成本節(jié)約37.8%。根據(jù)小型縫洞體成層展布特征，集成應(yīng)用精細(xì)控壓鉆井、井眼軌跡優(yōu)化設(shè)計(jì)、“四節(jié)點(diǎn)”隨鉆伽馬導(dǎo)向、水力振蕩器等技術(shù)，形成連接多個縫洞體的超深大延伸水平井鉆井工藝，在塔中地區(qū)完成7 000 m以上水平井應(yīng)用比例由31.6%提高至97.7%，平均井深增加897 m，鉆井周期縮短12.1%，保障超深層碳酸鹽巖油氣藏經(jīng)濟(jì)高效開發(fā)。

3.3.3 復(fù)雜鹽下砂巖氣藏高效鉆井工藝

提出基于重磁電法進(jìn)行成巖性分析的巨厚礫石層提速方法，研制非平面齒PDC鉆頭等新型鉆頭，博孜地區(qū)6 000 m巨厚礫石層鉆井工期由458 d縮短至231 d，單井節(jié)約鉆井成本近億元。形成鹽下強(qiáng)研磨目的層提速模板，目的層鉆井工期由52 d縮短至27 d。在前陸沖斷帶完成7 000 m以上超深井43口，鉆井周期縮短50.1%，事故復(fù)雜時效下降68.6%，鉆井成本降低63.7%，7 695 m超深井260 d完鉆。攻克強(qiáng)研磨極硬地層提速世界級難題，創(chuàng)新形成超深復(fù)雜鹽下砂巖氣藏綜合提速技術(shù)，支撐克深9等新區(qū)高效勘探與開發(fā)。

3.3.4 超深水平井鉆井技術(shù)

針對超深水平井鉆井技術(shù)難題，攻關(guān)形成集工程設(shè)計(jì)方法、高端隨鉆儀器和工藝技術(shù)優(yōu)化于一體的超深水平井鉆井技術(shù)體系。基于地球橢球的真三維定位方法［1］，規(guī)避了現(xiàn)行基于地圖投影定位方法存在的固有誤差、不考慮地球橢球面彎曲等缺陷，可提高靶點(diǎn)定位和井眼軌道設(shè)計(jì)精度達(dá)20 m以上(與井位、垂深、水平位移等相關(guān))；考慮各測點(diǎn)的空間位置和測量時刻不同、磁偏角沿井眼軌跡變化等問題，提出了基于地磁場時空變化的實(shí)鉆軌跡測斜計(jì)算方法［2］，可提高超深、大位移、長鉆井周期等水平井的實(shí)鉆軌跡監(jiān)測精度達(dá)10 m以上(還與地磁場變化等相關(guān))；發(fā)明了交互式井眼軌道設(shè)計(jì)方法，不限井段數(shù)及井段組合，可任選造斜點(diǎn)、造斜率等作為設(shè)計(jì)參數(shù)，無需拼湊井段和試算，能一步完成剖面設(shè)計(jì)［3］；針對高陡構(gòu)造、強(qiáng)各向異性等地層致使方位漂移嚴(yán)重的問題，提出了考慮地層自然造斜影響規(guī)律的漂移軌道設(shè)計(jì)方法［4］，解決了適用于大鉆壓快速鉆進(jìn)工藝的軌道設(shè)計(jì)難題，能減少扭方位作業(yè)、提高鉆井速度、降低鉆井成本；提出了井眼軌道主法線角的概念及方程［5］，厘清了造斜工具和井眼軌跡的特性參數(shù)及表征方法，揭示了一些習(xí)慣做法的依據(jù)和缺陷；通過揭示地層巖體和造斜工具對井眼軌跡的貢獻(xiàn)及影響規(guī)律，創(chuàng)建了井眼軌跡定量預(yù)測與控制方法［6］，突破了長期存在的理論與技術(shù)瓶頸，能預(yù)測任一井深處的井斜角和方位角、確定軌跡控制所需的工具造斜率和工具面角等關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)。研發(fā)了耐175 ℃、耐185 ℃高溫MWD儀器，最高耐壓達(dá)207 MPa，已在順北油氣田成功應(yīng)用13口井。形成了以超深硬地層裸眼側(cè)鉆、摩阻扭矩控制和工具面高效調(diào)控為核心的超深水平井軌跡控制技術(shù)，保障了元壩1-1H井、順北鷹1井等重點(diǎn)井的順利完鉆。

3.3.5 含酸性氣藏鉆井技術(shù)

針對高酸性、高壓、高產(chǎn)氣井鉆井風(fēng)險高、速度慢等難題，開發(fā)了氣體鉆井技術(shù)、控壓降密度鉆井技術(shù)、高效破巖工具及配套技術(shù)，形成了三高氣井安全快速鉆井技術(shù)體系，發(fā)現(xiàn)并高效開發(fā)了普光氣田、元壩氣田。針對元壩高含硫氣藏超深水平井鉆井過程中存在的陸相高壓層鉆速慢、海相產(chǎn)層漏失嚴(yán)重、超深高溫高壓定向困難等問題，通過延伸氣體鉆井深度、應(yīng)用扭力沖擊器和直螺桿配合PDC鉆頭復(fù)合鉆井技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了陸相致密砂巖硬地層的有效提速；采用等壁厚直螺桿配合EM1316 PDC鉆頭，實(shí)現(xiàn)了海相高強(qiáng)度低研磨均質(zhì)地層直井段有效提速；在水平段采用可調(diào)式抗高溫螺桿，配合欠尺寸雙穩(wěn)定器穩(wěn)斜鉆具組合，既提高了復(fù)合鉆進(jìn)比例又保證了井眼全角變化率；采用雙效防磨技術(shù)，減少了套管磨損，保證了管柱密封性能；建立了基于隨鉆測量的溢流早期監(jiān)測技術(shù)，為井控措施的采取贏得時間，保證井控安全；形成了管材失效機(jī)理、管柱強(qiáng)度與防腐性能匹配、與螺紋匹配等管材選用技術(shù)，實(shí)現(xiàn)管柱安全風(fēng)險評價預(yù)測準(zhǔn)確率90%以上，管柱失效率同比降低30%以上。元壩101-1H井完鉆井深7 971 m、垂深6 946.44 m，創(chuàng)元壩工區(qū)高含硫超深水平井完鉆井深記錄，鉆井周期380 d，較設(shè)計(jì)周期縮短54 d、較前期開發(fā)評價水平井平均周期縮短149.92 d。

3.4 鉆井液技術(shù)

3.4.1 高溫高密度高抗鹽油基鉆井液技術(shù)

揭示了超高密度油基鉆井液鹽水污染流變性突變規(guī)律，發(fā)明了乳化劑等處理劑，首次形成同時滿足抗45%鹽水污染、抗溫200 ℃，實(shí)鉆密度2.58 g/cm3、壓井密度2.85 g/cm3的油基鉆井液，突破了高溫高壓鹽水污染引起鉆井液失效的重大技術(shù)難題。高溫高密度高抗鹽水侵油基鉆井液體系在克深1101和克深21等井成功應(yīng)用，成本同比降低30%。其中，克深1101井共侵入1 129.98 m3高壓鹽水，油水比最低達(dá)到12∶88；克深21井創(chuàng)庫車山前鉆井液密度最高(2.58 g/cm3)、溫度最高(185 ℃)等紀(jì)錄，通過15次控壓排出高壓鹽水污染油基鉆井液達(dá)1 700 m3，鉆井液密度從2.53 g/cm3降至2.46 g/cm3后成功恢復(fù)鉆進(jìn)，電測、下套管和固井作業(yè)時間長達(dá)42 d，電測一次成功，下套管順利［19］。

3.4.2 高性能水基鉆井液技術(shù)

