勝利石油工程渤海鉆井40619隊進(jìn)行全過程套管鉆井施工。 王 福 攝

        2023年，勝利石油工程渤海鉆井40619隊在陳莊、勝坨區(qū)塊4口井首次采用全過程套管鉆井技術(shù)，完鉆井深2312米、水平位移854米，驗證了套管鉆井技術(shù)的可行性，為推動勝利東部老區(qū)大幅提高采收率、助力油田長期穩(wěn)產(chǎn)增效帶來了曙光。

        如今，勝利石油工程瞄準(zhǔn)快速高效低成本建井目標(biāo)，潛心攻關(guān)井網(wǎng)重構(gòu)、井筒工程和自動化鉆機(jī)等套管鉆井成套技術(shù)，全力推動工藝與裝備創(chuàng)新。

        這一切，源于工程科研人員志在突破傳統(tǒng)工藝、追趕世界一流的初心。

        極簡鉆井，極致攻關(guān)

        套管鉆井是在鉆進(jìn)過程中利用套管代替鉆桿串完成鉆井作業(yè)，實現(xiàn)鉆進(jìn)與下套管作業(yè)二合一，可一趟完鉆，是常規(guī)鉆井的極簡版。這項技術(shù)起源于國外，興起于低油價時期，近年來在全球范圍內(nèi)得到迅速發(fā)展。

        數(shù)據(jù)表明，與常規(guī)鉆桿鉆井相比，套管鉆井可提高生產(chǎn)時效25%~30%，具有減少井下事故、改善井控狀況、保護(hù)產(chǎn)層等優(yōu)勢，是鉆井工程的革命性技術(shù)。勝利石油工程鉆井院早在十幾年前就開展過套管鉆井相關(guān)技術(shù)研究，但受限于當(dāng)時的鉆井工藝和技術(shù)裝備，試驗效果并不理想。

        2021年，為實現(xiàn)難動用儲量有效開發(fā)、低產(chǎn)調(diào)整井規(guī)模開發(fā)，解決老油田斷塊復(fù)雜、非均質(zhì)性嚴(yán)重、注采井網(wǎng)不完善等問題，勝利石油工程鉆井院再次與套管鉆井較上了勁兒。

        “勝利東部老區(qū)中淺層油藏地質(zhì)儲量31.3億噸，由于老區(qū)中后期新建產(chǎn)能工程成本高，近2/3難動用、未動用儲量滯留地下。”鉆井院黨委書記楊海波說，“我們必須依靠技術(shù)進(jìn)步，突破制約低成本勘探開發(fā)的瓶頸，釋放更多井位，為國家能源安全提供更好保障。”

        套管鉆井對于油田增儲上產(chǎn)的意義重大，首口井試驗成功更是對增強整個油服行業(yè)的信心至關(guān)重要。勝利石油工程迅速成立了以公司高級專家吳仲華為首的研發(fā)團(tuán)隊，抽調(diào)精干力量，充分討論方案，倒排研發(fā)計劃。“全過程套管鉆井要做到全過程不起鉆，就像火箭發(fā)射一樣，開弓沒有回頭箭，一旦開鉆，每個環(huán)節(jié)必須一次成功。”吳仲華說。

        研發(fā)團(tuán)隊面臨的第一個難題就是如何實現(xiàn)二開“一趟鉆”。“不但要用二開鉆頭鉆穿一開鉆頭，而且要打完后面的進(jìn)尺。這不是用自己的矛攻自己的盾嗎？”鉆井院高端裝備中心主任關(guān)舒?zhèn)グ岩苫笱驶亓硕亲永铮c專家團(tuán)隊一遍遍設(shè)計、推翻重來，終于研制出一款軟硬兼具、外剛內(nèi)柔的可鉆式鉆頭和一款專打鉆頭的強攻擊性鉆頭。

        朝著同一目標(biāo)，所有人都鉚足了勁兒：鉆井工藝研究所研發(fā)了隨鉆光纖陀螺儀器，用于解決套管磁力干擾問題；鉆井工具研究所研發(fā)了投入式止回坐鍵工具，用于儀器打撈，不到一個月就完成了設(shè)計加工。同一時間，高端裝備產(chǎn)業(yè)化中心開足馬力加工高抗扭套管柱組合井下工具。整個5月，車間燈火通明。

        經(jīng)過緊鑼密鼓的準(zhǔn)備，2023年6月，陳23-更27井開鉆。這是國內(nèi)首口全過程套管鉆井施工，意義非同一般。所有研究人員悉數(shù)到場，暗下決心，“只許成功，不許失敗”！

        鉆井院井筒壓力測控所宋榮榮博士是研究團(tuán)隊唯一的女員工，負(fù)責(zé)收集每道工序的施工資料。當(dāng)一開鉆頭成功打到421米、二開鉆頭入井，看著振動篩上跳躍著亮晶晶的鉆頭碎屑，她第一時間向大家報告了這個好消息：“一開鉆頭被成功鉆穿了！”最終，陳23-更27井不孚眾望歷時6.25天實現(xiàn)了快速、安全、高效完井，鉆井周期比鄰井縮短了2.95天。

