當前全球油氣勘探開發正從常規油氣藏向低滲透、非常規發展，從陸地向海洋發展，從淺層向深層、超深層發展。國內待開發油氣資源，主要集中于低滲透、深層油氣藏、海洋油氣藏、非常規油氣藏等。資源品質越差，對工程技術的需求越大。面 對“低(低 壓、低 滲透、低豐度)、深(深層)、海(海洋)、非(頁巖氣、致密油、致密氣等非常規)、新(可燃冰、地熱等新能源)”，以及海相碳酸鹽巖油氣藏等新領域和特高含水油田后期開發的嚴峻形勢，工程技術遇到了新挑戰，同時也獲得了難得的發展機遇[1-3]。

　　縱觀近年來全球鉆井技術發展動向，鉆井正經歷著深刻的變化。極端環境資源勘探開發正成為熱點和焦點，信息技術、材料技術、通訊技術的飛速發展為克服人類極限挑戰提供了種種可能，井下工具市場的進步速度已遠超地質年代的變化速度，鉆井的遠程控制、自動化作業、工廠化作業使得人類越來越有勇氣將足跡踏入到過去似乎不可觸及的區域。

　　這是個機遇與挑戰并存的時代，驅動鉆井技術不斷創新和發展，而鉆井技術創新的回報反過來再進一步驅動技術進步和創新。

　　1 油氣工程技術發展現狀

　　全球石油工業的發展表明：工程技術的每一次革命，都伴隨著全球油氣產量和儲采比一個大的飛躍。尤其是近年來旋轉導向、水平井多級壓裂等工程技術進步，引領了全球第四次石油技術革命，正在改變世界能源的格局�！　〗�年來中國石油天然氣集團公司(以下簡稱中石油)油氣工程技術與裝備的快速發展，尤其是水平井鉆完井及多段壓裂增產改造技術的突破，有力地支撐了油氣勘探開發業務，已經發展成為尋找油氣藏、高效開發油氣田最有效的手段，對增儲上產和提高單井產量發揮了重要作用。隨著油氣資源品質劣質化、油氣目標復雜化等問題的不斷加深，尤其是隨著勘探開發逐步轉向深層、海洋、非常規油氣藏等領域，工程技術與裝備面臨著新的挑戰。

　　1.1 鉆井基本情況　　近年來全球鉆井工作量持續增加，2012年全球鉆井數超過11萬口。目前中國的鉆井規模已經穩居世界第二。僅中石油的鉆井工作量2007年就已經超越加拿大和俄羅斯(圖1～3)�！　≈档弥赋龅氖�，目前美國水平井鉆井工作量已經超過直井鉆井量。隨著頁巖氣的大規模開發，美國水平井 鉆 井 數 快 速 增 長，2012年 增 至17721口，占 當 年美國鉆井總數的36.7%。預計2013年美國水平井鉆井數將接近20000口。當前美國新鉆的水平井大部分用于開 發 頁 巖 氣、致 密 油、致 密 氣 等 非 常 規 資 源。2011年僅 Barnett頁巖氣產區就鉆水平井近 10000口。有些公司和部分地區新鉆的頁巖氣井幾乎全是水平井。同樣隨著頁巖氣的大規模開發，美國水平井鉆井進尺數快速增長，2012年增至6980×104 m，占 當年美國鉆井 總 進 尺 的60%。美 國 用 于 鉆 水 平 井 的 在用旋轉鉆機數快速增加，從2000年的55臺增至2012年的1151臺，占 比 從2000年 的6%增 至2012年 的60%。隨著技術的進步，水平井鉆井效率還將持續提升，鉆井周期、建井周期有望進一步縮短，單位進尺鉆井成本有望進一步降低，同時推動其他井鉆井效率的提升。

　　1.2 工程技術近年來重大標準性成果　　近年來 通 過 持 續 攻 關，自 主 研 制 了 萬 米 鉆 機、頂驅、近鉆頭地質導向、欠平衡/氣體鉆井/控壓 鉆 井、連續管作業 機、21 MPa/35 MPa帶 壓 作 業 機 等 核 心 裝備，發展完善 了 以 水 平 井、欠 平 衡、鉆 井 提 速、儲 層 改造、帶壓作業為核心的成套技術(見表1～3)，有力地支撐了公司水平井、欠平衡、鉆井提速、水平井分段壓裂等重點工程的實施，加快了“大慶穩產”“長慶上產”“新疆大慶”“海外大慶”和川渝天然氣基地建設進程，實現了鉆井持續提速提效，顯著提升了勘探開發綜合效益。