探索了水基鉆井液在高溫高壓環(huán)境下的性能變化規(guī)律，研發(fā)了抗高溫降濾失劑、高效分散劑、潤滑劑、防塌劑等核心處理劑，形成以超高溫水基、超高密度水基、高溫高密度水基、胺基、有機(jī)鹽鉆井液為代表的高性能水基鉆井液技術(shù)系列，在塔里木、松遼、西北、西南以及海外等區(qū)塊推廣應(yīng)用500余口井，有效解決處理劑高溫降解失效、鉆井液性能難穩(wěn)定、高密度鉆井液流變與沉降穩(wěn)定性調(diào)控困難等技術(shù)難題。主要體系包括：超高溫鉆井液體系，淡水抗溫達(dá)260 ℃，鹽水抗溫達(dá)240 ℃，高溫高壓濾失量≤10 mL，密度 1.05～1.80 g/cm3，泌深 1 井井底溫度達(dá)236 ℃［20］；超高密度鉆井液體系，采用重晶石加重，密度可達(dá) 2.50～3.00 g/cm3，抗溫 165 ℃，官深1井實(shí)際應(yīng)用密度高達(dá)2.87 g/cm3［21］；超高溫高密度鉆井液體系，抗溫220 ℃、密度2.40 g/cm3，高溫高壓濾失量≤12 mL，220 ℃、7 d靜態(tài)沉降系數(shù)SF≤0.538，通過“微溶脹封堵”、減少團(tuán)聚、降低體系粘度等機(jī)理，解決了超高溫高密度鉆井液流變性能、HTHP濾失量和高溫沉降穩(wěn)定性能調(diào)控難題［22］。

3.4.3 復(fù)雜地層井壁穩(wěn)定技術(shù)

針對超深鹽膏巖、強(qiáng)水敏性泥巖地層和深層微裂隙地層，進(jìn)行了蠕變速率預(yù)測及欠飽和度選擇、泥巖水化規(guī)律、納微米裂隙的有效封堵等研究。研發(fā)了欠飽和鹽水鉆井液技術(shù)，耐溫200 ℃，密度2.40 g/cm3。穿鹽成功率100%，鹽膏層實(shí)際井眼直徑擴(kuò)大率≤10%，解決了塔河深部鹽膏層安全鉆井難題［23］。研制了復(fù)合納米封堵材料、彈性納米封堵劑、納米乳液等3種納微米材料，開發(fā)了可變形強(qiáng)封堵鉆井液體系，抗溫180 ℃，頁巖滲透率降低93%，較常規(guī)聚磺鉆井液壓力穿透時間增加4倍以上，地層坍塌壓力增量降低0.05～0.15 g/cm3，解決了泥頁巖微裂隙地層封堵難題，井壁失穩(wěn)復(fù)雜減少80%以上，順北鷹1井采用可變形強(qiáng)封堵鉆井液技術(shù)鉆穿了古生界微裂隙發(fā)育的巨厚泥巖地層，井壁穩(wěn)定，井下無復(fù)雜，節(jié)約鉆井周期22.04 d，刷新?311.2 mm井眼鉆深紀(jì)錄［24］。

3.4.4 堵漏技術(shù)及堵漏處理劑

發(fā)明了隨鉆防漏、“一袋化”承壓、復(fù)合凝膠、交聯(lián)成膜、高濾失固結(jié)、化學(xué)固結(jié)等堵漏核心處理劑，形成了交聯(lián)成膜堵漏技術(shù)、高濾失固結(jié)堵漏技術(shù)和化學(xué)固結(jié)堵漏技術(shù)［25］。其中，交聯(lián)成膜堵漏技術(shù)，抗溫180 ℃、承壓＞20 MPa、抗返排能力大于4 MPa，可解決裂隙性漏失層堵漏和薄弱地層承壓難題；高濾失固結(jié)堵漏技術(shù)，封堵時間＜30 s、承壓強(qiáng)度＞10 MPa、體積膨脹30%～40%，可解決漏失尺寸不明確的滲濾性漏失和毫米級裂縫堵漏難題；化學(xué)固結(jié)堵漏技術(shù)，抗溫達(dá)180 ℃、強(qiáng)度可達(dá)20 MPa、膨脹率1%左右，可解決大裂縫、溶洞漏失層難滯留、地層骨架強(qiáng)度低的難題。在塔里木、西南、西北、青海、冀東等國內(nèi)外地區(qū)成功應(yīng)用，應(yīng)用井最高鉆井液密度2.46 g/cm3、抗溫200 ℃，提高承壓能力10 MPa以上，有效解決了孔隙及10 mm以下裂縫的漏失難題，堵漏時間大幅減少，有效地降低了深井超深井事故復(fù)雜時率，縮短了鉆井周期。

3.4.5 超深水平井耐溫低摩阻鉆井液技術(shù)

針對塔河、元壩等深層超深層油氣藏水平井鉆探過程中摩阻高，常規(guī)混原油處理時環(huán)境污染風(fēng)險大的問題，研發(fā)了高溫高固相潤滑性模擬評價裝置，創(chuàng)建了模擬高溫高壓井筒環(huán)境下的潤滑性評價方法。研發(fā)了抗高溫環(huán)保潤滑劑等核心處理劑，形成超深水平井耐溫低摩阻鉆井液體系［26］。體系抗溫180 ℃，在1.80 g/cm3的高密度體系中潤滑系數(shù)可降至0.085，順北1-16H應(yīng)用井深8 029 m，應(yīng)用溫度165 ℃；中良1CX井水平位移975 m，刷新奧陶系定向井水平位移紀(jì)錄［27］。

3.4.6 鉆井廢棄物與壓裂返排液處理回收利用技術(shù)

研發(fā)了固控環(huán)保一體化、含油鉆屑錘磨式處理、返排液高價粒子選擇性去除等核心技術(shù)，處理能力與應(yīng)用規(guī)模持續(xù)提升。2018年應(yīng)用7 300余口井，減少占地7.27 km2(10 900畝)，減少廢棄物排放438萬t；處理含油鉆屑58 157 t，回收油基鉆井液9 400 m3；壓裂返排液回用150萬m3。

3.4.7 鉆井液固控與環(huán)保處理系統(tǒng)

針對超深井鉆井液處理量大、固相清除困難問題，采用直線+平動橢圓雙軌跡、雙平動橢圓技術(shù)，可在不同工況下變換軌跡達(dá)到最優(yōu)固液分離效果，臥式螺旋沉降離心機(jī)最高工作轉(zhuǎn)速3 400 r/min，最優(yōu)長徑比設(shè)計(jì)可去除鉆井液中細(xì)小固相顆粒或回收重晶石材料。研發(fā)了車載式、雙排雙吸、耐低溫、軌道式鉆井固控系統(tǒng)和水基泥漿不落地處理系統(tǒng)、油基鉆屑處理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了油氣資源綠色環(huán)保開發(fā)。

3.5 固井技術(shù)

3.5.1 抗高溫水泥漿體系

攻克抗高溫、漿體穩(wěn)定性差、強(qiáng)度衰退等難題，研發(fā)了新型聚合物型抗高溫降失水劑和高溫緩凝劑。高溫降失水劑溫度適應(yīng)性好，從中溫至240 ℃高溫，均具有良好的控制失水能力；高溫緩凝劑具有溫度適用范圍廣、較好的分散性能、良好的緩凝效果等特點(diǎn)，在240 ℃高溫下水泥漿稠化時間可達(dá)300 min以上，24 h水泥石抗壓強(qiáng)度也達(dá)到21 MPa以上，保證了塔里木庫車山前、川渝地區(qū)、華北楊稅務(wù)等地區(qū)高溫高壓深井固井質(zhì)量，其中，克深21井膠結(jié)測井合格率100%，為深層油氣勘探開發(fā)提供了工程技術(shù)保障［28］。

3.5.2 高溫大溫差固井技術(shù)

攻克緩凝劑適用溫差范圍窄、超緩凝的技術(shù)難題，發(fā)明適用高溫溫差大于100 ℃的緩凝劑。突破降失水劑抗溫抗鹽能力差的技術(shù)瓶頸，開發(fā)了2種抗200 ℃高溫降失水劑。形成3套適用于不同溫度段 (50～120 ℃、80～180 ℃、90～190 ℃)的大溫差水泥漿體系及配套技術(shù)，開發(fā)了抗溫達(dá)180 ℃、沉降穩(wěn)定性小于0.03 g/cm3的高效隔離液體系。在塔里木、西南等油氣田規(guī)模應(yīng)用，固井合格率100%。水泥漿抗溫能力由150 ℃提高到200 ℃、適用溫差由40 ℃提高到100 ℃以上。具備8 000 m以上高溫深井固井和7 000 m一次上返固井的作業(yè)能力。在塔里木油田哈10-7井，創(chuàng)造一次封固段6 657 m及溫差125 ℃的世界紀(jì)錄。

3.5.3 韌性水泥及固井密封性控制技術(shù)

