中國石化石油工程技術(shù)新進展與發(fā)展建議

路保平

（中國石化石油工程技術(shù)研究院，北京102206）

“十三五” 以來，中國石化針對深層特深層油氣勘探開發(fā)中存在的鉆井風險大、鉆井周期長，致密氣藏單井產(chǎn)量低、難動用儲量動用率低，頁巖氣儲層單井產(chǎn)量低、綜合成本高，超高溫高壓隨鉆測量儀器和旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)受國外制約等關(guān)鍵難題[1-3]，持續(xù)加大科技攻關(guān)力度，創(chuàng)立了地質(zhì)環(huán)境因素精細描述技術(shù)、研制了175/185℃高溫隨鉆測量系統(tǒng)、近鉆頭伽馬成像系統(tǒng)、高效鉆井提速工具和井下流體，形成了特深層、頁巖氣和低滲致密氣藏鉆井完井、高溫高精度隨鉆測控、精細錄井和高效儲層改造等關(guān)鍵技術(shù)，為順北特深油氣勘探發(fā)現(xiàn)及產(chǎn)能建設(shè)、涪陵百億方頁巖氣田、威-榮深層頁巖氣和華北致密氣開發(fā)等提供了技術(shù)保障[4-6]。

1 石油工程技術(shù)新進展

近年來，中國石化圍繞油氣勘探開發(fā)需要和關(guān)鍵技術(shù)裝備需求，開展了深層特深層安全高效鉆井、復(fù)雜油氣藏精細識別評價、特殊儲層改造以及高端工具裝備儀器等方面的研究，突破了深井安全鉆井、深井鉆井提速、高溫高壓隨鉆測控和復(fù)雜儲層高效壓裂等技術(shù)瓶頸，推進了關(guān)鍵技術(shù)裝備國產(chǎn)化進程，促進了穩(wěn)油增氣降本[7-9]。

1.1 鉆井地質(zhì)環(huán)境因素精細描述技術(shù)

為了準確預(yù)測與精細描述鉆井地質(zhì)環(huán)境因素，降低鉆井作業(yè)風險，減少井下復(fù)雜情況和故障，為科學(xué)鉆井、地質(zhì)工程一體化提供依據(jù)，開展了深層碳酸鹽巖地層壓力預(yù)測、巖石力學(xué)動態(tài)表征等技術(shù)研究，創(chuàng)新發(fā)展了鉆井地質(zhì)環(huán)境因素描述理論和方法，解決了鉆井地質(zhì)環(huán)境因素描述不系統(tǒng)、不連續(xù)、精度低和周期長等問題，實現(xiàn)了由以測試為主的傳統(tǒng)描述方法向以井震信息為主的綜合描述方法的跨越。針對常規(guī)巖石力學(xué)參數(shù)表征方法中未充分考慮鉆井過程中和井眼形成后地層環(huán)境變化及地層交互耦合作用的影響，從而導(dǎo)致計算精度低的問題，建立了復(fù)雜工程環(huán)境下巖石力學(xué)參數(shù)動態(tài)變化規(guī)律表征方法，計算精度達到90%以上。針對碳酸鹽巖地層孔隙壓力成因機制復(fù)雜，以壓實理論為基礎(chǔ)的地層壓力預(yù)測方法不再適用的問題，提出了基于孔隙流體聲速、成因貢獻和壓差響應(yīng)的孔隙壓力預(yù)測、監(jiān)測和檢測方法，精度分別達到92%，95%和96%，實現(xiàn)了碳酸鹽巖孔隙壓力預(yù)測的重大突破[10]。針對泥頁巖、干熱巖和凍土等鉆井過程中井壁穩(wěn)定控制效果差的難題，建立了基于多場耦合的泥頁巖地層井壁坍塌周期評價方法、熱-流-固多場耦合作用的干熱巖井筒圍巖穩(wěn)定性分析方法和基于熱-固耦合作用機制的凍土層井壁穩(wěn)定評價方法，形成了復(fù)雜地層井壁穩(wěn)定技術(shù)[11]。針對復(fù)合鉆井方式缺少合適鉆井基礎(chǔ)數(shù)據(jù)描述方法的問題，建立了經(jīng)典鉆速模型和大數(shù)據(jù)深度融合的鉆速敏感因素定量評價方法，實現(xiàn)了地質(zhì)環(huán)境因素、機械參數(shù)、水力參數(shù)、井眼工程環(huán)境等47種影響因子的敏感性定量分析。

1.2 深井、復(fù)雜結(jié)構(gòu)井安全高效鉆井完井技術(shù)