　　1.2.1 深井鉆機及配套設備　　為提 升 深 層、超 深 層 油 氣 鉆 探 能 力，成 功 研 制 了8000m/9000m/12000m鉆機，使中國成為繼美國之后第二個擁有萬米級交流變頻鉆探裝備的國家。配套形成9000kN頂部驅動鉆井裝置和6000HP(1HP=0.7457kW)絞車及盤式剎車，2200HP鉆井泵及高壓管匯系統能在34MPa高泵壓工作條件下無故障運行300h以上，滿足深井、超深井高壓噴射鉆井要求。提升了我國高端裝備設計、研發、制造能力，使我國成為全球最大的鉆機制造國家和第2大頂驅制造商。

　　1.2.2 連續管技術與裝備　　為降低工程作業費用，提高井下作業效率，中石油鉆井院 成 功 研 制 出 CT38、LG360/60T 連 續 管 作 業機，克服大管徑、高強度、連續管穿注入頭等難題，在液壓控制、夾緊方式、井口防噴系統和鏈條同步等方面取得突破，技術性能達到國外同類產品先進水平。在寶雞 鋼 管 廠 建 成 國 內 首 條 連 續 管 生 產 線，已 生 產 直 徑31.75～88.9mm 連續管近10×104 m，滿足了國內連續管技術快速發展對各種柔性管的需求。目前連續管技術的應用幾乎涵蓋了所有油氣井作業范圍。直 徑60.3mm 連續管最大下井深度達4500m，在遼河、四川、大港、冀東 等 油 氣 田 應 用，整 機 操 作 可 靠、運 行 平穩，顯著提高了作業效率和單井產量。

　　1.2.3 近鉆頭地質導向系統　　針對近年來水平井數量不斷增多的問題，研發了具有自主知識產權的隨鉆測量、隨鉆測井和近鉆頭地質導向技術，實現了大多數水平井都能夠采用國產儀器實現軌跡的測量與控制，并且在海外水平井中發揮了重要作用。

　　1.2.4 控制壓力鉆井系統　　為解決塔里木盆地塔中等地區窄壓力窗口安全鉆井難題，中石油成功研制了精細控壓鉆井系統[4]，包括地面壓力控制裝置和井下壓力隨鉆測量工具，填補了國內空白，達到了國外同類技術的先進水平。井底壓力控制精度±0.35MPa，可 進 行 近 平 衡、欠 平 衡 精 細控壓鉆井作業，適用于各種鉆井工況。目前已在塔中、川渝、冀東、華 北 等 油 氣 田 開 展 現 場 試 驗 與 工 業 應 用20余井次，實施了井底壓力精細控制，系統性能穩定，有效解決了“溢漏共存”鉆井難題，取得顯著效果，創造了塔中水平井多項紀錄。

　　1.2.5 自動垂直鉆井系統　　針對塔里木盆地庫車山前、玉門、青海、川東北、準噶爾盆地南緣等山前高陡構造和逆掩推覆體地層的易斜難題，突破 了 動 力 防 斜 技 術，渤海鉆探成功研發出VDT5000自動垂直鉆井系 統。主 要 性 能 指 標 達 到 國際同類產品先進水 平，VDT5000成 功 應 用 幾 十 口 井，單趟最高進尺達1527.8m，井斜角小于0.5°，機械鉆速提高70%以上，已成為塔里木盆地庫車山前構造防斜打快的 主 體 技 術。對于提高西部地區易斜地層鉆速、避免套管損害發揮了重要作用。

　　1.2.6 煤層氣水平井遠距離穿針裝備　　為克服煤層氣水平井與洞穴直井精確引導連通難題，研制了具有超近距離引導、井斜測量和空間立體制導功能 的 遠 距 離 穿 針 裝 備 DRMTS-Ⅰ，打 破 國 外 壟斷，達到 國 外 同 類 技 術 先 進 水 平。探 測 能 力 達 到 70m，實現了5m 以內仍能探測、測量誤差小于5%的良好性能。在山西沁水、內蒙古鄂爾多斯等煤層氣區塊現場應用21井 次，一 次 連 通 作 業 成 功 率100%，為 煤層氣高效開發提供了工具支持。