開發(fā)了高強(qiáng)度韌性水泥，形成了固井密封完整性控制技術(shù)。川渝高石梯-磨溪地區(qū)?177.8 mm尾管鉆完井期間環(huán)空帶壓率由38.2%降至0；新建儲氣庫井6輪注采后井口無異常帶壓，強(qiáng)力支撐高壓氣井安全高效開發(fā)和儲氣庫安全注采運(yùn)行。

3.5.4 超深井高溫高壓固井技術(shù)

針對深井超深井氣層壓力和溫度高、氣層活躍，安全密度窗口窄，壓穩(wěn)與防漏矛盾突出的問題，系統(tǒng)開展研究，形成了超高溫環(huán)境下水泥環(huán)強(qiáng)度衰退抑制技術(shù)；研制了密度最高達(dá)3.0 g/cm3的超高密度和0.8 g/cm3的超低密度水泥漿體系，有效解決超深復(fù)雜地層的壓穩(wěn)和防漏難題。

3.5.5 低密度長封固段固井技術(shù)

針對分級固井井筒安全性存在隱患、正注反打固井難以保證固井質(zhì)量的難題，研發(fā)了與塔標(biāo)Ⅲ井身結(jié)構(gòu)配套的低密度長封固段固井技術(shù)，實(shí)現(xiàn)最大6 500 m長裸眼一次性全井封固，顯著提升了井筒完整性，確保了油氣井全生命周期安全生產(chǎn)。

3.5.6 磷酸鹽水泥技術(shù)

通過酸堿反應(yīng)合成磷酸鹽水泥，該水泥水化反應(yīng)生成 NaCaPO4·xH2O 和 Al2O3·yH2O 水化產(chǎn)物，在高溫高壓下轉(zhuǎn)變?yōu)榱u基磷灰石和γ-勃母石，上述產(chǎn)物均不會被CO2腐蝕，填補(bǔ)國內(nèi)空白。吐哈油田英試X井火燒溫度高達(dá)600 ℃以上，且井底存在H2S酸性氣體腐蝕的可能，在該井采用磷酸鹽水泥體系固井，現(xiàn)場施工安全順利，測井結(jié)果顯示優(yōu)質(zhì)段比例為93.8%。

3.5.7 防酸性氣體腐蝕固井水泥漿體系

針對深井超深井中H2S和CO2等酸性氣體對水泥石的腐蝕，建立了腐蝕評價模擬裝置，揭示了酸性氣體腐蝕水泥石的機(jī)理，研制了耐CO2、H2S腐蝕的防腐劑，形成了以膠乳和耐腐添加劑為主體的防酸性氣體腐蝕固井水泥漿體系，在川東北、伊朗雅達(dá)油田應(yīng)用150余井次，固井質(zhì)量優(yōu)質(zhì)率86%，保障了普光氣田等高酸性油氣田的開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了高酸性環(huán)境下水泥環(huán)長久穩(wěn)定密封。

3.5.8 一體化注氮泡沫固井技術(shù)

開發(fā)了高效發(fā)泡劑、穩(wěn)泡劑，研制了超低密度泡沫水泥漿體系，適應(yīng)溫度120 ℃以上，最低密度0.8 g/cm3，泡沫穩(wěn)定性＞24 h，水泥石抗壓強(qiáng)度＞7 MPa，彈性模量2～6 GPa，應(yīng)用最深直井為查1井4 870 m。

3.6 提效提產(chǎn)完井技術(shù)

3.6.1 超深井高溫高壓含硫氣井APR射孔-酸壓-測試聯(lián)作測試工藝

針對塔里木盆地高溫、高壓、高含硫致使測試安全風(fēng)險大等難題，通過優(yōu)化升級工具、井口、流程與工作液，形成了可實(shí)現(xiàn)井下一開一關(guān)的“五閥一封”地層測試工藝技術(shù)。研制了關(guān)鍵配套測試工具，高溫高壓測試封隔器，耐溫204 ℃，耐壓105 MPa，V3級液密封。在順南6井、順南7井成功應(yīng)用。針對四川盆地超深、高溫、高含硫特征，形成了高溫高壓含硫氣井APR射孔-酸壓-測試聯(lián)作測試工藝技術(shù)，配套了RTTS測試封隔器，耐溫177 ℃，耐壓80 MPa，在元壩氣田應(yīng)用20余口井，降低測試管柱失效率52%，堵漏成功率提升90%。

3.6.2 高溫高壓井測試與酸性氣層測試技術(shù)及工具

突破了井下環(huán)境自適應(yīng)阻抗匹配技術(shù)，研發(fā)出井下無線傳輸裝置，實(shí)現(xiàn)了井下遠(yuǎn)距離無線傳輸，實(shí)時采集測試閥以下的溫度和壓力數(shù)據(jù)。研制了適合酸性氣層的測試閥、封隔器、安全解脫裝置、230 ℃壓力計(jì)和選層器等系列酸性氣層測試工具。形成了200 ℃套管井APR測試管柱、210 ℃MFE選層錨測試管柱和230 ℃裸眼井測試管柱等7種酸性氣層測試工藝，在塔里木、華北、吉林、冀東等油田進(jìn)行了多井次的地層測試，測試一次成功率98.3%，解決了深井及酸性氣層測試技術(shù)難題。庫車山前測試工藝成功率達(dá)100%，支撐了克拉蘇構(gòu)造帶萬億方氣田群的勘探持續(xù)突破，保障了超7 000 m測試“下得去、坐得住、起得出、測得準(zhǔn)”。研制出集除砂除屑、精確控壓、精準(zhǔn)計(jì)量于一體的試油測試成套裝備，核心部件國產(chǎn)化率100%，具備8 000 m含硫天然氣井測試能力，在塔里木、川渝等地區(qū)成功應(yīng)用。

3.6.3 高溫高壓射孔技術(shù)

針對超深小井眼射孔卡鉆問題，研制井下振動測試器并實(shí)測發(fā)現(xiàn)引發(fā)卡鉆的主控因素。研發(fā)的射孔爆轟模擬軟件實(shí)現(xiàn)了施工前管柱及施工參數(shù)的優(yōu)化。優(yōu)選高強(qiáng)度低合金鋼材料，采用氟橡膠密封件，設(shè)計(jì)H型密封結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了高溫高壓射孔器材100%國產(chǎn)化，應(yīng)用105井次，成功率100%。

3.6.4 超深井縫洞型儲層產(chǎn)能評價技術(shù)

縫洞型儲層成藏機(jī)理特殊、縫-洞結(jié)構(gòu)多樣，基于連續(xù)介質(zhì)滲流理論的產(chǎn)能評價方法不適用。從能量守恒、動量守恒、質(zhì)量守恒三大定律出發(fā)，耦合流體在溶洞中的波動和在裂縫系統(tǒng)中的滲流，建立了縫洞型儲層試井分析及產(chǎn)能評價方法，繪制了8種縫-洞連通模式典型試井圖版，開發(fā)了縫洞型儲層試井分析及產(chǎn)能評價軟件。相比傳統(tǒng)方法，該方法可更好擬合縫洞型儲層試井曲線，并可解釋出溶洞體積大小、溶洞距離、裂縫體積等參數(shù)，有效解決了縫洞型油藏試井分析擬合難度大、解釋參數(shù)不合理、產(chǎn)能評價誤差大的難題。該方法在塔河油田、順北油氣田等典型縫洞型油藏應(yīng)用20余井次，為開發(fā)方案編制和合理配產(chǎn)提供基礎(chǔ)依據(jù)。

3.6.5 超深井酸壓技術(shù)

針對儲層改造用常規(guī)產(chǎn)品和交聯(lián)酸體系在深井超深井高溫條件下結(jié)構(gòu)易破壞、表觀黏度降低快、酸液腐蝕速率高等瓶頸技術(shù)難題，研發(fā)了低黏度酸用稠化劑、高效交聯(lián)劑、無醛緩蝕劑和暫堵轉(zhuǎn)向劑等關(guān)鍵助劑，確保酸液基液黏度低于50 mPa · s，降低了深井管柱摩阻和井口壓力，利于泵注施工；形成了耐高溫的地面交聯(lián)酸體系及配方，165 ℃剪切2 h結(jié)構(gòu)保持穩(wěn)定，表觀黏度保持100 mPa · s，腐蝕速率低于50 g/(m2· h)；配套了滑溜水-膠液-交聯(lián)酸和暫堵轉(zhuǎn)向一體化的酸壓工藝，提高酸蝕裂縫長度和改造體積。在塔河油田、順北油氣田等應(yīng)用30余口井，同比平均增產(chǎn)2倍，其中順北71x酸壓后初期日產(chǎn)量達(dá)到460 t。