        趁熱打鐵，一周后，同平臺的陳23-斜更29井成功完成定向井試驗，創(chuàng)3項全國紀(jì)錄。“在此之前，國內(nèi)廠商從未有過不回收底部鉆具組合的套管鉆井定向作業(yè)。夢想成真的感覺太棒了！”吳仲華笑著說。

        四戰(zhàn)四勝，夢想成真

        套管鉆井技術(shù)一旦成熟，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)勝利東部老區(qū)二開制中淺層井快速低成本建井，而且可以應(yīng)用于西南頁巖氣、致密氣的淺表層、裂縫型、溶洞型漏失地層和易破碎地層的快速穿越，甚至能在煤層氣、淺層地?zé)衢_發(fā)中發(fā)揮作用，為企業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展貢獻(xiàn)新質(zhì)生產(chǎn)力。

這樣一項顛覆性的技術(shù)，僅僅兩口井的試驗還不足以進(jìn)行規(guī)?；瘧?yīng)用。

        “我們要挑戰(zhàn)更高難度的區(qū)塊、更復(fù)雜的井。”勝利石油工程鉆井院院長裴學(xué)良說，“實踐是檢驗真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)，只有經(jīng)過充分的試驗，把成功的偶然性轉(zhuǎn)化為必然，才能讓一項新技術(shù)變成值得信賴的好技術(shù)。”

       勝坨油田成為研發(fā)團(tuán)隊的下一個目標(biāo)。

        作為山東境內(nèi)首個探明的大油田，勝坨油田經(jīng)過近60年的開發(fā)，已經(jīng)“垂垂老矣”。如果套管鉆井技術(shù)能給老油田帶來“返老還童”的曙光，那將為打造“百年勝利”注入強心劑。

        與陳莊地區(qū)相比，勝坨油田井深更深、位移更大、施工難度更高，實施套管鉆井面臨著高造斜、大位移、井網(wǎng)密集、防碰繞障等技術(shù)難題，對套管接箍承扭、軌跡控制、固井質(zhì)量等都提出了較高要求。

        技術(shù)需要進(jìn)一步升級。研發(fā)團(tuán)隊結(jié)合陳莊套管鉆井的成功經(jīng)驗，針對勝坨油田地質(zhì)工程難題，迅速制定了2-3-斜222井一開、二開套管鉆井技術(shù)改進(jìn)完善方案，不到兩個月的時間就完成了地面、井下工具的準(zhǔn)備及鉆井專用套管的設(shè)計與加工。

        套管加工最能體現(xiàn)科研人員精益求精的工作態(tài)度。研發(fā)團(tuán)隊經(jīng)過大量計算，將套管壁厚從10.54毫米減至9.17毫米。毫米級別的調(diào)整帶來的是成本的進(jìn)一步降低。為保證套管承扭滿足鉆井要求，他們還重新設(shè)計套管接箍，研制出抗扭能力達(dá)到19000牛·米的139.7毫米高抗扭鉆井型套管。同時，可鉆式套管鉆頭經(jīng)過快速迭代升級也已達(dá)到國際同類產(chǎn)品技術(shù)水平。

        2023年10月27日，2-4-斜更300井開工。該井完鉆井深1935米，成功應(yīng)用了高抗扭套管等一系列新工具。同年11月9日，2-3-斜222井挑戰(zhàn)更高難度，井深達(dá)到2312米，創(chuàng)國內(nèi)套管鉆井井深最深、水平位移最大兩項紀(jì)錄，充分驗證了套管鉆井技術(shù)的可行性。

        “施工過程中，由于施工區(qū)塊老井錯綜復(fù)雜，地下井網(wǎng)密如蟻穴，防碰難度很大。”鉆井院鉆井工藝研究所趙洪山博士說，“我們通過軌道繞障優(yōu)化、實時防碰掃描、精細(xì)化軌跡控制措施，實現(xiàn)了與鄰井最小防碰距離10米以上，保證了軌跡控制安全。”

        不僅如此，在2-3-斜222井開展的試驗中，研發(fā)團(tuán)隊還使用了MWD（隨鉆測量）伽馬探管，在井深1400米之后成功錄取伽馬數(shù)據(jù)，解決了地層巖性識別難問題。試驗結(jié)束后，他們總結(jié)經(jīng)驗，研發(fā)了擴(kuò)張式鉆頭，完成了進(jìn)尺后液壓刀翼擴(kuò)張打開，為下開次鉆頭讓出鉆進(jìn)通道，消除了用鉆頭打鉆頭的“內(nèi)耗”，使國產(chǎn)套管鉆井技術(shù)不斷完善。

        如今，勝利石油工程套管鉆井技術(shù)已具備推廣應(yīng)用條件，但研發(fā)團(tuán)隊仍不滿足現(xiàn)狀，聚焦井網(wǎng)重構(gòu)、井筒工程和自動化鉆機(jī)等成套技術(shù)邁出了新的步伐。“打造老油田提高采收率的‘工程驅(qū)動樣板’，讓不可能鉆的井變?yōu)榭赡?，充分釋放鉆井工作量，是我們的光榮使命！”裴學(xué)良說。