1）深井特深井鉆井完井技術(shù)。針對塔里木盆地、四川及周緣地區(qū)深井特深井鉆井機械鉆速低、鉆井周期長和施工風險大等重大技術(shù)難題，開展了深井特深井優(yōu)快鉆井、鉆井提速工具研制等方面的研究[12]。形成了井震融合指導(dǎo)鉆井技術(shù)（基本原理見圖1），突破了鉆頭前方未鉆地層超前描述難題，實現(xiàn)了鉆井工程地質(zhì)環(huán)境隨鉆評價、技術(shù)方案動態(tài)優(yōu)化和鉆井風險的實時防控，現(xiàn)場應(yīng)用30余口井，復(fù)雜故障時效同比降低37.3%[13]。構(gòu)建了基于拓寬安全密度窗口、減少套管層次的井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，順北油氣田探井井身結(jié)構(gòu)由六開優(yōu)化為五開，開發(fā)井井身結(jié)構(gòu)由六開優(yōu)化為四開，完鉆井眼直徑擴大至143.9mm，提高了井眼定向效率和井下復(fù)雜情況處理能力。提出了硬地層鉆井提速 “合適的鉆頭、足夠的破巖能量和鉆頭穩(wěn)態(tài)工況” 的三要素理念，研制了高效PDC鉆頭、抗高溫長壽命大扭矩螺桿、液動射流沖擊器等新型提速工具，形成了超深小井眼鉆井提速技術(shù)，可使硬地層平均機械鉆速提高40%以上。研制了線性壓降調(diào)控節(jié)流閥，創(chuàng)立了四參量、四級反饋的井底壓力控制方法，開發(fā)了高溫隨鉆封縫堵氣、氣滯塞和縫洞型儲層鉆井安全控制技術(shù)，井下溢流監(jiān)測的發(fā)現(xiàn)流量最小為80L，壓力波動控制精度小于0.25MPa，現(xiàn)場應(yīng)用效果突出，氣侵量減少超過90%、氣竄速度降低超過75%[14-15]。開發(fā)了基于鉆井地質(zhì)環(huán)境因素的鉆井設(shè)計軟件和石油工程遠程決策支持系統(tǒng)，實現(xiàn)了關(guān)鍵環(huán)節(jié)、重點技術(shù)方案的遠程決策與指導(dǎo)。研制了增強型高承壓膠筒和可回收、可重復(fù)坐封、雙向錨定機械式測試封隔器，開發(fā)了斷溶體試井分析模型及軟件，實現(xiàn)了溶洞數(shù)量、溶洞體積、裂縫體積和儲層特性等關(guān)鍵參數(shù)的定量描述，測試符合率大于85%。 “十三五” 期間，中國石化累計完成井深 6000m 以深超深井 345 口，其中井深 7000m 以深超深井58口，井深8000m以深特深井36口（其中順北 53-2H井的完鉆井深8874.40m，垂深8157.98m），12 次打破亞洲陸上井深紀錄，保證了順北油氣田特深層和四川深層油氣的高效勘探和產(chǎn)能建設(shè)[16]。

圖1 井震融合指導(dǎo)鉆井技術(shù)基本原理Fig.1 Basic principle of well-seismic fusion guiding drilling technology

2）復(fù)雜結(jié)構(gòu)井鉆井完井技術(shù)。圍繞頁巖油氣和致密油氣提高單井產(chǎn)量、降低綜合成本的需要，開展了超深水平井、長水平段水平井、多底井鉆井完井技術(shù)研究，形成了大位移水平井降摩減阻、井眼軌跡精準控制、長水平段水平井鉆井提速等關(guān)鍵技術(shù)，完善了復(fù)雜結(jié)構(gòu)井鉆井完井技術(shù)鏈，具備了垂深8000m、井深9000m超深水平井鉆井完井能力[17-18]。針對順北油氣田超深水平井定向難題，研制了185℃高溫高壓MWD、低壓耗渦輪式水力振蕩器、混合鉆頭和尖圓齒 PDC 鉆頭，開發(fā)了耐溫 180℃、扭矩＞2000N·m的小尺寸大功率螺桿鉆具和環(huán)保低摩阻鉆井液體系，形成了超深水平井鉆井完井配套技術(shù)，支撐了順北油氣田特深層油氣開發(fā)，9次創(chuàng)造亞洲陸上超深水平井井深紀錄。其中順北71X井（井深8542m）鉆井周期132d，創(chuàng)井深8000m以深超深井鉆井周期最短紀錄。針對川渝等地區(qū)長水平段水平井鉆井摩阻大、鉆具托壓嚴重、水平段延伸困難等技術(shù)難題[19]，研制了變徑穩(wěn)定器等鉆井工具，形成了水平段長度3000m以上超長水平段水平井鉆井技術(shù)，2020年涪陵頁巖氣井完鉆井一趟鉆比例達40%，樁129-1HF井一趟鉆水平位移進尺長達3168.78m。針對老油田剩余油挖潛和溶洞型油氣藏提高單井產(chǎn)量等技術(shù)難題，研制了TAML五級分支井完井系統(tǒng)、分支井壁掛式懸掛器和遇油遇水自膨脹完井工具，形成了超短半徑多分支水平井鉆井完井技術(shù)，TAML五級分支井實現(xiàn)了機械支撐、液壓密封和選擇性重入功能[20]。形成了水力噴射井下轉(zhuǎn)向和徑向深穿透技術(shù)，單井最多鉆孔12個，單孔最長達100m。研制了連續(xù)油管側(cè)鉆井下工具串及地面控制系統(tǒng)，耐溫125℃，耐壓105MPa，扭矩 1200N·m，形成了導(dǎo)斜、鉆進、信息傳輸和定向等配套技術(shù)，G04-19N18井連續(xù)油管側(cè)鉆進尺209m，較傳統(tǒng)側(cè)鉆施工開窗時效提高33%，鉆進時效提高200%。研發(fā)了旋流流道式自適應(yīng)節(jié)流控制器，開發(fā)了自適應(yīng)調(diào)流控水完井技術(shù)，在塔河油田深層碎屑巖儲層應(yīng)用超過30井次，無水采油期延長711d，含水率平均降低18% 以上，累計增油超過 10×104t[21-23]。

