当前，随着科技的发展、地质认识的不断深入，我国勘探开发生产正面临“两大跨越”：深层向超深层跨越，常规向非常规跨越。这促使高效开发深层超深层油气资源、非常规能源成为实现中国能源接替战略的重要举措，也成为当前和未来油气勘探开发的重点和热点。同时，为中国石油创新深井超深井钻完井技术，实现优质高效钻井带来了机遇与挑战。
    面对向超深层、非常规的加速迈进，中国石油如何在钻完井领域实现新突破，推动勘探开发再上新台阶？这既是公司高质量发展的必由之路，也是增储上产需要面对的必答题。
    ■复杂地质条件驱动工程技术创新
    在勘探开发过程中，地质条件复杂、钻井安全风险大、钻井周期长成为中国石油各个探区所面临的主要问题。在塔里木盆地、四川盆地，地质条件更加复杂，诸如超高温超高压、多压力体系、盐膏层和高陡、地层坚硬及可钻性差、富含酸性流体等问题普遍共存。
    “随着勘探开发逐步面向深层，面临的地质条件更加复杂，钻完井难度逐步加大。”中国石油工程技术研究院院长助理周英操说。
    复杂地质条件对钻完井技术构成严峻挑战。在塔里木盆地，古老地层存在山前高陡构造、断裂破碎带等复杂情况，而四川盆地则面临陆相地层胶结致密、海相地层发育高压盐水层等情况。一系列难题不仅影响了钻井时效，而且带来了安全风险。
    在东部，大庆徐家围子地区古龙1井井底温度高达253摄氏度；在西部，克深21井井底压力达到190兆帕。这些深井超深井时刻面临着超高温、超高压的考验。在有些地区，由于地下温度高、压力大，井下仪器的故障率高，同时出现钻井液处理剂及材料失效等棘手问题。
    不仅如此，地层压力体系多导致井身结构设计和安全钻井难度大，地层坚硬可钻性差导致机械钻速低及钻井周期长，地层富含酸性流体导致固完井效果差等问题出现。
    而在非常规领域，复杂地质条件对钻完井技术提出了更高要求。在页岩气井钻井过程中，二开钻遇裂缝及三开钻遇断层破碎带、微裂缝导致的井漏复杂情况是制约钻井提速提效的瓶颈；复杂的地质条件、不成熟的工程技术导致水平段易发生垮塌和卡钻问题。与此同时，套变问题制约了单井产量的提升、国产旋转导向工具可靠性稳定性不能满足造斜段和水平段一趟钻技术实施等都对中国石油页岩气钻完井技术构成挑战。
    复杂地质条件驱动工程技术创新。当前，深层超深层钻完井安全风险高、周期长，深层超深层油气增储上产、降本增效任务依然严峻。因此，必须持续创新深井超深井钻完井技术，加速技术迭代，实现优质高效钻井，更好发挥工程技术的支撑和保障作用。
    ■技术创新助力高效经济勘探开发
    经过持续攻关，中国石油钻完井技术已经实现了从发现油气藏、建立油气通道到提高单井产量、提高采收率、降低油气综合成本的转变。而这一转变的背后，离不开钻完井领域的6项关键技术。
    立足于我国勘探开发生产面临的“两大跨越”，系列自动化钻机、钻测固一体化控压技术、气井带压作业技术、三高气井试油测试技术、连续管作业技术、深井超深井配套技术加速驱动了高效经济勘探开发，大力提升了钻完井工程质量。
    窄窗口“溢漏共存”、高压盐水侵等一直是让工程技术人员头疼的复杂地层钻井难题。如果使用常规技术，经常会因为“无法预知”而导致井下复杂情况的发生，复杂压力地层钻遇成功率、开发成本、井控安全均无法得到保障。
    对此，科技人员聚焦痛点，根据生产实际发明了控压钻井工况模拟装置及系统评价方法，创建了压力、流量双目标融合欠平衡精细控压钻井方法，研制出系列精细控压钻井技术装备，有效解决了窄窗口导致的“溢漏共存”等难题，并将压力控制在0.2兆帕，实现了员工“看着井底压力来打井”的高效状态。
    目前，精细控压钻井技术装备在国内外15个油气田现场应用300余口井，均实现了复杂地层安全高效钻进。钻进期间，提速、安全、增效显著，保障了复杂油气藏安全高效勘探开发，经济与社会效益显著。
    在中国石油钻井工程技术装备实现自主化、石油钻井工程技术装备的替代率提升的同时，通过钻机装备升级，井身结构、垂直钻井、控压钻井、钻井液、固井等关键技术攻关，中国石油深井超深井钻井作业能力得到大幅提升，逐渐形成了8000米超深井钻井技术，而7000米超深井钻井技术则已日趋成熟。2020年，中国石油共完钻12口8000米以上超深井，塔里木油田轮探1井井深8882米，成为亚洲第一深井。