　　1.2.7 無線電磁波隨鉆測量系統　　自主 研 制 的 DREMWD 無線電磁波隨鉆測量系統現場試驗成功，數據傳輸速率3.5bit/s(井深2876m 處)和11bit/s(井深982m 處)發 電 機 易 損 件 使 用壽命達到200h，數據刷新間隔15s，累計完成現場試驗近10井次。2011年在 HN10-D3煤層氣 水 平 井 現場定向 服 務，井 下 累 計 隨 鉆 時 間 67h，隨 鉆 進 尺 320m，定向過程中電磁波信號連續無間斷傳輸，定向鉆進時動態數據：井 斜 角 跳 動 小 于0.3°、方位角跳動小于0.5°、工具面角跳動小于2°。2012年 鄭4平-8H 井 試驗中，一趟鉆完成1個主支和2個分支的全水平段導向作業，連續工作112h，總進尺1491m。

　　1.2.8 BWR無線隨鉆測井系統　　隨鉆電磁波電阻率測井儀運用自適應發射功率調整技術，提高了不同探測深度的電阻率測量精度，測量范圍擴大了1.5倍，利用局部時間攝動解碼技術，脈沖信號解碼率提 高30%，實 現 了 實 時 測 取、跟 蹤 油 層 邊界，達到了國際先進水平。通過現場試驗，該儀器的測量精度、探測深度、傳輸速度、存儲量與信號識別率等性能指標均優于國際同類儀器。該技術能探測儲層邊界，實現了超薄層水平井地質導向鉆井。

　　2 工程技術發展面臨的挑戰

　　當前油氣勘探開發面對資源品質劣質化、油氣目標復雜化、安全環保嚴格化等嚴峻挑戰。全球油氣勘探開發趨勢正從常規油氣藏向低滲透、非常規油氣藏發展，從陸地向海洋發展，從淺層向深層、超深層發展。面對勘探開發新形勢，工程技術遇到了新的難題和挑戰�！　�對比分析表��，中石油鉆完井技術與國外有一定差距(表4)。主 要 表 現 在 自 動 化 鉆 機、海 洋 鉆 完 井 裝備、旋轉導向系統、抗高溫隨鉆測量儀器、抗高溫螺桿、高效鉆頭、高溫高密度油基鉆井液等方面[2，5]。

　　深井超深井鉆井面臨的挑戰主要表現在：深度增加凸顯鉆機低效;深部高研磨性地層破巖效率低、鉆速慢;高溫高壓對管柱、井下工具、儀器的損壞嚴重;高壓地層對井控安全帶來挑戰;傳統的隨鉆測量系統的信道受到制約;深層井壁失穩問題突出，超深層巖石賦存狀態遵循規律不同于常規地層，常規井壁穩定理論不再適用;多層井身結構應用問題等。

　　海洋鉆井面臨的挑戰主要表現在：水深帶來的挑戰;淺層水、氣流帶來的挑戰;風浪流帶來的挑戰;海底低溫帶來的挑戰;天然氣水合物帶來的挑戰;高溫高壓帶來的挑戰;深水井控難度大;低漏失壓力;鉆井船、水下防噴器、機器人、隔水導管等裝備與技術儲備不足;灘淺海大位移水平井位移延伸能力不夠;海水基鉆井液、固井液不成熟;北極超低溫、多浮冰帶來的挑戰等。