1.3 特色鉆井液技術(shù)

為了滿足深層特深層、易漏失地層和環(huán)境敏感地區(qū)安全高效鉆井需要，基于鉆井液關(guān)鍵處理劑研發(fā)，形成了高溫高密度、低密度、耐高溫、強抑制等鉆井液體系[24-25]。超高溫高密度鉆井液體系耐溫達240℃、密度達2.40kg/L，創(chuàng)出了鉆井液應(yīng)用溫度最高、超高溫定向井最深等多項紀錄[26]。低黏高切油基鉆井液、低油水比油基鉆井液和高溫高密度油基鉆井液體系，耐溫最高 220℃、密度最高 2.50kg/L，油水比最低60/40，在涪陵、威榮、西北等地區(qū)進行了推廣應(yīng)用，支撐了復(fù)雜油氣藏的高效勘探開發(fā)[25]。高性能水基鉆井液體系密度高達2.30kg/L、極壓潤滑系數(shù)最低達0.08，滾動回收率大于98%，在涪陵、威榮等頁巖氣田進行了推廣應(yīng)用，減少了油基鉆井液對環(huán)境的污染，降低了頁巖氣開發(fā)綜合成本[27]。抗高溫環(huán)保鉆井液體系抗溫 150℃、生物毒性 EC50達 56800mg/L。鉆井液不落地隨鉆治理技術(shù)將鉆井液廢棄物總量降低50%以上，鉆井液回收再利用技術(shù)使鉆井液回用率達到98%，滿足了灘海、濕地等環(huán)境敏感區(qū)域的鉆井需要。變形封堵、交聯(lián)堵漏、固結(jié)堵漏、觸變堵漏等系列堵漏技術(shù)，有效解決了破碎地層、縫洞地層、裂縫地層和衰竭性油氣層的承壓堵漏難題[28]。

1.4 復(fù)雜地層固井技術(shù)

為了滿足深井超深井、長水平段水平井和易漏失地層固井的需要，研制了關(guān)鍵水泥處理劑與固井工具，形成了防漏、防竄、超深井固井技術(shù)，全面提高了固井質(zhì)量。研制了一體化泡沫注氮設(shè)備，開發(fā)了高效發(fā)泡劑和高強度泡沫水泥漿體系，形成了泡沫水泥漿固井技術(shù)，實現(xiàn)了注氣、增壓、混配一體化，水泥漿密度最低0.70kg/L，在涪陵、南川、東北龍鳳山、蘇格里等油氣田應(yīng)用60多井次，固井質(zhì)量優(yōu)質(zhì)率90%以上，解決了低壓漏失層固井難題[29]。改性低密度水泥漿體系在塔河油田主體區(qū)塊及順北油氣田約應(yīng)用400口井，單井固井成本降低50萬元以上。建立了水泥漿失重氣竄預(yù)測方法和分段壓穩(wěn)設(shè)計模型，開發(fā)了抗溫200℃彈韌性水泥漿體系（最高密度2.82kg/L）、非滲透防氣竄水泥漿體系和膠乳/液硅增強型抗高溫防氣竄水泥漿體系，形成了 “控壓” 防氣竄固井技術(shù)，在順北鷹1井、川深1井等高壓油氣井應(yīng)用30余井次，固井質(zhì)量合格率100%，優(yōu)良率90%以上。研制了全尺寸水泥環(huán)密封完整性模擬評價裝置，建立了水泥環(huán)密封失效評價方法，開發(fā)了水泥環(huán)密封能力評價軟件，研發(fā)了自愈合、彈韌性等多種水泥漿體系及固井工藝，并在頁巖氣井固井中進行了推廣應(yīng)用，使氣井環(huán)空帶壓比例降至8.8%（見圖2），減少了環(huán)空帶壓給安全生產(chǎn)帶來的隱患。研發(fā)了基于SCKL改性硅鋁的超高溫水泥漿體系，在青海共和GH01干熱巖井進行了現(xiàn)場應(yīng)用，固井質(zhì)量優(yōu)質(zhì)。研制了內(nèi)嵌卡瓦尾管懸掛器、雙防尾管懸掛器、無限極大排量尾管懸掛器和V0級耐高溫高壓封隔器等固井工具，實現(xiàn)了尾管懸掛器大懸重、防硫防酸、氣密封、可旋轉(zhuǎn)和大排量循環(huán)的功能，創(chuàng)出了應(yīng)用井深最深 8725m、懸掛質(zhì)量最大 264t、井底最高溫度241℃、旋轉(zhuǎn)時間最長22h等一系列紀錄。V0級耐高溫高壓固井封隔器在204℃溫度下氣密封能力達到70MPa，實現(xiàn)了技術(shù)突破，擺脫了對國外同類工具的依賴。

圖2 涪陵頁巖氣井環(huán)空帶壓比例變化Fig.2 Variation of annular pressure ratio in Fuling shale gas well

1.5 高端測控技術(shù)