4 鉆機(jī)與配套裝備及工具新進(jìn)展

4.1 超深井鉆機(jī)

4.1.1 國際首臺9 000 m四單根立柱鉆機(jī)

建立了四單根立柱三維空間移運(yùn)軌跡分析計(jì)算模型，揭示出四單根立柱軸向、徑向、周向運(yùn)動機(jī)理，發(fā)明四單根立柱施工工藝方法和特殊的鉆機(jī)結(jié)構(gòu)，突破了鉆井管柱穩(wěn)定作業(yè)長度極限(38 m)，保障井架有限空間內(nèi)彈性薄壁長管柱安全移運(yùn)。創(chuàng)建了超高井架及底座起升下放、大荷載施工動態(tài)響應(yīng)模型，形成液壓高支架輔助鉆機(jī)起升下放施工方法，解決了國際最高K型井架(74.5 m)細(xì)長重荷結(jié)構(gòu)件安全作業(yè)難題。在塔里木油田超深井開展應(yīng)用，四單根立柱施工井段提速超過20%，復(fù)雜事故時效降低75%。

4.1.2 國內(nèi)首臺8 000 m四單根立柱鉆機(jī)

突破小鉆具四單根立柱的移運(yùn)及靠放技術(shù)，形成小鉆具四單根立柱的移運(yùn)及靠放解決方案和四單根立柱鉆機(jī)管柱自動化處理方案，實(shí)現(xiàn)二層臺、管柱堆場無人值守。鉆機(jī)配備全套四單根一立柱管柱自動化系統(tǒng)、大功率直驅(qū)絞車、新型傾斜立柱式雙升底座等新型設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了大、小鉆具四單根立柱自動化作業(yè)，雙司鉆安全、高效操控，可適用于戈壁、山地、平原及海洋等多地形地區(qū)進(jìn)行鉆井作業(yè)。

4.1.3 研制出新型8 000 m鉆機(jī)

其技術(shù)先進(jìn)性主要表現(xiàn)在以下方面：最大承載能力為5 850 kN的井架和底座、JC80DB絞車和JC80D絞車、ZP375Z加強(qiáng)型轉(zhuǎn)盤、新型5 850 kN的天車和游車等，壓實(shí)股鉆井鋼絲繩首次應(yīng)用于深井大噸位鉆機(jī)。新型8 000 m鉆機(jī)解決了7 000 m鉆機(jī)大套管深下時承載能力不足、9 000 m鉆機(jī)成本過高的難題，實(shí)現(xiàn)了大套管深下一次性封鹽層，減少起下鉆次數(shù)，鉆井施工提速增效。相比9 000 m鉆機(jī)節(jié)省成本20%，節(jié)省綜合日費(fèi)27%。

4.1.4 7 000 m自動化鉆機(jī)核心技術(shù)

定型自動井架工、鐵鉆工等11項(xiàng)自動化設(shè)備，形成“懸持式”和“推扶式”2套鉆機(jī)管柱自動化處理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)管柱上鉆臺自動化輸送、自動化上卸扣、立柱自動化排放等自動化作業(yè)，大幅降低勞動強(qiáng)度。攻克高壓共軌電控電噴技術(shù)難題，成功研發(fā)12V175柴油機(jī)發(fā)電機(jī)組，在塔里木等地區(qū)應(yīng)用，已成為超深井鉆機(jī)動力標(biāo)配。

4.2 鉆井配套裝備

4.2.1 全系列頂驅(qū)裝置

共有7大類12種型號，可為3 000～12 000 m陸地、海洋、車載等鉆機(jī)提供頂驅(qū)及個性化設(shè)計(jì)特殊用途頂驅(qū)，形成了大扭矩技術(shù)、主軸旋轉(zhuǎn)定位控制技術(shù)、導(dǎo)向鉆井滑動控制技術(shù)、轉(zhuǎn)速扭矩智能控制(軟扭矩)技術(shù)、智能鉆機(jī)連鎖控制接口技術(shù)等特色技術(shù)。為適應(yīng)非常規(guī)油氣長水平井強(qiáng)化參數(shù)鉆井提速需求，研制出耐高壓大扭矩專用頂驅(qū)。頂驅(qū)下套管裝置可在下套管作業(yè)的同時循環(huán)鉆井液，以減少或避免復(fù)雜事故的發(fā)生，成為水平井、復(fù)雜井、超深井下套管的利器，可以覆蓋全系列套管。

4.2.2 氣體鉆井配套裝備

形成包括高壓增壓機(jī)、高壓力級別旋轉(zhuǎn)防噴器等6套氣體鉆井核心裝備，國產(chǎn)化率提升至98%，可實(shí)現(xiàn)空氣鉆井、氮?dú)忏@井、霧化鉆井、泡沫鉆井等。在四川磨溪、高石梯推廣應(yīng)用，使5 000 m以上深井鉆井周期同比縮短49.2%；在川渝、塔里木、大慶等地區(qū)的出水地層應(yīng)用，單井平均進(jìn)尺714.57 m，提高了34.61%；單井平均減少漏失9 000 m3，節(jié)約井漏復(fù)雜時間9.5 d。

4.3 鉆井提速工具

4.3.1 自動垂直鉆井系統(tǒng)系列化產(chǎn)品

自動垂直鉆井系統(tǒng)由電源分系統(tǒng)、測控分系統(tǒng)、執(zhí)行分系統(tǒng)3部分組成，是集機(jī)電液一體化的井下閉環(huán)系統(tǒng)，通過推靠方式糾斜，在塔里木、新疆、玉門等油田應(yīng)用，提速防斜效果顯著，最深下深7 140 m，單次入井工作時間242.6 h，井斜控制在0.5°以內(nèi)，整體性能達(dá)到國際先進(jìn)水平，在庫車山前規(guī)模試驗(yàn)應(yīng)用350井次以上，機(jī)械鉆速提高3～6倍，成為塔里木乃至中國高陡地層提速標(biāo)配技術(shù)［14］。

4.3.2 高效PDC鉆頭

針對礫巖/砂礫巖、火山巖地層等難鉆地層提速難題，突破深度脫鈷工藝、金剛石粉料處理與封裝工藝，斷裂韌性提高40%，脫鈷深度提高40%，研制并定型9類22種型號非平面齒PDC鉆頭，在塔里木、大慶、川渝等油田難鉆地層應(yīng)用100余井次，機(jī)械鉆速同比提高20%～250%，單只鉆頭進(jìn)尺提高30%～518%。開發(fā)了提高地層吃入能力的異形齒PDC鉆頭、提高地質(zhì)錄井地層巖性識別的微心PDC鉆頭、改變破巖方式不增加布齒密度的耐磨混合鉆頭、兼具PDC齒切削作用和牙輪齒的沖擊作用的PDC-牙輪復(fù)合鉆頭、適于強(qiáng)研磨性硬地層的孕鑲金剛石鉆頭，產(chǎn)品覆蓋?88.9 mm～?914.4 mm等各種井眼尺寸。

4.3.3 新型長壽命抗高溫大扭矩螺桿

螺桿鉆具由等壁厚向等應(yīng)力發(fā)展，依據(jù)應(yīng)力幅值調(diào)整橡膠壁厚，應(yīng)力幅值降低30%以上、提高效率、增大輸出扭矩，螺桿扭矩功率較常規(guī)產(chǎn)品提升30%，機(jī)械效率提升20%，橡膠耐介質(zhì)性能提升70%，在油基鉆井液中平均使用時間193 h。

4.3.4 液動旋沖工具等輔助破巖工具

通過在鉆頭施加高頻動態(tài)軸向沖擊力提高破巖能量，已形成4個規(guī)格型號的系列產(chǎn)品，成為深層提速關(guān)鍵利器，在大慶、吉林、塔東、塔河、川渝、準(zhǔn)南、中東等地區(qū)現(xiàn)場推廣應(yīng)用550余支，可調(diào)頻率脈沖提速工具使用壽命超200 h、提速30%以上，射流式?jīng)_擊器在硬地層機(jī)械鉆速提高30%以上。