　　3 工程技術發展趨勢與工作建議

　　3.1 工程技術發展方向和趨勢3.1.1 工程技術發展方向[6-12]　　當今世界油氣技術正逐步向集成化、信息化、智能化、可視化、實時化、綠色化方向發展，而油氣鉆井技術總的發展趨勢是向更深、更快、更經濟、更清潔、更安全和更聰明的方向發展(表6)。鉆井技術不僅僅只是打開和建立油氣通道，已成為提高油氣井產量、提高采收率等增儲上產新途徑和重要手段。3.1.2 鉆完井技術發展趨勢　　鉆完井技術在今后一段時間的發展趨勢：①鉆井裝備向大型化、自動化、模塊化、專用鉆機、液壓鉆機和無鉆機方向發展，海洋鉆井裝備向更可靠、更安全、高效起下方向 發 展，配 套 裝 備 也 隨 之 快 速 發 展;②自 動化、智能化、信息化鉆井高新技術向更高、更快、更準的方向快速發展，逐步實現遠程專家支持;③用鉆井新技術提高油氣井產量、剩余油采收率和開發效益已成為鉆井發展的主導方向;④不斷研發鉆井高新技術，新型破巖技術不斷涌現，實現優快鉆井，達到及時發現和保護油氣層、降低“噸油”鉆井成本，已成為國外鉆井發展的主流;并儲備反循環鉆井、等離子和激光等非接觸式鉆井新技術;⑤井下測量、控制儀器和工具朝信息傳輸大容量、多通道、快速精確、抗高溫高壓、智能化、自動化進一步發展;⑥鉆井液固井液系列化發展，體系和添加劑產品種類多樣、性能穩定、抗溫抗復雜能力強，并出現了仿生鉆井液和智能水泥;⑦復雜結構井縱深發展，多分支井向六級以上完井和最大儲層有效進尺(MRC)、鉆向儲層(DTO)、極大儲層鉆進(ERC)方 向發展，魚骨 井 和 大 位 移 井 水 平 位 移 向 12km 以 上 發展;⑧連續管鉆井、套管鉆井、膨脹管鉆井技術配套完善，技術和應用呈現快速發展趨勢，并朝單一井徑井方向發展;⑨頁巖氣、致密油、致密氣等非常規鉆井完井技術不斷突破，并發展儲層穿越20km 長的魚骨井，不斷提高開發效益，水平井將逐步成為常規技術得以規模普及;⑩技術整合集成鉆測錄控一體化，向未來一口井一趟鉆方向發展。

　　3.2 工程技術發展建議　　1)對非常規油氣技術：面臨水平井的快速發展，加快對自動化鉆機、大型壓裂裝備、旋轉導向、油基鉆井液、高效鉆頭和抗高溫長壽命螺桿、新型壓裂液、流體回收處理技術等研究力度，盡快形成產業優勢。　　2)對深層油氣勘探開發：研發提高鉆井效率的鉆機及井口自動化設備，研發高溫高壓試油測試裝備、高鋼級抗腐蝕油套管、研發油基鉆井液和抗高溫壓裂液、井筒完整性評價技術、研發高效鉆頭和抗高溫長壽命螺桿等。　　3)對海洋油氣勘探開發：加快技術儲備，研發鉆機、修井機、采油平臺、水下采油裝置、防噴器等鉆完井裝備;雙梯度鉆井、控壓鉆井、表層鉆井、尾管鉆井等鉆完井技術;超低溫鉆井液、水泥漿、海水基壓裂液等流體。

　　當今世界油氣工業正經歷著前所未有的變革。世界各國越來越把油氣工業的發展寄希望于技術革命。針對油氣勘探開發中面臨的深層、海洋、非常規等關鍵技術瓶頸問題，通過加快工程技術持續攻關，加強自主創新和引進消化與吸收，研制成功一批具有自主知識產權的重大高端裝備、工具、軟件、產品和技術，更快更好地做好工程技術服務，為提高油氣資源動用率和勘探開發效益提供強有力的工程技術支撐。

　　參 考 文 獻

　　[1]中國石油天然氣集團公司.中國石 油“十 二 五”鉆 井 科 技 發展規劃[R].北 京：中國石油天然氣集團公司科技管理部，2010.cnPC.The“TwelfthFiveYear”drillingtechnologyplanofCNPC[R].Beijing：CNPCScience & TechnologyDepart-ment，2010.

　　[2]中國石油集團鉆井工程技術研究院.中國石油工程技術與裝備重大專項頂層設計[R].北京：中國石油集團鉆井工程技術研究院，2013.CNPCDrillingResearchInstitute.Topdesignforengineer-ingtechnology & equipmentofCNPC[R].Beijing：CNPCDrillingResearchInstitute，2013.

　　《中石油鉆井工程技術現狀、挑戰及發展趨勢 》來源：《天然氣工業》，作者：石 林 汪海閣 紀國棟