為了滿足復(fù)雜油氣藏精細測控的需求，開展了高溫測量、隨鉆高精度成像測井和地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)研究，推進了高端測控技術(shù)進步[30-31]。研制了耐溫230℃、抗壓 160MPa、φ70.0mm 的耐高溫小直徑常規(guī)測井儀和耐溫 200℃、抗壓 207MPa、φ88.9mm 電纜/鉆具直推存儲式雙功能測井儀，在順北、川渝等地區(qū)40余口深井超深井應(yīng)用，成功率達100%[32]。開發(fā)了偶極橫波遠探測儀器，建立了以 “宏觀、微觀和滲流力學(xué)” 3大類參數(shù)為主的低孔低滲致密 “九性關(guān)系” 和層內(nèi)模式細分為基礎(chǔ)的儲層綜合評價技術(shù)，形成了巖石激發(fā)極化電位測井技術(shù)，在焦石壩區(qū)塊進行了成功應(yīng)用，TOC、孔隙度、含氣量等儲層參數(shù)計算準確率達95%以上，地層壓力預(yù)測準確率90%以上[33]。在國內(nèi)率先研制出近鉆頭伽馬成像系統(tǒng)，測點距離鉆頭0.5m，伽馬測量范圍0～1200API，具有 8 扇區(qū)實時成型、16 扇區(qū)存儲成像功能，單趟最長工作時間 213h、最大進尺 973m，一次測井成功率100%，優(yōu)質(zhì)儲層鉆遇率100%[34]。研制了分辨率10mm的隨鉆高分辨率電阻率成像系統(tǒng)，電阻率測量范圍 0.2～2000.0Ω·m，可提供全井筒360°微電阻率圖像[35-36]。開發(fā)了耐溫150℃、最大傳輸速率12bit/s的鉆井液脈沖和電磁信號雙模式傳輸一體化隨鉆測量系統(tǒng)，可實現(xiàn)鉆井液脈沖與電磁信號的實時切換，該系統(tǒng)與電磁信號隨鉆測量系統(tǒng)在川西、涪陵等地區(qū)共應(yīng)用58口井，測量精度達95%以上，解決了多種鉆井液介質(zhì)和雙信道的實時測量技術(shù)難題，拓展了氣體/霧化鉆井技術(shù)在定向井、水平井中的應(yīng)用范圍[37]。自主研制了常規(guī)造斜率和高造斜率2類旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)，已應(yīng)用14口井，累計進尺超過6000m，在焦頁70-S1HF井順利完成1922m水平段的鉆進作業(yè)，為頁巖氣提速降本提供了新手段。建立了地質(zhì)甜點和工程甜點評價模型，形成了頁巖油氣甜點評價技術(shù)，在涪陵、南川等地區(qū)進行了應(yīng)用，參數(shù)計算符合率大于90%，地質(zhì)甜點和工程甜點預(yù)測精度大于85%[38]。建立了基于大數(shù)據(jù)的地層三維精細預(yù)測方法，形成了水平井隨鉆實時評價和井下三維可視化鉆井導(dǎo)航技術(shù)，實現(xiàn)了鉆頭位置的精確定位和儲層邊界距離的實時反演，在涪陵、南川、東勝等油氣田應(yīng)用489口井，優(yōu)質(zhì)儲層鉆遇率大于90%[39]。

1.6 精細錄井技術(shù)

為了提高復(fù)雜巖性及非常規(guī)儲層物性、孔隙流體的識別精度，開發(fā)了頁巖油氣快速評價、高分辨率核磁共振錄井、激光錄井、巖屑聲波錄井等多項錄井新技術(shù)，實現(xiàn)了儲層特性的精細評價[40]。針對海相頁巖氣，建立了基于元素錄井的小層劃分、伽馬峰識別、伽馬峰位置判別等地質(zhì)導(dǎo)向模型，形成地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)，A靶點入窗率100%、靶體鉆遇率98%。針對PDC鉆頭、熒光鉆井液等復(fù)雜工程條件及低滲透、低氣油比等復(fù)雜地質(zhì)條件，研制了鉆井液核磁共振在線錄井儀和便攜式多維核磁共振分析儀，建立了不同鉆井液體系下的地層油一維、二維核磁共振判識與評價、油基鉆屑含油率評價、非常規(guī)儲層物性及孔隙流體精細識別與評價模型，實現(xiàn)了聚磺、混油、油基鉆井液條件下的地層油識別、原油密度及地層含油量評價、納米孔儲層的油水信號識別與飽和度評價，地層含油性識別準確率達100%[41]。針對降本增效的需求，研發(fā)了激光誘導(dǎo)擊穿光譜（LIBS）、激光掃描共聚焦和拉曼激光氣體分析儀，分別實現(xiàn)了元素的快速檢測、孔隙的立體展示和氣體的實時分析。針對巖石力學(xué)的實時性需求，研制了巖屑超聲波錄井分析儀，采用反射和透射2種方式測量巖屑的縱波波速和橫波波速，與實驗室測量結(jié)果對比，測量精度大于90%[32]。

1.7 特殊儲層改造技術(shù)

針對頁巖油氣、致密油氣和特深層油氣藏改造的需要，開展了壓裂材料、分段壓裂工具及壓裂工藝研究，形成了頁巖氣體積壓裂技術(shù)、薄互層多層細分壓裂技術(shù)、深層碳酸鹽巖儲層酸壓技術(shù)和干熱巖體積壓裂技術(shù)，為增儲上產(chǎn)、提高單井產(chǎn)量提供了技術(shù)保障[42]。