    “钻完井技术成果，特别是深井超深井配套技术成果，连续4年荣获中国石油十大科技进展。”周英操说。
    ■数字化智能化转型提升保障能力
    随着勘探开发步伐不断向深层超深层、非常规、低品质、难动用、新能源等资源领域深化和拓展，我国现有钻完井技术和装备水平将面临更大挑战。其中，深井超深井钻完井技术与国际水平还存在一定差距。
    一方面，需要围绕深层超深层油气勘探开发需求，以降成本、提质增效为目标，从安全提速入手，不断打造工程技术利器，加速技术迭代升级和装备配套，降低复杂时效，缩短工程周期，支撑油气勘探开发的重大发现和突破。另一方面，需要围绕特深井和深地研发计划，强化安全高效钻完井基础研究和重大技术攻关，将油气勘查技术能力提升到1万米及以上，支撑特深井和深地资源规模化勘探与效益化开发。
    当前，中国石油深井超深井钻完井技术正在向更深、更快、更经济、更清洁、更安全、更智能的方向发展。
    保障能力的提升迫切需要通过转型来实现，而这一转型意味着从自动化钻井阶段向智能化钻井阶段的飞跃。
    对标国际行业前沿，大数据、云计算、人工智能在钻完井方面的应用正逐渐普及，这一变化不仅是对作业流程的再造，也让人们逐渐认识到数据在提高钻井安全、效率等方面的积极作用。
    对此，我们应紧紧抓住“工业4.0”的时机，积极探索人工智能应用场景，建立人工智能、云计算与传统钻完井工程技术深度融合新模式，完善远程决策支持系统，加快向智慧工程、智能技术转型升级，为增储上产、降本增效提供新动能。
    一场真正意义上的工程技术革命就要到来，让我们翘首以待。
    实践者说》》》
    ■川庆钻探公司一级工程师 潘登：
    川渝是我国陆上油气田中典型的高温、高压、高含硫“三高”地区，而且随着勘探开发领域向更深地层挺进，比“三高”井更难的“三超”井频出，带来更大挑战。
    川庆钻探在长期与“三高”井的博弈过程中，研发了3个系列15种高温高压测试成套工具以及两大系列防硫地面测试成套设备，形成了以射孔酸化测试联作技术与试油完井一体化技术为代表的DST联作工艺、以远程自动控制和返排液实时除硫为核心的安全环保地面测试工艺、以井下数据无线直读为代表的系列工艺技术。一趟管柱完成射孔、酸化、排液、测试等多种作业，降低井控风险、缩短试油周期，平均单层同比节约作业时间10至15天。
    在服务油气勘探开发过程中，“三高”气井测试能够提供试油设计、地层测试作业、地面测试作业、试油资料解释等一体化服务，具有安全高效、成功率高等特点，很好地解决了油气井试油测试作业、资料录取等难题。其中，140兆帕/200摄氏度高温高压高含硫井试油测试技术，有力保障了高石梯—磨溪构造的顺利勘探及龙王庙气藏110亿立方米产能快速建成和塔里木油田大北、克深、迪那、塔中等超高压区域的试油作业。川庆钻探研发的“三高”气井测试装备和工艺技术，成为解放油气“临门一脚”的首选，很好地解决了“三高”气井测试面临的井口超高压、返排液含硫、流程冲蚀严重等难题。
    经过多年持续攻关，川庆钻探研发的“三高”气井测试技术实现了含硫深井试油测试装备和技术的系列化、国产化，达到国际先进水平，应用1000余井次，助推了川渝、塔里木、土库曼斯坦阿姆河等高压油气区块的快速勘探和高效建产。 （谷学涛 吴英洁 采访）
    ■塔里木油田油气工程研究院钻井工艺室副主任 张权：塔里木盆地油气埋藏超深，钻井工程面临多项技术难题，库车山前气区多为裂缝性致密砂岩储层，上部又同时发育高陡砾石层、复合盐膏层等多套难钻复杂地层，塔中—塔北油区多为缝洞型储层，溢、漏频繁，又高含硫，钻井风险极高。针对盆地油气藏地质条件越来越复杂的实际，通过强化钻探工程技术创新配套应用，塔里木油田有力保障了钻探生产安全平稳高效运行，实现一个又一个大发现。塔里木油田针对超深高温高压气井钻井及井完整性开展技术攻关，发展完善了超深复杂构造井身结构设计技术，升级配套了超深复杂地层安全快速钻井技术，攻关形成8000米级钻完井技术。8882米的亚洲陆上第一深井轮探1井，创造了7项亚洲纪录。塔里木油田破解博孜—大北、富满区块关键提速层段的瓶颈，实现库车山前钻井6000米以深钻井周期由498天降至289天、台盆区钻井周期207天降至131天。随钻扩眼、精细控压、自愈合水泥浆等新工艺新技术在库车山前的推广应用，全面提升了高压气井固井质量和水泥环长期完整性。 （苏华 采访）