4.3.5 井下增壓射流破巖鉆井工具

通過鉆柱的縱向振動帶動井下柱塞泵的柱塞上下運(yùn)動，利用鉆壓波動壓縮鉆井液使之增壓并通過鉆頭上的某一特制噴嘴產(chǎn)生可達(dá)100 MPa以上超高壓射流，既減小了鉆柱振動，保護(hù)了鉆頭和鉆柱，又提高了射流壓力，實(shí)現(xiàn)水力破巖，機(jī)械鉆速是鄰井的5.17倍。

4.3.6 減振穩(wěn)扭復(fù)合沖擊提速工具

集成減震穩(wěn)扭、復(fù)合沖擊破巖、降摩阻防托壓多種功能為一體，具有提高機(jī)械鉆速、保護(hù)鉆具和井下儀器、延長鉆頭壽命等功能，鉆井速度提高37%以上。

4.3.7 降摩減阻水力振蕩器

研發(fā)了渦輪式和螺桿式2種工具，接入BHA產(chǎn)生軸向振動，將靜摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)閯幽Σ?，降低鉆具摩阻，在大斜度井、水平井現(xiàn)場應(yīng)用50余井次，提高了鉆壓傳遞效率和工具面穩(wěn)定性，滑動鉆進(jìn)提速30%以上。

4.4 安全鉆井技術(shù)與裝備

4.4.1 精細(xì)控壓鉆井技術(shù)與系列裝備

針對窄窗口“溢漏共存”、高壓鹽水侵等復(fù)雜地層鉆井難題，研制了系列精細(xì)控壓鉆井裝備，有效解決了窄窗口導(dǎo)致的井下“涌漏”等難題，壓力控制精度0.2 MPa。發(fā)明控壓鉆井工況模擬裝置及系統(tǒng)評價方法，創(chuàng)建壓力、流量雙目標(biāo)融合欠平衡精細(xì)控壓鉆井方法，可同時解決發(fā)現(xiàn)與保護(hù)儲層、提速提效及防止窄密度窗口井筒復(fù)雜的世界難題。深部縫洞型碳酸鹽巖水平井水平段延長210%。形成窄密度窗口精細(xì)控壓鉆井技術(shù)、縫洞型碳酸鹽巖水平井精細(xì)控壓鉆井技術(shù)、低滲特低滲欠平衡精細(xì)控壓鉆井技術(shù)、高壓鹽水層精細(xì)控壓鉆井技術(shù)等特色技術(shù)。其中，“蹭頭皮”裂縫溶洞型碳酸鹽巖水平井精細(xì)控壓鉆井技術(shù)，避免了壓力波動壓漏儲層，集成工程地質(zhì)一體化技術(shù)，精細(xì)雕刻油藏形態(tài)，采取30～50 m“蹭頭皮”策略，水平穿越大型縫洞儲集體；適時進(jìn)行隨鉆動態(tài)監(jiān)測，及時調(diào)整井眼軌跡，避免直接進(jìn)洞，始終保持“蹭頭皮”作業(yè)；待完井時進(jìn)行大型酸化壓裂，有效溝通油氣通道。在中石油、中石化、中海油等國內(nèi)外15個油氣田現(xiàn)場應(yīng)用300余口井，有效解決了“溢漏同存”等鉆井難題。在塔里木碳酸鹽巖地層TZ721-8H井上創(chuàng)造最長水平段1 561 m、日進(jìn)尺150 m紀(jì)錄。在印尼JABANG區(qū)塊Basement基巖層采用欠平衡精細(xì)控壓鉆井技術(shù)，油氣發(fā)現(xiàn)取得重大突破。在克深9-2井、克深21井(井底190 MPa/170 ℃，安全窗口＜0.01 g/cm3)實(shí)現(xiàn)實(shí)時流量監(jiān)控和壓力控制，有效解決了高壓鹽水層安全鉆井難題。在新疆南緣高探1井成功應(yīng)用，有效解決了復(fù)雜壓力窄窗口鉆井難題，保障了鉆井安全高效。在中海油海洋平臺上應(yīng)用，解決了窄窗口溢漏復(fù)雜問題［15-16］。

4.4.2 連續(xù)循環(huán)鉆井系統(tǒng)

研制出閥式連續(xù)循環(huán)鉆井工具，包括連續(xù)循環(huán)閥和地面控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)正循環(huán)時側(cè)循環(huán)自動關(guān)閉和密封，側(cè)循環(huán)時正循環(huán)自動關(guān)閉和密封，隨鉆具一起入井，氣密封壓力35 MPa、液密封壓力70 MPa，其抗拉、抗扭強(qiáng)度均高于配套S135鉆桿強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)了液相/充氣鉆井接立柱(單根)、起下鉆連續(xù)循環(huán)，有效減小壓力波動，避免井下復(fù)雜，延長鉆井進(jìn)。研制出井口連續(xù)循環(huán)鉆井系統(tǒng)樣機(jī)(CCS)，創(chuàng)新形成了接頭定位技術(shù)、鉆井液預(yù)充分流技術(shù)、高壓旋轉(zhuǎn)密封技術(shù)、自動上卸扣技術(shù)等核心技術(shù)，可以在不停止鉆井液循環(huán)的條件下對鉆柱或者單根進(jìn)行連接，同時保證循環(huán)當(dāng)量密度不變［17］。

4.4.3 膨脹管封堵技術(shù)

通過高強(qiáng)度和高延伸性能材料研發(fā)，研制出膨脹管強(qiáng)度可達(dá)P110級套管及抗硫化氫膨脹管，延伸率由原來的27%提高到35%，形成了適用于深井復(fù)雜地層的膨脹管鉆井封堵系統(tǒng)及配套完井技術(shù)，突破國內(nèi)深層側(cè)鉆井無法下入技術(shù)套管進(jìn)行二開次鉆井的技術(shù)瓶頸，在塔河油田應(yīng)用創(chuàng)造了連續(xù)管連續(xù)膨脹長度527 m、入井深度6 065 m的紀(jì)錄。

4.5 固井裝備與工具

4.5.1 固井配套裝備

針對超深井、長水平段固井水泥漿用量大、施工時間長、頂替壓力高的難題，開發(fā)了2500型固井裝備、1600型電動固井裝備和自動混漿網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控成套固井設(shè)備，裝備自動混漿能力和裝機(jī)功率不斷提升，電驅(qū)化提升了裝備節(jié)能環(huán)保性能。

4.5.2 鹽層無接箍套管專用扶正器

優(yōu)化設(shè)計(jì)止推銷釘數(shù)量和分布方式，提高了扶正器的夾持力，室內(nèi)實(shí)驗(yàn)?zāi)M遇阻30 t止推環(huán)仍然完好，技術(shù)參數(shù)滿足工況要求，有效提高套管居中度，在克深9-2井進(jìn)行了應(yīng)用。

4.5.3 尾管頂部超高壓封隔技術(shù)

高壓油氣井尾管重疊段封固質(zhì)量差，環(huán)空油、氣、水竄造成井口帶壓，井筒完整性得不到保障，為此研發(fā)了耐高溫高壓的尾管頂部封隔器，提高了高壓氣井的環(huán)空密封能力。采用金屬與橡膠協(xié)同密封技術(shù)，克服了純橡膠材料在高溫高壓下密封失效的問題，實(shí)現(xiàn)了204 ℃、70 MPa的高壓氣密封［29-30］。通過碳納米管增強(qiáng)和多點(diǎn)交聯(lián)等新技術(shù)改性橡膠材料，提高了耐H2S/CO2共同腐蝕能力，在204 ℃、H2S分壓3.5 MPa、CO2分壓3.5 MPa環(huán)境下，腐蝕后的性能保持率大于70%。在西南地區(qū)的超深井應(yīng)用90余井次，最大應(yīng)用井深8 420 m，最大井溫160 ℃。帶頂封封隔器的尾管懸掛器在克深605井目的層試驗(yàn)，頂替結(jié)束后下壓回接筒22 t，實(shí)現(xiàn)一次坐封成功，并通過后期40 MPa負(fù)壓差工程驗(yàn)竄。