1）頁巖氣體積壓裂技術(shù)[43-45]。建立了頁巖氣地質(zhì)工程一體化體積壓裂優(yōu)化設(shè)計方法，開發(fā)了多功能滑溜水、酸性滑溜水、剪切增稠滑溜水低等壓裂液體系，研制了大通徑橋塞、全溶橋塞和可開關(guān)滑套等分段壓裂工具，研發(fā)了參數(shù)優(yōu)化控制和壓后評估技術(shù)，形成了中深層頁巖氣體積壓裂、深層頁巖氣多尺度體積壓裂、湖相頁巖氣穿層體積壓裂、常壓頁巖氣控縫壓裂和井工廠協(xié)同體積壓裂等壓裂技術(shù)，具備了井深 5000m 以淺、水平段長 3000m、分段壓裂30段以上和多井臺協(xié)同壓裂的能力。中深層頁巖氣壓裂技術(shù)有力支撐了涪陵百億方產(chǎn)能建設(shè)；丁頁4側(cè)鉆水平井應(yīng)用深層頁巖氣多尺度體積壓裂技術(shù)，壓裂后初期產(chǎn)量 20.56×104m3/d，實現(xiàn)了深層頁巖氣勘探的突破；泰頁側(cè)1井應(yīng)用湖相頁巖氣穿層體積壓裂技術(shù)，實現(xiàn)了陸相頁巖油氣產(chǎn)量新突破；多井臺協(xié)同壓裂技術(shù)在焦頁10、焦頁27、威頁37和隆頁1等多個平臺進行了應(yīng)用，創(chuàng)出了單日單機組壓裂8段的紀錄。

2）深層碳酸鹽巖儲層酸壓技術(shù)[46]。研制了耐溫180℃膠凝酸體系和耐溫165℃交聯(lián)酸體系，開發(fā)了 “非均勻刻蝕+自支撐+暫堵轉(zhuǎn)向” 的深穿透高導(dǎo)流酸壓工藝，在順北油氣田應(yīng)用了26口井，酸蝕裂縫長度140m以上，裂縫導(dǎo)流能力提高30%，儲集體溝通率由50%提到78%，其中順北71X井酸壓后初期原油產(chǎn)量達到460m3/d。

3）薄互層多層細分壓裂技術(shù)。針對老油區(qū)開發(fā)后期高含水、油層和隔層薄、儲量不能有效動用的問題，開發(fā)了以 “多層改造優(yōu)化設(shè)計、縫高控制技術(shù)、控水壓裂液及分層壓裂工藝” 為核心的壓裂工藝，并在安棚油田水平井進行了推廣應(yīng)用，壓裂后產(chǎn)量是鄰區(qū)的2.3倍。

4）干熱巖體積壓裂技術(shù)[47-48]。開展了干熱巖破裂特征及裂縫延伸規(guī)律試驗研究，初步形成了干熱巖體積壓裂技術(shù)，并進行了國內(nèi)第一口干熱巖井壓裂試驗，累計注入液量 1466.6m3，壓裂后吸水能力增加3.7倍。通過地面測斜儀、地面微地震和廣域電磁法綜合監(jiān)測和對比，該井熱儲改造形成了包含壓裂裂縫和天然裂隙帶的復(fù)雜裂縫體系，大幅提高了目標儲層花崗巖的換熱體積。

1.8 海洋油氣工程配套技術(shù)

針對海外和南海深水鉆井的需要，開展了極地/冷海鉆井技術(shù)研究，形成了鉆井完井風險評估與控制、凍土層安全鉆井、深水鉆井完井工程方案設(shè)計、浮式鉆井裝置選擇、導(dǎo)管噴射下入、井控工藝、深水低溫鉆井液和深水低溫固井等關(guān)鍵技術(shù)，為西非、南美等海外區(qū)塊海洋油氣勘探開發(fā)提供了技術(shù)支撐。針對潿西區(qū)塊井眼失穩(wěn)、機械鉆速低、高滲儲層污染嚴重等問題，研究形成了以孔隙壓力預(yù)測、井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化、井壁穩(wěn)定、高效鉆頭、提速工具和一趟鉆技術(shù)等為核心的海洋高效鉆井完井技術(shù)，研發(fā)了無固相甲酸鹽完井液、MO-DRILL油基鉆井液和油基鉆井液巖屑處理技術(shù)，建立了以井筒清潔潤滑、射孔校深、井筒完整、儲層保護、油藏改造和生產(chǎn)管柱優(yōu)化為核心的水平井開發(fā)工程配套技術(shù)，為潿洲油田勘探開發(fā)和產(chǎn)能建設(shè)方案優(yōu)化提供了技術(shù)保障。同時，開展了天然氣水合物技術(shù)研究，研發(fā)了海洋天然氣水合物保溫保壓取心技術(shù)及工具[49]，在中國南海水深 1310m、泥線以下 100～123m 水合物富集層完成13回次的保壓取心作業(yè)，保壓最高 12.01MPa，現(xiàn)場點火成功。

1.9 儲氣庫建設(shè)工程配套技術(shù)