    攻关之路》》》
    高端装备提升作业技术水平
    本报记者 耿莉 通讯员 杨志敏
    2007年前，我国连续管作业装备和技术完全依赖进口，核心技术长期遭受封锁，设备进口价格昂贵，使用成本高，导致连续管技术在国内长期无法得到有效应用，严重制约了我国连续管技术的发展。
    为解决连续管技术在国内的应用难题，中国石油工程技术研究院有限公司所属江汉机械研究所，从20世纪90年代就开始进行相关技术研究，积累了丰富经验。2005年开始，先后攻克了整机动力与控制技术、注入头、滚筒、井下作业技术等连续管装备设计、制造和应用中的重大技术难题，于2007年成功研制出我国首台具有自主知识产权的连续管作业机，为我国连续管技术的腾飞奠定了坚实的基础。
    为满足我国川渝、新疆、陕北等区域非常规油气的高效开发，急需使用大管径大尺寸连续管作业装备，但由于我国特殊的道路运输条件和法律法规限制，国际上现有的连续管作业装备存在严重的“水土不服”，无法满足国内运输条件和使用要求。为此，工程院再度出击，研制出系列大载荷注入头、大容量滚筒和光纤滚筒、运输能力达到58吨的大吨位专用底盘车、自动化控制系统等连续管装备关键部件，形成川渝页岩气车装连续管作业机、新疆超深井拖装作业机等世界先进的作业装备，为非常规油气开发和超深井作业提供了更加高效、更加安全的作业手段。
    “十一五”以来，国产连续管技术趋于成熟，完全替代进口，但由于连续管技术发展时间短，存在严重的认识不到位、应用不规范、能力参差不齐等问题。为解决连续管技术在中国石油乃至全国油气田的应用，提升作业技术水平，实现井下作业方式转变，有效降低作业成本，集团公司先后设立了两期连续管技术推广专项，由工程技术研究院牵头，联合各油气田公司、工程技术服务企业，进行装备的完善和推广、工艺示范、队伍建设等，实现了集团公司内规模应用。
    经过十年推广应用，到2020年，集团公司连续管装备与专业化作业队伍的规模迅速壮大，一跃成为全球第四大连续管装备保有企业；推广应用以来，极大推动了井下作业方式的转变，连续管年作业量递增超过30%，有效支撑了国家和集团公司在川渝页岩气、玛湖致密油、苏里格等重大油气区块的高效开发，保障了国家能源安全。
    技术创新让钻井更安全环保
    本报记者 陈青 郭芳
    2018年年初，为提高我国石油钻井装备的核心竞争力，宝石机械公司开展了管柱自动化钻机的研制工作。研制自动化钻机需要扎实的常规钻机生产技术基础与深厚的工艺积累。
    宝石机械是国内首家成功研制1.2万米特深井钻机的企业，也是国内规模最大、制造能力最强的石油钻采装备研发制造单位。针对钻井作业现场环境恶劣、工作载荷大、危险系数高等实际，研发团队从优化、定标井场配套设备，改善作业环境、降低劳动强度、提高操作安全性等方面入手，反复论证，形成了独具特色的管柱自动化钻机配套方案。
    在中油技服的密切配合下，2018年年底，宝石机械研制的首批管柱自动化7000米钻机陆续发往作业现场。这些先进的钻机更多地采用了计算机、人工智能、大数据、通信、网络、液压控制系统等最新科技成果，体现了国内陆地钻机的发展趋势和最新安全理念，整体技术达到国际先进水平。
    项目研发中，科研人员攻难克坚，开拓创新，统一了钻机主体结构型式、技术协议，并规范了固控罐容积、营房设计标准等，实现了井场布局、钻机配套设备及接口的标准化，突破了以往钻机单件小批量制造瓶颈。
    与常规钻机相比，管柱自动化钻机配置了动力猫道、伸缩式铁钻工、二层台机械手、液压排管架等全套管柱自动化处理装备和集成电气液压控制系统，实现了管柱从地面至钻台传输、铁钻工上卸扣、立根排放等过程的自动化和二层台高位无人值守，使钻井现场人工重体力劳动减轻80％，有效规避了人员机械伤害风险。