4.5.4 平衡式尾管安全快速下入工具

創(chuàng)新地采用雙向液缸坐掛機(jī)構(gòu)配合耐高壓球座式膠塞，獨(dú)創(chuàng)了可無限排量循環(huán)的平衡式尾管懸掛器系統(tǒng)，承載能力達(dá)到1 800 kN，耐溫達(dá)150 ℃，中途循環(huán)排量可超過2.3 m3/min，循環(huán)泵壓大于25 MPa，形成了中途大排量循環(huán)解阻和分段循環(huán)防漏失等技術(shù)。在中石化、中石油、中海油等區(qū)塊現(xiàn)場應(yīng)用101井次，最大應(yīng)用井深7 678 m(順北5-8)，最高井溫 208 ℃(昆 1-1)［31-32］。

4.5.5 內(nèi)嵌旋轉(zhuǎn)尾管固井工具

研制了內(nèi)嵌旋轉(zhuǎn)尾管固井工具，設(shè)計(jì)了具有空間立體斜面承載的內(nèi)嵌卡瓦坐掛機(jī)構(gòu)，打破了傳統(tǒng)的卡瓦與錐套徑向擠壓承載的方式，形成了軸-徑-周向的三維承載，降低了坐掛處的應(yīng)力，懸掛負(fù)荷較常規(guī)尾管懸掛器提高1倍以上，坐掛后的過流面積提高30%以上，?273.1 mm尾管懸掛器承載能力達(dá)到3 400 kN，在順北、塔河等油氣井應(yīng)用200余口井，解決了長、重尾管懸掛難題，在順北鷹1井創(chuàng)應(yīng)用井深紀(jì)錄(8 588 m)，在玉中2井懸掛3 515 m長的?273.1 mm尾管重紀(jì)錄(3 100 kN)。研發(fā)了具有密封效果的高承載軸承和液壓、機(jī)械雙作用的丟手機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了高負(fù)荷下尾管旋轉(zhuǎn)下入和旋轉(zhuǎn)固井，?178 mm液壓丟手的承載能力達(dá)到3 000 kN，抗扭能力41 kN · m，在羊深1井、鴨深1井和南海潿洲區(qū)塊應(yīng)用100余口井，解決了小間隙井尾管下入困難和固井質(zhì)量不高的問題［33］。

4.6 連續(xù)管作業(yè)技術(shù)與裝備

4.6.1 連續(xù)管作業(yè)成套裝備

形成3類8種結(jié)構(gòu)作業(yè)設(shè)備，適用管徑?9.5 mm～?88.9 mm，達(dá)到國際先進(jìn)水平，其中，研制出國內(nèi)最大的8 000 m連續(xù)管作業(yè)裝備，最大能力達(dá)到管徑?50.8 mm、作業(yè)深度8 000 m，注入頭最大提升力達(dá)450 kN。已實(shí)現(xiàn)規(guī)模應(yīng)用，作業(yè)效率較常規(guī)提高3～4倍，作業(yè)成本降低40%以上［37］。

4.6.2 連續(xù)管作業(yè)井下工具

形成4個系列24類92種作業(yè)工具，滿足了各種連續(xù)管井下作業(yè)需求，同比價格降低1/3以上。開發(fā)了8類62種連續(xù)管作業(yè)工藝，包括簡單工藝升級、打撈、切割、處理滑套等復(fù)雜修井，連續(xù)管懸掛、下入或起出等完井管柱、射孔與壓裂酸化等儲層改造、測井測試等作業(yè)，年作業(yè)量超過1 200井次。在大慶、長慶、新疆、青海等11家油氣田推廣70余臺套，應(yīng)用超過13 200井次，推動了井下作業(yè)方式的轉(zhuǎn)變。連續(xù)管技術(shù)已由“特種作業(yè)”變?yōu)槌Ｒ?guī)作業(yè)。

4.6.3 國內(nèi)首套超深井連續(xù)管作業(yè)裝備LG680/50T-8000

該裝備注入頭最大提升力680 kN，滾筒容量?50.8 mm×8 000 m，作業(yè)能力達(dá)到中國最大，為塔里木油田8 000 m以內(nèi)超深井作業(yè)提供了技術(shù)手段。已在新疆油田G2180井開展沖砂、通刮井、套管試壓、老井加深進(jìn)尺183 m等現(xiàn)場試驗(yàn)。

4.7 測井錄井技術(shù)與裝備

4.7.1 井下安全監(jiān)控系統(tǒng)

形成?149.2 mm～?168.3 mm井眼用小尺寸工具井下安全監(jiān)控系統(tǒng)，耐溫175 ℃、耐壓150 MPa，測傳及評價關(guān)鍵參數(shù)包括：鉆壓、轉(zhuǎn)速、扭矩、彎矩、振動、井斜、方位、鉆柱內(nèi)壓、環(huán)空壓力等9參數(shù)。在塔里木、青海等油田應(yīng)用，最大下深5 249 m，最長工作時間223 h，有效監(jiān)測了井漏、溢流、渦動等異常與復(fù)雜，優(yōu)化了鉆井參數(shù)，提高了機(jī)械鉆速，保障了鉆井安全。

4.7.2 隨鉆成像測井技術(shù)

針對隨鉆地質(zhì)導(dǎo)向系統(tǒng)距離鉆頭遠(yuǎn)、檢測信息少問題，研發(fā)了近鉆頭伽馬成像系統(tǒng)，突破了跨螺桿電磁波短傳、伽馬成像方法、成像數(shù)據(jù)壓縮等核心技術(shù)，近鉆頭300 r/min轉(zhuǎn)速下伽馬掃描成像分辨率達(dá)到國際先進(jìn)水平，16扇區(qū)，測量點(diǎn)距離鉆頭0.45 m。針對深井超深井隨鉆成像儲層描述評價、復(fù)雜井段井壁坍塌、井漏等成像檢測需求，研發(fā)了高精度隨鉆電阻率成像系統(tǒng)，形成成像方法、成像電極、高速電路、系統(tǒng)集成等核心技術(shù)，掃描成像分辨率達(dá)到國際先進(jìn)水平，128扇區(qū)，實(shí)現(xiàn)儀器耐溫150 ℃、耐壓140 MPa，開發(fā)出配套的數(shù)據(jù)處理解釋方法和軟件。在勝利、西南、西北等區(qū)塊成功試驗(yàn)應(yīng)用。

4.7.3 非化學(xué)源隨鉆中子孔隙度測量系統(tǒng)

創(chuàng)新突破了基于可控中子發(fā)生器源隨地層孔隙度測量的理論建模和測量方法，突破了中子產(chǎn)額動態(tài)監(jiān)測、熱中子高靈敏探測和孔隙度換算高速處理等關(guān)鍵技術(shù)，形成隨鉆多參數(shù)測量儀器模塊化集成設(shè)計(jì)方法，研發(fā)出與孔隙度參數(shù)融合的多參數(shù)綜合測量儀器，實(shí)現(xiàn)在鉆井過程中獲取地層孔隙度參數(shù)，與其他隨鉆測量參數(shù)一起用于實(shí)時地層評價，尤其適用于碳酸鹽巖地層的地質(zhì)導(dǎo)向和隨鉆地層評價［18］。

4.7.4 深層超深層巖屑成分識別與層位卡取技術(shù)

針對地層層序及巖性復(fù)雜的難題，發(fā)展了XRF(X射線熒光)元素錄井、XRD(X射線衍射)礦物錄井等技，實(shí)現(xiàn)了巖屑10～30種元素、10～20種礦物成分的實(shí)時檢測，從而可準(zhǔn)確建立PDC鉆頭、超深井段、特殊巖性等復(fù)雜地質(zhì)與工程條件下的地層柱狀剖面，實(shí)現(xiàn)了層位劃分、地層對比、層位及井眼關(guān)鍵位置卡取，為地層可鉆性、井壁穩(wěn)定性、井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化及憋、卡、漏、塌等異常提供機(jī)理與技術(shù)支撐。發(fā)展了巖石力學(xué)錄井技術(shù)，可實(shí)時獲取巖屑的縱橫波波速及楊氏模量、泊松比等巖石力學(xué)參數(shù)，在順北2、順北7等井取得較好的應(yīng)用效果。

4.7.5 深井新型錄井裝備及綜合解釋評價系統(tǒng)