針對枯竭氣田地層壓力低、易漏失、井筒封閉性能要求高、固井難度大等技術(shù)難題，研制了抗鹽微膨脹彈韌性水泥漿、水包油/微泡沫鉆井液、耐高溫緩膨氣密封封堵劑和注采完井工具，開發(fā)了蓋層井筒封閉性評價技術(shù)、老井封堵與評價技術(shù)，形成了枯竭氣田儲氣庫建設(shè)工程配套技術(shù)和標準體系，鉆井液漏失量降低52.3%，產(chǎn)層固井質(zhì)量合格率100%，蓋層段固井質(zhì)量優(yōu)良率由8.9%提高至62.8%，保證了文23儲氣庫一期建設(shè)順利完工，為國內(nèi)類似儲氣庫建設(shè)提供了借鑒[50]。針對鹽穴儲氣庫溶洗建腔和注采氣過程中，腔體易產(chǎn)生塑性變形、注采井載荷交變等技術(shù)難題，開展了井斜控制、近平衡壓力鉆井、鹽水鉆井液和鹽水塑性水泥漿等技術(shù)研究，形成了多厚夾層垮塌鹽層水溶建腔、厚夾層垮塌控制、頂板保護、管柱變形預(yù)防及井下故障處理等關(guān)鍵技術(shù)，有效保障了鹽穴儲氣庫的建設(shè)與運營。

1.10 自動化石油裝備

為了滿足油氣勘探開發(fā)的需求，提高作業(yè)效率，加大了自動化裝備的研發(fā)力度[51]。研制了7000m全電動鉆機和鐵鉆工、動力貓道、鉆柱自動排放裝置、緩沖機械手等配套設(shè)備，開發(fā)了司鉆集成控制系統(tǒng)和智能化鉆井參數(shù)儀表，實現(xiàn)了鉆井操作的自動化、數(shù)字化和人機交互，降低了作業(yè)人員的勞動強度，起下鉆時間較常規(guī)鉆機作業(yè)縮短30%左右。研制了鉆井液不落地裝備，在不改變鉆井液體系、不添加鉆井液處理劑的情況下，實現(xiàn)了鉆井液固相廢棄物脫液干化、液體重復(fù)利用、廢棄鉆井液及鉆屑不落地等隨鉆處理一體化，徹底去掉大循環(huán)池，實現(xiàn)全排量和全井段處理，平均單井鉆井液消耗量降低40%以上[52-53]。研制了2500型固井車、1600型電動固井車和自動混漿網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控等固井裝備，形成了車裝、橇裝、拖掛等多種模式，最高施工壓力140MPa、排量1.3～4.2m3/min，具有井口參數(shù)遠程監(jiān)測和自動混漿控制的能力。研制了3000型壓裂車、5000型電動壓裂裝備和自動化混砂車，其中3000型壓裂車最大功率2205kW，最高工作壓力140MPa，最大排量 4.2m3/min，具有遠程控制、自動混砂和網(wǎng)絡(luò)自動控制的能力，可滿足山區(qū)受限井場、超高壓施工作業(yè)需求[54]。

2 石油工程技術(shù)存在的主要問題

隨著油氣勘探開發(fā)由中深層向深層特深層、由常規(guī)向非常規(guī)（頁巖油氣、致密油氣和天然氣水合物等）、由陸上向海洋與極地延伸，能源革命的不斷推進，以及人工智能、區(qū)塊鏈、云計算、大數(shù)據(jù)、5G技術(shù)與石油工程技術(shù)的不斷融合，要實現(xiàn)油氣高效勘探、效益開發(fā)和高質(zhì)量發(fā)展，石油工程技術(shù)還面臨諸多挑戰(zhàn)、存在很多不足。

2.1 深層特深層石油工程技術(shù)裝備能力不足

中國石化深層特深層油氣資源區(qū)主要分布在塔里木盆地、準噶爾盆地、四川及周緣地區(qū)，油氣資源當量約為90×108t，是主要的油氣增儲上產(chǎn)區(qū)， “十三五” 期間，其油氣探明儲量分別占中國石化石油、天然氣勘探總量的36%和52%。由于儲層埋藏深、地層復(fù)雜、井底溫度高、壓力體系復(fù)雜，對鉆井裝備性能要求高，而目前我國深井特深井鉆井完井工具、儀器的整體性能不強，難以滿足鉆井、測量、測試的要求，導(dǎo)致鉆井速度慢、井下故障多、鉆井周期長、安全風險大、施工成本高、降本難度大。例如，順北第五斷裂帶，儲層埋藏特深（7500～8800m）、井底溫度和壓力高（溫度＞160℃、壓力＞90MPa）、地層硬（巖石強度 100～250MPa）。

2.2 非常規(guī)油氣開發(fā)降本增效難度大

中國石化頁巖油氣等非常規(guī)油氣資源主要分布在四川及周緣、華北、西北等地區(qū)，儲量大，是未來油氣的主要接替區(qū)。目前，深層頁巖氣工程周期長、成本高，經(jīng)濟有效開發(fā)難度很大；常壓頁巖氣工程成本高，單井產(chǎn)能低，壓裂改造有效期短，難以實現(xiàn)規(guī)模效益開發(fā)；頁巖油單井產(chǎn)能低、遞減快，經(jīng)濟效益差。例如，2020年威榮深層頁巖氣井單井鉆井周期 80.4d，而北美 Utica 地區(qū)水平段長 5600～6000m 的頁巖氣水平井鉆井周期僅約 18.0d，與之相比我國深層頁巖氣井鉆井速度相差甚遠。目前，我國高性能鉆頭、長壽命提速工具和旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)等關(guān)鍵鉆井設(shè)備缺乏或性能不高，難以滿足非常規(guī)油氣開發(fā)提速、提產(chǎn)和降本的需求。

