摘要：深井超深井
鉆井工程是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，需要有科學(xué)的理論、先進(jìn)的技術(shù)及裝備、高素質(zhì)的人才隊(duì)伍和科學(xué)的管理作為支持，它是一個(gè)國(guó)家或企業(yè)鉆井技術(shù)水平高低的重要標(biāo)志之一。然而相應(yīng)的深井超深井鉆井技術(shù)就是為滿足地層深部油氣勘探開發(fā)的需求，而迅速發(fā)展起來(lái)的現(xiàn)代特色鉆井技術(shù)。深井通常是指完鉆井深為4500~6000米的井，超深井通常指完鉆井深為6000米以上的井
從我國(guó)陸地油氣資源分布格局來(lái)看，東部老區(qū)作為國(guó)內(nèi)石油資源主力產(chǎn)區(qū)，淺層和中深層的勘探程度較高，深層及超深層探明程度很低，具有很大石油資源潛力；中部地區(qū)是天然氣富集區(qū)，有超過(guò)一半的天然氣資源量在深部地層；西部地區(qū)是國(guó)內(nèi)石油產(chǎn)量的主要戰(zhàn)略接替區(qū)，但其近70%油氣資源埋藏在深部地層。因此，國(guó)內(nèi)石油公司要提高勘探開發(fā)效益，提高自身競(jìng)爭(zhēng)力，保證國(guó)家能源安全，必須向地層深部進(jìn)軍，向深層要儲(chǔ)量，大力發(fā)展深井超深井鉆井技術(shù)，開啟地下深層油氣寶庫(kù)的大門。
一、深井超深井鉆井技術(shù)發(fā)展概況
世界深井鉆井技術(shù)的發(fā)展始于20世紀(jì)30年代末，美國(guó)于1938年鉆成世界上第一口4573米的深井，1949年鉆成6255米的超深井。1984年，蘇聯(lián)創(chuàng)造了12400米世界超深井的紀(jì)錄。
目前，全球能鉆4500米以上深井的國(guó)家有80多個(gè)，有30多個(gè)國(guó)家能鉆6000米以上的超深井，中國(guó)是其中之一。美國(guó)是世界上鉆深井歷史最長(zhǎng)、工作量最大、技術(shù)水平最高的國(guó)家，累計(jì)鉆深井已占全球80%以上。
我國(guó)深井和超深井鉆井技術(shù)起步較晚，大體經(jīng)歷了三個(gè)階段：第一階段是1966年到1975年的起步階段。1966年7月28日我國(guó)在
大慶油田鉆成第一口深井 松基6井，井深4719米。第二階段是1976年至1985年的初步發(fā)展階段。1976年4月30日在四川地區(qū)完成了第一口超深井“女基井”，井深6011米。第三階段是1986年至今的規(guī)模應(yīng)用階段。20世紀(jì)90年代以來(lái)，國(guó)內(nèi)各大石油公司、科研單位、高等院校重點(diǎn)針對(duì)塔里木盆地、川東地區(qū)深層油氣勘探進(jìn)行了復(fù)雜地質(zhì)條件下深井超深井鉆井技術(shù)聯(lián)合攻關(guān)，大大提高了深井超深井鉆井技術(shù)水平。
2006年7月12日，中國(guó)石化西北分公司部署的塔深1井成功鉆至井深8408米，被譽(yù)為當(dāng)時(shí)陸地上“亞洲第一深井”，該井的鉆探對(duì)于在塔里木盆地尋找古生界大型原生
油氣藏具有十分重大的意義。2006年，中國(guó)石化鉆4000米以上深井196口，平均井深5458米，平均鉆井周期僅為128天。
自2003年起，中國(guó)石油4000米以上深井的數(shù)量和進(jìn)尺增加較快，增加幅度分別達(dá)77.69%和77.62%。2006年累計(jì)完鉆4000米以上深井231口，完成深井累計(jì)進(jìn)尺115.12萬(wàn)米，平均井深5007.16米，機(jī)械鉆速3.5米/小時(shí)，平均鉆井周期139.31天，平均
完井周期155.73天。