研制出無線遠(yuǎn)程錄井系統(tǒng)，并將云技術(shù)引入錄井工程，研制了新型氫火焰色譜儀、網(wǎng)絡(luò)采集模塊、氫火焰色譜與無線遠(yuǎn)程錄井系統(tǒng)軟件，以及實(shí)時錄井解釋評價系統(tǒng)、實(shí)時遠(yuǎn)程鉆井和錄井工程應(yīng)用系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了油氣層解釋評價、實(shí)時遠(yuǎn)程控制、遠(yuǎn)程專家會診決策、網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程發(fā)布錄井?dāng)?shù)據(jù)等功能。

4.7.6 高溫超高溫測井技術(shù)

針對深井超深井高溫測井需求，升級了電纜式高溫高壓儀器系列(200 ℃、175 MPa)，研制了萬米深井絞車、電纜抗擠壓裝置、高承壓井口電纜防噴裝置等裝置；研發(fā)了直推存儲式測井儀器系列(200 ℃、206 MPa)、地面采集系統(tǒng)和測井工藝，實(shí)現(xiàn)常規(guī)測井方法、伽馬能譜、偶極子聲波等高溫高壓測量，滿足了井漏、溢流等高風(fēng)險井測井需求。常規(guī)測井方法完成了順北鷹1井8 588 m、順北71x井8 542 m測井施工，微電阻率成像、偶極子聲波測井完成了順北蓬1井8 300 m、8 400 m測井任務(wù)。建立了基于氣測、電阻率、聲波、密度等多參數(shù)儲層有效性評價和流體識別方法，形成了基于模糊聚類分析的裂縫識別方法和儲層類型定量判別方法，實(shí)現(xiàn)了特深層縫洞型儲層的測井綜合評價，有效支撐了順北52A、順北71x等斷溶體高產(chǎn)井的油氣發(fā)現(xiàn)。

5 鉆井工程軟件新進(jìn)展

5.1 鉆井工程數(shù)據(jù)庫

創(chuàng)新設(shè)計(jì)組合插件式平臺架構(gòu)體系，開發(fā)了國內(nèi)最完善的一體化鉆井工程數(shù)據(jù)庫，將鉆井工程設(shè)計(jì)和鉆井作業(yè)施工數(shù)據(jù)集成到統(tǒng)一平臺，解決了鉆井工程數(shù)據(jù)表征不統(tǒng)一、已有數(shù)據(jù)庫相互獨(dú)立不兼容和數(shù)據(jù)重復(fù)錄入等難題［34］。

5.2 超深井鉆井設(shè)計(jì)和工藝軟件系統(tǒng)

建立高溫高壓深井摩阻壓降計(jì)算等新模型，研發(fā)了超深井鉆井設(shè)計(jì)和工藝軟件系統(tǒng)，滿足復(fù)雜地質(zhì)與工況下深井鉆井設(shè)計(jì)與分析需求，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、施工一體化，鉆井風(fēng)險預(yù)警與決策實(shí)時化，提升了深井鉆井設(shè)計(jì)與施工科學(xué)性，降低了超深井鉆井作業(yè)風(fēng)險。

5.3 鉆井工程一體化軟件平臺

突破了自動化持續(xù)集成、多數(shù)據(jù)庫支持等技術(shù)難題，升級了一體化軟件平臺，開發(fā)了地質(zhì)工程一體化三維可視化模塊，完善了鉆井工程設(shè)計(jì)集成系統(tǒng)，研發(fā)了井下復(fù)雜工況早期識別預(yù)警與遠(yuǎn)程專家決策支持系統(tǒng)，形成了鉆井工程一體化軟件，實(shí)現(xiàn)了鉆井工程設(shè)計(jì)與分析、“卡鉆、井漏、溢流”等鉆井風(fēng)險早期預(yù)警等功能，在長城鉆探、遼河油田、大港油田等應(yīng)用數(shù)千井次［35］。

5.4 鉆井地質(zhì)環(huán)境因素描述與鉆井優(yōu)化軟件系統(tǒng)

構(gòu)建了井筒、地震、地質(zhì)3大類的統(tǒng)一領(lǐng)域模型體系，支撐不同模塊間高效協(xié)同，實(shí)現(xiàn)各類數(shù)據(jù)源之間的互聯(lián)互通。開發(fā)了多專業(yè)協(xié)同軟件平臺，開放式軟件框架支持動態(tài)開發(fā)與調(diào)試，三維一體化石油工程圖形功能實(shí)現(xiàn)了地質(zhì)數(shù)據(jù)-工程參數(shù)可視化交互，集安全管理、自定義擴(kuò)展、在線部署于一體。研發(fā)了地質(zhì)與工程一體化、理論模型與人工智能深度融合的鉆井優(yōu)化軟件系統(tǒng)，包括鉆井地質(zhì)因素描述、鉆井風(fēng)險評價、鉆井工程優(yōu)化三大子系統(tǒng)，涵蓋38類368個計(jì)算模型(表1)，一套軟件集成了井震數(shù)據(jù)域模塊、基于地質(zhì)因素的鉆井優(yōu)化分析、待鉆井段鉆井工藝隨鉆優(yōu)調(diào)、鉆井優(yōu)化模型與機(jī)器學(xué)習(xí)深度融合等功能模塊，已在現(xiàn)場全面推廣應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了對國外軟件的替代。

5.5 司鉆導(dǎo)航儀系統(tǒng)

利用井場錄井儀或鉆參儀實(shí)時數(shù)據(jù)，通過模型分析井下地層變化、振動情況等，優(yōu)化工藝參數(shù)，實(shí)時以電子表盤形式顯示最優(yōu)鉆壓、轉(zhuǎn)速、排量等。在四川、玉門、大慶等油田試驗(yàn)應(yīng)用上百井次，同比機(jī)械鉆速提高16%～46.8%。

5.6 鉆井遠(yuǎn)程可視化監(jiān)測及監(jiān)督技術(shù)

開發(fā)了兼容多類型接口、多傳輸協(xié)議、適應(yīng)窄帶寬網(wǎng)絡(luò)的一體化井場數(shù)據(jù)加密傳輸軟件，實(shí)現(xiàn)了綜合錄井儀及MWD/LWD等儀器數(shù)據(jù)自動采傳、實(shí)時匯聚和云端共享。將實(shí)時數(shù)據(jù)與井筒靜態(tài)數(shù)據(jù)及地質(zhì)成果數(shù)據(jù)融合，以二維及三維圖形可視化方式，實(shí)現(xiàn)了鉆井井筒信息及施工參數(shù)的實(shí)時監(jiān)測、井下工況的智能識別、實(shí)鉆信息與設(shè)計(jì)方案的自動化對比、施工進(jìn)度跟蹤及關(guān)鍵參數(shù)的偏離預(yù)警，為后方人員提供了高效、直觀的遠(yuǎn)程監(jiān)督及管理手段［36］。

表1 鉆井工程一體化軟件Table 1 Integrated software for drilling engineering

5.7 基于云計(jì)算的井下工況實(shí)時分析技術(shù)

以傳統(tǒng)靜態(tài)計(jì)算模型為基礎(chǔ)，建立了基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的隨鉆智能修正鉆井巖屑分布、環(huán)空ECD、鉆柱摩阻扭矩、機(jī)械比能實(shí)時計(jì)算模型，并將其封裝成系列微服務(wù)進(jìn)行云端部署，計(jì)算速率可達(dá)1 000井次/5 s，實(shí)現(xiàn)了井下工況參數(shù)的自動實(shí)時計(jì)算，為工程技術(shù)人員提供了準(zhǔn)確高效的鉆井實(shí)時分析服務(wù)。

5.8 鉆井復(fù)雜故障智能預(yù)警及處置技術(shù)

將鉆井參數(shù)異常征兆分析與機(jī)器學(xué)習(xí)方法相融合，實(shí)現(xiàn)了井漏、溢流、遇阻卡等井下復(fù)雜故障的分級智能預(yù)警、信息自動推送與在線處置，由“人找異常”轉(zhuǎn)變?yōu)椤爱惓Ｕ胰恕?，可隨時隨地“按需關(guān)注、提前介入”現(xiàn)場復(fù)雜故障，人工監(jiān)測與分析工作量減輕的同時，風(fēng)險控制能力大幅增強(qiáng)。

5.9 基于大數(shù)據(jù)的區(qū)域鉆井優(yōu)化技術(shù)