2.3 復(fù)雜油氣藏穩(wěn)產(chǎn)增效工程技術(shù)還不完善

復(fù)雜油氣藏及老油田主要包括勝利、中原、江蘇、河南和江漢等油氣田，是中國石化油氣勘探開發(fā)的主陣地，開發(fā)中面臨采出程度大、綜合含水高、儲層薄、儲層類型多、非均質(zhì)性強和油水關(guān)系復(fù)雜等挑戰(zhàn)。例如，勝利、中原和江蘇等油田可采儲量采出程度達到81.9%、綜合含水率達到91%，難動用儲量具有低壓、低滲、低豐度、低產(chǎn)量的特點。現(xiàn)有穩(wěn)產(chǎn)增效工程技術(shù)還不能有效識別和評價剩余油分布、降低油氣開發(fā)成本，實現(xiàn)復(fù)雜油氣藏及老油田的提產(chǎn)、提效和經(jīng)濟開發(fā)，還需要進行剩余油精細描述、提高單井產(chǎn)量、提高采收率、降低開發(fā)成本等方面的技術(shù)攻關(guān)。

2.4 自動化智能化工程技術(shù)研究仍處于起步階段

大數(shù)據(jù)、人工智能、納米材料、智能材料等高新技術(shù)快速發(fā)展，正在催生新一輪科技及產(chǎn)業(yè)革命，據(jù)國際能源署（IEA）預(yù)測，到2030年數(shù)字技術(shù)可將全球油氣技術(shù)可采資源量增加750×108t油當量、勘探開發(fā)成本降低16%。因此，依靠技術(shù)創(chuàng)新，推動石油工程技術(shù)數(shù)字化、智能化轉(zhuǎn)型，對于實現(xiàn)勘探開發(fā)突破至關(guān)重要。目前，中國石化基于大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)的石油工程技術(shù)研究正處于初級階段，信息化程度較低，自動化鉆井完井技術(shù)裝備能力有限，還未形成高效協(xié)同工作機制和信息共享平臺，智能化鉆井系統(tǒng)、智能導(dǎo)向系統(tǒng)、智能流體和智能精準壓裂等還處于概念階段。石油工程技術(shù)在信息化、數(shù)字化、自動化和智能化方面遠低于其他行業(yè)。

3 石油工程技術(shù)發(fā)展展望

“十四五” 是我國轉(zhuǎn)變發(fā)展方式、優(yōu)化經(jīng)濟結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)變增長動力的關(guān)鍵期，中國石化確立了以能源資源為基礎(chǔ)，以潔凈能源和合成材料為兩翼，以新能源、新經(jīng)濟、新領(lǐng)域為重要增長點的 “一基兩翼三新” 發(fā)展格局，努力實現(xiàn)更高質(zhì)量、更有效益的發(fā)展。為此，必須大力實施創(chuàng)新驅(qū)動戰(zhàn)略，大力提升自主創(chuàng)新能力，實現(xiàn)石油工程核心技術(shù)的突破，全面提升石油工程技術(shù)裝備水平，為中國石化穩(wěn)油增氣降本提供強力的技術(shù)支撐。

3.1 加大重點基礎(chǔ)前瞻技術(shù)攻關(guān)

1）圍繞順北順南特深層油氣高效勘探開發(fā)，開展高溫高壓特深硬地層失穩(wěn)規(guī)律與巖石破碎機理研究，解決井筒強化和鉆井提速的基礎(chǔ)問題。2）以深層頁巖油氣、致密油氣為對象，研究流固熱多重耦合下巖石微觀力學(xué)特征及裂縫延伸規(guī)律，解決高效鉆井、縫網(wǎng)壓裂難題。3）深化人工智能、微電子、新材料（量子、納米、石墨烯、智能）等與石油工程技術(shù)的融合研究，開發(fā)隨鉆智能油氣識別、智能監(jiān)測、智能流體和智能壓裂技術(shù)，培育自動化智能化石油工程技術(shù)。4）探索微波、沖擊波、超高壓破巖，納米機器人油藏探測，頁巖油原位改質(zhì)和井下油水分離等技術(shù)，為科技創(chuàng)新和顛覆技術(shù)培育提供支撐。