近年來(lái)，隨著工藝技術(shù)的不斷完善，我國(guó)在深井機(jī)械鉆速、鉆井周期等方面都取得了很大進(jìn)步。目前在塔里木油田輪南、塔中、哈德遜等區(qū)塊完成一口5000米左右深井，鉆井周期一般為50天至60天，而20年前，類似井的鉆井周期一般需要一年以上。超深井鉆井周期也大大縮短，塔里木油田哈得13井井深達(dá)6700米，實(shí)現(xiàn)了4個(gè)月完鉆，四川盆地的元壩1井井深7170米，鉆井周期也只有280天。
二、攻克復(fù)雜地質(zhì)條件下的世界級(jí)鉆井難題
我國(guó)陸地上深井超深井主要分布在塔里木盆地、準(zhǔn)噶爾盆地、四川盆地等地區(qū)，這些地區(qū)地質(zhì)條件十分復(fù)雜，深井超深井鉆井存在地層壓力系統(tǒng)多、裸眼段長(zhǎng)、井壁穩(wěn)定性條件復(fù)雜、高溫、高壓，深部地層巖石可鉆性差等難點(diǎn)，同時(shí)還要解決復(fù)雜地質(zhì)條件帶來(lái)的一系列鉆井難題。
很多鉆井工程師都說(shuō)：“在復(fù)雜地質(zhì)條件下，深井超深井鉆井就是天天在跟一些世界級(jí)難題打遭遇戰(zhàn)！”中國(guó)石化川東北探區(qū)就是經(jīng)常打“遭遇戰(zhàn)”的“戰(zhàn)區(qū)”，這里主要目的層高含硫、高壓、高溫、高產(chǎn)、埋藏深，地層具有壓力系統(tǒng)多、壓力窗口窄、穩(wěn)定性差、可鉆性差、傾角大易斜等特點(diǎn)，鉆井工程面臨“噴、漏、卡、塌、毒、硬、斜”等諸多技術(shù)難題。
為突破鉆井技術(shù)“瓶頸”，中國(guó)石化勘探南方分公司進(jìn)行了“高含硫氣井鉆井關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用”科技攻關(guān)。最終，該項(xiàng)目12項(xiàng)技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)屬國(guó)際首創(chuàng)或達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平，17項(xiàng)技術(shù)為國(guó)內(nèi)或中國(guó)石化首創(chuàng)，共在27口井進(jìn)行了試驗(yàn)、應(yīng)用，累計(jì)鉆井進(jìn)尺15.6萬(wàn)米，平均鉆井周期324天，平均機(jī)械鉆速1.62米/小時(shí)。而此前平均鉆井周期801.7天，平均機(jī)械鉆速僅為0.77米/小時(shí)。鉆井速度明顯加快，鉆探能力、施工質(zhì)量和安全性也有了很大提高。中國(guó)石化科技開發(fā)部給予該項(xiàng)目“總體國(guó)際先進(jìn)，部分國(guó)際領(lǐng)先”的評(píng)價(jià)。
每一口深井或超深井鉆探成功，都意味著諸多世界級(jí)難題被攻克。塔深1井在完鉆過(guò)程中，成功攻克了塔里木盆地鉆井史上三大難題：一是鉆遇中上奧陶系碳酸鹽巖縫洞發(fā)育區(qū)放空漏失難題，二是解決了目的層高溫、高壓對(duì)
鉆井液和水泥漿提出的高要求，三是在國(guó)內(nèi)首次將直徑273.1毫米無(wú)節(jié)箍套管下深達(dá)5481米。
工欲善其事，必先利其器。近年來(lái)，我國(guó)在深井鉆井裝備上也有了很大發(fā)展。北京
石油機(jī)械廠生產(chǎn)的頂驅(qū)已超過(guò)100臺(tái)，替代了進(jìn)口，并遠(yuǎn)銷國(guó)外。2007年11月，國(guó)產(chǎn)第一臺(tái)12000米鉆機(jī)在寶雞石油機(jī)械廠誕生。
專家稱，我國(guó)1000米至5000米淺、中層油氣藏的開發(fā)度已達(dá)60%以上，而7000米以下深層尚屬比較陌生的領(lǐng)域。此次12000米鉆機(jī)的快速成功問(wèn)世，將把我國(guó)陸地深層和海洋深水油氣田、大位移井及其他復(fù)雜超深油氣藏的勘探開發(fā)水平提高到一個(gè)新的層次，并將極大提升我國(guó)石油鉆井隊(duì)伍在國(guó)際油氣勘探市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力。