實(shí)現(xiàn)了地質(zhì)成果、歷史數(shù)據(jù)、實(shí)時數(shù)據(jù)的異構(gòu)多尺度融合，利用大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析、趨勢分析、人工智能分析方法建立了區(qū)域鉆井學(xué)習(xí)曲線，通過對鉆井時效、施工故障等KPI的自動挖掘及相應(yīng)施工參數(shù)的鉆取分析，通過最佳案例的智能推薦和復(fù)用實(shí)現(xiàn)了區(qū)域鉆井方案的持續(xù)優(yōu)化。

5.10 鉆井仿真模擬技術(shù)

通過建立井下三維仿真模型及鉆井工程模擬模型，研發(fā)了基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的臨境式鉆井仿真引擎，實(shí)現(xiàn)融合地質(zhì)環(huán)境參數(shù)與工程參數(shù)相耦合的鉆前模擬，通過在計(jì)算機(jī)上對鉆井設(shè)計(jì)方案的“預(yù)演”和“試鉆”，模擬評價各種方案的潛在風(fēng)險及機(jī)械鉆速，進(jìn)而優(yōu)選最佳鉆井方案，提前制訂風(fēng)險應(yīng)對措施，達(dá)到最優(yōu)化鉆井的目的。

5.11 鉆井全流程在線協(xié)同管控技術(shù)

將鉆井業(yè)務(wù)流程固化于系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)了從設(shè)計(jì)到完井全過程各類信息的自動流轉(zhuǎn)、流程在線審批，以及油公司、施工單位及技術(shù)服務(wù)團(tuán)隊(duì)之間的實(shí)時在線協(xié)同，利用遠(yuǎn)程視頻會議模塊開展在線討論及指揮，提升了跨團(tuán)隊(duì)協(xié)作效率。為300余口重點(diǎn)井提供了遠(yuǎn)程監(jiān)督、技術(shù)分析及專家決策支持，創(chuàng)新了鉆井管理與技術(shù)決策工作模式，為智能鉆井、遠(yuǎn)程控制鉆井奠定了軟件基礎(chǔ)。

6 攻關(guān)建議

全球第1口深井、超深井和特深井都誕生于美國，陸上深井超深井主要集中在得克薩斯州(占一半以上)，海上深井超深井主要集中在墨西哥灣。目前全球有80多個國家能鉆深井，有30多個國家能鉆超深井，表明深層超深層已成為全球油氣資源勘探開發(fā)的重大需求，深井超深井鉆完井技術(shù)已成熟配套。國際先進(jìn)水平的深井超深井鉆完井技術(shù)早已突破12 000 m垂深，鉆機(jī)等主要裝備初步具備15 000 m鉆深能力，正在向自動化、智能化方向發(fā)展。

中國的深井超深井鉆完井技術(shù)與國際水平還有一定差距，當(dāng)前主要面臨兩大任務(wù)：一是圍繞深層超深層油氣勘探開發(fā)需求，以“降本保質(zhì)增效”為目標(biāo)，從“安全提速”入手，不斷打造工程技術(shù)利器，加速技術(shù)迭代和裝備配套，降低復(fù)雜時效，縮短工程周期，支撐油氣勘探開發(fā)的重大發(fā)現(xiàn)和突破；二是，圍繞特深井和深地研發(fā)計(jì)劃，強(qiáng)化安全高效鉆完井基礎(chǔ)研究和重大技術(shù)攻關(guān)，將油氣勘查技術(shù)能力提升到10 000 m及以上，支撐特深井和深地資源規(guī)?；碧脚c效益化開發(fā)。深井超深井鉆完井技術(shù)正在向更深、更快、更經(jīng)濟(jì)、更清潔、更安全、更智能的方向發(fā)展。

6.1 主要攻關(guān)方向

(1) 研制鉆深12 000 m以上的鉆機(jī)、高強(qiáng)度鉆桿及配套裝備，提升鉆完井作業(yè)能力。

(2) 強(qiáng)化地球物理、測井錄井、鉆井工程等多學(xué)科融合，進(jìn)一步準(zhǔn)確預(yù)檢測地層巖體的斷層及地應(yīng)力、縫洞展布、巖性及組分、地層壓力系統(tǒng)等地質(zhì)環(huán)境因素，優(yōu)化鉆完井工程設(shè)計(jì)，保障作業(yè)安全。

(3) 發(fā)展高效破巖長壽命鉆頭及工具、耐高溫隨鉆測量儀器、垂直鉆井工具、固完井工具等井下工具及儀器，提高機(jī)械鉆速和井身質(zhì)量，縮短鉆井周期。

(4) 提高鉆井液、水泥漿、壓裂液等耐高溫能力，提升綜合性能調(diào)控技術(shù)，滿足超高溫超高壓、復(fù)雜地層等需求。

(5) 發(fā)展超深水平井、多分支井、羽狀井等鉆完井技術(shù)，提高儲層鉆遇率、單井產(chǎn)量和最終采收率。

(6) 打造地面作業(yè)、井下測控等一體化平臺，提高鉆完井作業(yè)效率，防控作業(yè)風(fēng)險。

(7) 加快智能鉆完井、仿生井等技術(shù)研發(fā)，支撐油氣井高產(chǎn)和穩(wěn)產(chǎn)。

6.2 主要部署建議

(1) 做好頂層設(shè)計(jì)，科學(xué)制定發(fā)展戰(zhàn)略和規(guī)劃。圍繞國家油氣發(fā)展戰(zhàn)略，立足鉆完井技術(shù)現(xiàn)狀，對標(biāo)國際先進(jìn)水平，明確發(fā)展目標(biāo)和方向。基于頂層設(shè)計(jì)制定發(fā)展戰(zhàn)略和規(guī)劃，按國家和企業(yè)分層次實(shí)施，形成產(chǎn)學(xué)研用一體化研發(fā)體系。國家重點(diǎn)支持基礎(chǔ)前瞻研究和關(guān)鍵共性技術(shù)攻關(guān)，企業(yè)側(cè)重成果轉(zhuǎn)化及推廣應(yīng)用、工藝及裝備配套、解決生產(chǎn)技術(shù)難題等個性化需求。

(2) 強(qiáng)化基礎(chǔ)前瞻研究，著力解決鉆完井關(guān)鍵科學(xué)問題。交叉融合力學(xué)、化學(xué)、機(jī)械、電子、材料、控制等相關(guān)學(xué)科的理論和方法，持續(xù)研究機(jī)理、機(jī)制、規(guī)律、特征等基礎(chǔ)問題，解決鉆完井關(guān)鍵科學(xué)問題，夯實(shí)鉆完井技術(shù)基礎(chǔ)；追蹤鉆完井技術(shù)發(fā)展方向和國際同行先進(jìn)技術(shù)，關(guān)注人工智能與鉆完井的融合，加速推進(jìn)前瞻技術(shù)研究，早日實(shí)現(xiàn)從“跟跑”到“領(lǐng)跑”歷史跨越，引領(lǐng)行業(yè)發(fā)展。

(3) 聚焦關(guān)鍵共性技術(shù)攻關(guān)，全力打造鉆完井核心技術(shù)。圍繞深層超深層油氣勘探開發(fā)重大需求和深井超深井鉆完井技術(shù)瓶頸，集中優(yōu)勢科研力量，聚焦攻關(guān)萬米深井自動化鉆機(jī)、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)、200 ℃隨鉆測量儀器、260 ℃井下工具及鉆井液水泥漿等關(guān)鍵共性技術(shù)，發(fā)展完善深井超深井鉆完井技術(shù)，突破特深井和深地鉆完井技術(shù)瓶頸。

(4) 推廣應(yīng)用新技術(shù)及裝備配套，提升勘探開發(fā)保障力。加快井震融合鉆井技術(shù)、井下自動化安全監(jiān)控等新技術(shù)現(xiàn)場試驗(yàn)，推廣應(yīng)用高效鉆頭及提速工具、175 ℃/185 ℃隨鉆測量及地質(zhì)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)、防漏堵漏及井筒強(qiáng)化、高溫高密度鉆井液及泡沫水泥漿、測試資料解釋及產(chǎn)能評價等成熟技術(shù)，配套升級深井高效鉆機(jī)、精細(xì)控壓鉆井等鉆完井裝備及工具，不斷打造工程技術(shù)利器，解決支撐油氣勘探開發(fā)的鉆完井技術(shù)難題，以“降本保質(zhì)增效”為目標(biāo)持續(xù)提升保障力。