        專家視點

        技術(shù)迭代升級點燃鉆完井提速引擎

        □中國石化石油工程技術(shù)研究院 光新軍

        油氣鉆井技術(shù)是發(fā)現(xiàn)油氣藏、建立油氣通道、提高單井產(chǎn)量、降低綜合成本、實現(xiàn)油氣高效開發(fā)的重要手段。21世紀(jì)以來，隨著超深井鉆井、海洋深水鉆井、水平井“一趟鉆”等鉆井技術(shù)的快速發(fā)展，拓寬了油氣勘探開發(fā)領(lǐng)域，實現(xiàn)了深層、深水、非常規(guī)等油氣資源的經(jīng)濟(jì)有效開發(fā)。

        在能源轉(zhuǎn)型、新一輪科技革命加速演進(jìn)的大背景下，油氣鉆井技術(shù)的發(fā)展面臨諸多挑戰(zhàn)。一是隨著油氣勘探開發(fā)向深水、深層、非常規(guī)等領(lǐng)域深入推進(jìn)，資源品質(zhì)劣質(zhì)化和作業(yè)環(huán)境復(fù)雜化進(jìn)一步加劇，開發(fā)難度不斷增大，對鉆井技術(shù)提出了更高要求；二是全球能源轉(zhuǎn)型推動油氣產(chǎn)業(yè)鏈向低碳化發(fā)展，對鉆井技術(shù)發(fā)展的方向和目標(biāo)提出了新的要求；三是數(shù)字化、智能化正在引領(lǐng)新一輪科技及產(chǎn)業(yè)變革、催生重大顛覆性創(chuàng)新，并向油氣行業(yè)不斷滲透與融合，要求鉆井技術(shù)搶抓數(shù)字化發(fā)展機(jī)遇。

        為提高適應(yīng)復(fù)雜地層和環(huán)境的能力，滿足油氣勘探開發(fā)增產(chǎn)上產(chǎn)、降本增效、低碳發(fā)展的需要，在信息技術(shù)、人工智能和新材料等高新技術(shù)的推動下，鉆井技術(shù)正向高性能、低成本、智能化、綠色環(huán)保等方向發(fā)展。

        經(jīng)過多年持續(xù)攻關(guān)，我國形成了系列配套油氣鉆井技術(shù)，基本滿足了油氣勘探開發(fā)的需要，但在高性能智能旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)、超高溫井下測量工具、連續(xù)管鉆井技術(shù)等方面與國外技術(shù)還有一定差距。在保障國家能源安全、推進(jìn)油氣高質(zhì)量發(fā)展的要求下，需要圍繞“兩深一非一老”、綠色低碳和數(shù)字化領(lǐng)域，加快關(guān)鍵鉆井技術(shù)的攻關(guān)和推廣應(yīng)用，支撐打造油氣上游新質(zhì)生產(chǎn)力。

        一是針對深層超深層油氣高溫、高壓、高應(yīng)力等難題，研發(fā)深層超深層優(yōu)快鉆井、高溫高密度井筒工作液體系、220攝氏度井下測控儀器等鉆井技術(shù)，提升深層超深層復(fù)雜環(huán)境作業(yè)能力。二是針對海洋深水鉆井作業(yè)風(fēng)險高、地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜等難題，研發(fā)深水控壓鉆井、雙梯度鉆井、無隔水管鉆井等安全鉆井技術(shù)，提高海洋油氣開發(fā)的安全性和可靠性。三是針對非常規(guī)油氣開發(fā)效益差、降本增效難度大等難題，研發(fā)5000米長水平段水平井鉆井、隨鉆遠(yuǎn)探測、智能旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)等提速提效鉆井技術(shù)，大幅降低噸油成本，實現(xiàn)頁巖、致密低滲油氣藏經(jīng)濟(jì)高效開發(fā)。四是針對老油田挖潛油氣水關(guān)系復(fù)雜、單井產(chǎn)量低等難題，研究套管鉆井、高級別分支鉆井、最大儲層接觸（ERC）鉆井、連續(xù)管鉆井、超短半徑徑向水平井鉆井、老井側(cè)鉆、仿生井等提高單井產(chǎn)量鉆井技術(shù)，最大限度地接觸剩余油，提高單井綜合效益。五是圍繞高溫地?zé)岷透蔁釒r開發(fā)、地下空間儲能、二氧化碳封存與利用、油氣開發(fā)全過程節(jié)能減排等新能源新領(lǐng)域，研究微波鉆井、等離子鉆井、U形井鉆井、燃料電池鉆機(jī)裝備等滿足新能源開發(fā)的特殊鉆井工藝和低碳鉆井技術(shù)，實現(xiàn)油氣產(chǎn)業(yè)綠色低碳發(fā)展。六是圍繞油氣行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型和智能化發(fā)展，采用大數(shù)據(jù)、人工智能、數(shù)字孿生等技術(shù)，借助自動化鉆井裝備和高端智能新材料，開發(fā)智能鉆井技術(shù)，實時監(jiān)督和優(yōu)化鉆井過程，實現(xiàn)油氣鉆井全自主智能決策和閉環(huán)調(diào)控。