3.2 形成油氣高效開發(fā)關(guān)鍵工程技術(shù)體系

1）攻克特深井鉆井完井關(guān)鍵技術(shù)，完善 12000m鉆機及配套裝備、超高溫高壓測量工具和高性能提速工具，形成成熟完善的 9000～10000m 特深井鉆井完井技術(shù)體系，具備萬米以上特深井鉆井完井能力。2）攻克長水平段水平井鉆井提速技術(shù)、致密砂巖氣藏高效壓裂及高導(dǎo)流復(fù)合壓裂技術(shù)，形成致密氣藏 “井工廠” 立體開發(fā)技術(shù)、油氣精細描述與評價技術(shù)和高含水老油田提高采收率技術(shù)，提升 “一趟鉆” 鉆井技術(shù)水平，降低開發(fā)成本，實現(xiàn)致密砂巖氣藏高效開發(fā)。3）完善深層頁巖氣高效鉆井完井技術(shù)、常壓頁巖氣低成本高效鉆井技術(shù)、陸相頁巖氣優(yōu)快鉆井技術(shù)，研究攻關(guān)深層頁巖氣大型 “井工廠” 精細控壓壓裂、常壓頁巖氣少段多簇均質(zhì)高效縫網(wǎng)壓裂、海陸過渡相多層系頁巖氣高效壓裂關(guān)鍵技術(shù)，大幅縮短頁巖氣井鉆井完井周期，降低開發(fā)成本，實現(xiàn)頁巖油氣經(jīng)濟高效開發(fā)。4）突破頁巖油開發(fā)工程技術(shù)瓶頸，研究攻關(guān)頁巖油原位改質(zhì)、高密度 “井工廠” 立體高效鉆井完井和頁巖油儲層保護技術(shù)，為頁巖油規(guī)模經(jīng)濟開發(fā)提供技術(shù)支撐。

3.3 高端技術(shù)產(chǎn)品實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化

1）開發(fā)高端油田化學(xué)材料與流體體系，形成高溫超高密度鉆井完井流體、生態(tài)流體、智能流體和特殊鉆井完井流體（超高溫、極低溫、納米、超分子、智能材料），滿足復(fù)雜地質(zhì)條件下鉆井完井作業(yè)對綠色環(huán)保高端流體的需要。2）研制高性能鉆頭、長壽命動力鉆具（渦輪壽命＞1000h、大扭矩螺桿壽命＞800h）、長壽命提速工具和高端固井工具等，滿足特深井鉆井完井對高端井下工具的需求。3）突破高造斜率/低成本旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向技術(shù)瓶頸，提高175/185℃高溫隨鉆測量、近鉆頭成像伽馬和成像電阻率系統(tǒng)的性能，研制240℃高溫隨鉆測量系統(tǒng)、隨鉆遠探測/前探測系統(tǒng)，研究多維油藏評價隨鉆測井技術(shù)和高速傳輸技術(shù)，形成中國石化智能精準測控技術(shù)產(chǎn)品系列，滿足高效、低成本油氣開發(fā)及智能化發(fā)展的需要。

3.4 培育自動化智能化石油工程技術(shù)

1）研制 9000m 全自動鉆機、自動控壓系統(tǒng)、自動送鉆系統(tǒng)、鉆井液自動連續(xù)循環(huán)系統(tǒng)和自動固井裝備，開發(fā)智能化控制軟件和一體化操控系統(tǒng)，實現(xiàn)鉆井控制的自動化、智能化。2）研發(fā)近鉆頭高精度成像測量系統(tǒng)、自適應(yīng)鉆頭、井下電動工具和高速無線傳輸技術(shù)，實現(xiàn)井眼軌跡的精準控制和井下工具的自適應(yīng)電動化。3）開發(fā)鉆井智能分析與決策系統(tǒng)、鉆井工程參數(shù)智能分析及優(yōu)化系統(tǒng)、井筒穩(wěn)定性風險智能診斷系統(tǒng)、隨鉆智能地層評價與導(dǎo)向系統(tǒng)、全自動鉆井一體化決策分析平臺，形成自動化智能化石油工程技術(shù)系列，推進智能化技術(shù)發(fā)展。

3.5 發(fā)展低成本石油工程技術(shù)

1）以物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)鏈為基礎(chǔ)，融合地質(zhì)、油藏、地震、鉆井、測井、錄井、壓裂和注采等信息，開發(fā)基于數(shù)據(jù)驅(qū)動、模型驅(qū)動的 “學(xué)習曲線、知識庫、措施評估、智能分析決策” 等工程地質(zhì)一體化信息平臺，優(yōu)化鉆井、測井、錄井、壓裂和注采等技術(shù)方案。2）發(fā)展井筒模擬技術(shù)，提升鉆井、壓裂等專業(yè)軟件和隨鉆遠程監(jiān)控及智能決策技術(shù)水平，實現(xiàn)油氣勘探開發(fā)全過程整體技術(shù)的最優(yōu)化，最大程度地降低油氣勘探開發(fā)成本。

4 結(jié)束語

石油工程技術(shù)是實現(xiàn)油氣勘探開發(fā)目標的主要手段，是推進油氣發(fā)展的重要動力，每次石油工程技術(shù)革命都會引發(fā)油氣產(chǎn)量和儲采比的重大飛躍。經(jīng)過多年科研攻關(guān)，中國石化石油工程技術(shù)裝備取得了重大進步，實現(xiàn)了關(guān)鍵技術(shù)裝備的國產(chǎn)化，形成了一套較為完善的石油工程技術(shù)體系，基本滿足了油氣勘探開發(fā)需求。但是，石油工程技術(shù)裝備在作業(yè)效率、技術(shù)指標、綜合成本等方面與國外先進水平相比還存在較大差距。因此，需要深化研發(fā)體制機制創(chuàng)新，加速石油工程技術(shù)發(fā)展，盡快提升我國石油工程技術(shù)裝備水平，縮小與國外先進水平的差距，為我國油氣高效勘探開發(fā)提供強勁的技術(shù)支撐。