    管柱自动化钻机还配套了宝石机械自主研制的idriller?双司钻集成控制系统和设备档案信息识别系统，通过预设防碰互锁子程序对管柱自动化设备进行防碰管理，极大提升了设备操作的安全可靠性。同时，钻机远程在线监测系统和典型故障辅助诊断系统的应用，为现场设备维护提供了方便。截至目前，宝石机械已研制近70套5000米至9000米管柱自动化钻机，累计在新疆、塔里木、青海、西南、大庆等油气田钻完井101口，进尺达53.4万米，为集团公司增储上产、提质增效提供了重要装备支撑。
    “三高”气井试油测试技术是利用特有的工艺技术，配合井下工具和地面流程，通过对气井生产动态的测试，来研究气层各种物理参数和气井生产能力，加深对气层的认识，为制定合理的气田开发方案和措施提供依据和方法。
    亮点技术》》》
    ■管柱自动化钻机
    管柱自动化钻机配置了具有自主知识产权的全套管柱自动化装备和双司钻集成控制系统，实现了井场布局规范化、部件配置标准化、井口装备自动化、电气液控集成化、营房配套舒适化和维护保养减量化，体现了国内陆地钻机的发展趋势和最新安全理念，整体技术达到国际先进水平。
    ■钻测固一体化控压技术
    钻、测、固、完井全过程精细控压钻完井技术是精确控制井筒环空压力剖面在安全密度窗口内的钻完井方式，主要包括旋转防喷器、数据监测与控制系统、自动节流控制系统、回压补偿系统、随钻井底压力监测系统等核心装备。这项技术可大幅解决井涌、井漏、压差卡钻、有害气体泄漏等钻井复杂问题，避免井控风险，大幅降低钻井费用。经专家鉴定委员会认为，“成果整体达到国际先进水平，其中电动节流模式、控压固井等技术达到国际领先水平”。
    这项技术在西南油气田、塔里木油田、冀东油田、土库曼斯坦阿姆河右岸等国内外累计应用近300口井，平均钻井液漏失量降低86%、钻井复杂时间降低95%、固井质量合格率提高近20个百分点，有效解决了深层复杂地层油气钻探面临的技术难题。
    ■气井带压作业技术
    气井带压作业技术在带压作业过程中不压井、不放喷、不泄压，可避免油气层污染，保持地层能量，缩短作业周期，具有零污染等优点, 有利于节能减排、稳定单井产量, 广泛应用于油气水井的完井、修井、压裂酸化、隐患治理等方面，是国际油气田工程技术服务领域一项重要作业技术，同时也保障了油气开发清洁生产。
    ■“三高”气井试油测试技术
    随着勘探开发向纵深发展，深部储层的地质条件更加苛刻，使得试油测试作业面临严峻挑战。川庆钻探立足系列化、成套化，持续攻关开发了3个系列15种高温高压防硫测试成套工具以及2大系列防硫地面测试成套设备，形成了140兆帕/200摄氏度高温高压高含硫井试油测试技术，可满足井深8000米、井底温度200摄氏度、地层压力140兆帕、高含硫气井测试需求，解决了超高温超高压、深井超深井、含硫地层复杂工况所带来的试油测试难题，大幅提高了试油测试效率，降低了作业安全风险。
    ■连续管技术
    连续管技术是一种“能从根本上转变井筒作业方式的前沿技术”，与钻杆/油管等常规作业相比，连续管无须接单根、自动化程度高，可大幅提升作业效率；与钢丝绳/电缆相比，连续管具有作业循环通道、材料刚性更强，能更好地适应水平井等复杂井的作业需求。该技术因其安全、环保、高效的特点，可广泛应用于油田各作业领域，是国际公认的革命性“万能作业技术”。
    ■深井超深井钻井配套工程技术
    塔标Ⅱ系列井身结构、垂直钻井技术、抗高温高密度油基钻井液技术及个性化高效PDC钻头的集成与规模化应用，实现库车前陆区克拉苏构造带深层—超深层领域勘探开发的持续突破。双台阶水平井和丛式井技术的攻关与推广应用，保障了塔中、哈得油田的高效开发。塔标Ⅲ系列井身结构的开发和规模化应用，长裸眼多层系一体化提速提效技术攻关，实现了富满油田“一井多靶”和钻井速度的大幅提升。
    攻关形成了国产化垂直钻井系统、抗高温高密度油基钻井液技术、精细控压钻井、9000米自动钻机、140兆帕高压井控装备、高强度特种套管等一批新技术、新装备、新材料，打破了国外垄断，填补了国内空白，促进了国内超深井钻井工艺技术的进步。
    （谷学涛 陈青 郭芳 杨志敏 苏华 整理）