三、目前存在的問(wèn)題和發(fā)展趨勢(shì)
近年來(lái)，我國(guó)復(fù)雜地質(zhì)條件下深井超深井鉆井發(fā)展迅速，已形成一條以自主研發(fā)為主與有選擇地吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù)相結(jié)合的道路，逐步形成有中國(guó)特色的深井超深井技術(shù)，推動(dòng)我國(guó)鉆井技術(shù)向優(yōu)質(zhì)高速、經(jīng)濟(jì)有效和安全環(huán)保方向發(fā)展，在國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力逐步提高。
但我國(guó)深井超深井鉆井技術(shù)與國(guó)外先進(jìn)水平仍存在很大差距。與美國(guó)相比，我國(guó)井下復(fù)雜情況和事故時(shí)效多、鉆井周期長(zhǎng)、費(fèi)用高，主要表現(xiàn)在地層工程特性參數(shù)預(yù)測(cè)精度低，復(fù)雜層段井眼失穩(wěn)嚴(yán)重，高陡構(gòu)造井斜嚴(yán)重，鉆具事故較多，難鉆地層的機(jī)械鉆速低，防斜打直未配備先進(jìn)的垂直鉆井系統(tǒng)，鉆井液體系與處理劑配套應(yīng)用效果差，井口機(jī)械化與自動(dòng)化整體水平低，尤其是先進(jìn)的鉆井、測(cè)井工具還依賴于進(jìn)口。
業(yè)內(nèi)人士稱，我國(guó)深井超深井鉆井技術(shù)與國(guó)外先進(jìn)水平的差距約為5年~10年，而井下工具及測(cè)量?jī)x器方面與國(guó)外先進(jìn)水平差距在10~15年
現(xiàn)代鉆井技術(shù)已不單單是構(gòu)建油氣通道，而是成為提高勘探發(fā)現(xiàn)率、開發(fā)
采收率的技術(shù)，其整體朝著更深、更快、更便宜、更清潔、更安全、更聰明的方向發(fā)展，向信息化、集成化、智能化方向發(fā)展，目標(biāo)是降低“噸油成本”，實(shí)現(xiàn)效益最大化，全方位支持油氣勘探開發(fā)。
有關(guān)鉆井專家表示，深井超深井鉆井技術(shù)在今后較長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)仍將是我國(guó)實(shí)施油氣資源戰(zhàn)略，提高勘探開發(fā)效益的重要技術(shù)支持手段。它的發(fā)展趨勢(shì)主要是：
1.向集成化、信息化、智能化、自動(dòng)化方向發(fā)展。深化復(fù)雜地質(zhì)條件下深井超深井鉆井技術(shù)，開發(fā)具有更深鉆探能力、更高自動(dòng)化程度、更符合HSE要求的深井超深井鉆機(jī)、井下工具，實(shí)時(shí)測(cè)量工具，向信息化、集成化、自動(dòng)化閉環(huán)鉆井技術(shù)發(fā)展。
2.向有利于提高油氣采收率方向發(fā)展。加強(qiáng)已成熟特殊工藝井技術(shù)，包括
定向井、
水平井、叢式井、大位移井、欠平衡鉆井、氣體鉆井技術(shù)等在深井超深井鉆井中的應(yīng)用和發(fā)展，實(shí)現(xiàn)對(duì)油氣資源的高效勘探與開發(fā)。
3.向高效破巖技術(shù)方向發(fā)展。目前旋轉(zhuǎn)鉆井仍是油氣勘探開發(fā)廣泛應(yīng)用的鉆井方式，超高壓水射流、空化射流、旋沖鉆井、導(dǎo)向鉆井、垂直鉆井、氣體鉆井等新技術(shù)的應(yīng)用，提高了破巖效率，而激光鉆井、熔融鉆井等鉆井技術(shù)的研究則為石油鉆井提供了新的破巖方式，以期大幅度提高破巖效率，提升鉆進(jìn)速度。
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