“地下珠峰”鉆探有了“金剛鉆”——記山東省科技進步一等獎深層油氣開采優快鉆井關鍵技術裝備及工業化應用

　　中國石化前不久宣布塔里木油田“深地一號”躍進3-3井鉆探井深達到9432米，相當于在地下打出了一座“珠穆朗瑪峰”。助力“地下珠峰”壯舉的深地鉆井工藝技術就來自中國石油大學(華東)管志川教授完成的深層油氣開釆優快鉆井關鍵技術裝備及工業化應用成果。近日，該成果獲山東省科技進步一等獎。

　　向突破“地下珠峰”進軍

　　上天、下海、入地，是人類探索自然的三大壯舉。作為“入地”的重要手段之一，超深鉆井被稱為“深入地球內部的望遠鏡”。

　　位于塔里木盆地中西部的油藏，是世界陸上最深的商業開發油氣田之一。然而，與世界其他盆地地質條件完全不同，56萬平方千米的塔里木盆地油氣藏普遍具有超深、高溫、高壓、高含硫、高含蠟的特征，油氣藏埋深大于4500米的探明儲量占總儲量74.9%，勘探開發難度極大。

　　管志川說，深層油氣井筒構建過程中鉆遇的堅硬地層破巖效率低、高陡構造軌跡控制難、復雜壓力系統井噴預防與控制難度大，導致鉆井速度慢、周期長及事故多，成為制約深層油氣高效勘探開發的瓶頸。

　　如塔里木油田庫車山前地下上層的巨厚礫石層硬過“金剛石”，最厚可達5000米，中層軟得像橡皮糖的復合鹽膏層最厚達2000米，底部的致密砂巖好比磨刀石。塔里木超深井鉆井之難，還表現在井底高溫、高壓和高地應力的共同疊加，近200℃的高溫和近200兆帕的高壓，讓堅硬的鉆井工具柔軟如“面條”。創新鉆井裝備及技術、突破深層鉆井瓶頸迫在眉睫。

　　為克服儲層超深、超高壓、高溫等多個極限難題，自2010年開始，管志川團隊與中國石油、中國石化等企業合作開展了系列技術攻關，提出協同弱化地層抗鉆能力、強化井底破巖攻擊能力等優快鉆井理念及技術方法，取得了深層優快鉆井技術的新突破。

　　正是借助該技術，塔里木油田鉆成了“輪探1井”，實現了重大勘探發現。在地下構造最復雜的庫車山前，深井平均建井周期由成果應用前的2年縮短至200多天，實現了從“打不成”到難鉆地層“打得快”、復雜地質“鉆得深”、極端工況“靠得住”的重大跨越，突破了工程技術“深度極限”。

　　練就突破瓶頸“金剛鉆”

　　管志川團隊提出協同弱化地層抗鉆能力、強化井底破巖攻擊能力等4種技術方法，形成了4類關鍵工具裝備及配套技術，為我國深層油氣資源高效勘探開發提供了關鍵技術支撐。

　　一是以弱化地層抗鉆能力為特色的差壓步進破巖方法與高效鉆頭。針對巖石硬度高、耐磨性強導致的鉆頭破巖效率低的問題，該成果探明了地層抗鉆能力隨井底形狀的變化規律以及步進式鉆進提高破巖效率的機理，發明了降低地層抗鉆能力的差壓步進式鉆頭?，F場試驗表明，與常規鉆頭相比，該鉆頭在含礫地層鉆速最大提高274.89%。

　　二是以強化井底破巖攻擊能力為目標的長壽命旋轉沖擊提速工具。針對深層鉆進井底鉆頭破巖能量不足導致的鉆速慢問題，該成果揭示了沖擊對破巖的影響機制及特性，建立了沖擊參數優選方法，研制了高效沖擊破巖儲能機構，形成了大功率長壽命沖擊提速工具，在深井超深井硬地層較傳統鉆井方式提高鉆進效率30%～70%，降低鉆進成本20%～30%。

　　三是以防斜打快為核心的自動垂直鉆井裝置。針對直井段穿越礫石和高陡構造地層井斜控制難的問題，該成果提出了協同側向推靠力與鉆頭指向控制鉆進趨勢的理念，研制了滑動推靠式垂直鉆井裝置，配套了鉆具組合，打造了自動垂直鉆井國產利器，打破了國外公司的技術與市場壟斷，迫使其服務價格下降超50%。

　　四是以快速響應和高安全保障等級為優勢的井控關鍵裝備。針對深層高壓氣井地層壓力高且復雜、溢漏監測滯后導致井控風險大的問題，該成果揭示了多源監測信息對溢流井漏的響應規律以及極限工況下井控裝備的失效機理，發明了全工況溢漏精準監測與自動控壓系統，研發了高性能耐沖蝕的井控關鍵裝備，溢漏監測精度提高20%，節流管匯抗沖蝕能力提升30%。

　　實現深層技術新突破

　　鑒定專家組認為：該成果總體達到國際先進水平，其中差壓步進破巖方法、四翼滑動推靠垂直鉆井技術達到國際領先水平。

　　管志川介紹，基于上述裝備形成了深層油氣開采優快鉆井關鍵技術，核心技術包括由41項發明專利形成的專利群及行標1項、企業標準3項。截至目前，該成果已在勝利、塔里木及西南等22個油田區塊推廣，在泰國、厄瓜多爾及中東等9個國家應用，累計應用2870余井次，創收和節支共26.79億元。

　　在中國工程院院士羅平亞、中國科學院院士高德利看來，塔里木深地復雜油氣藏鉆完井技術引領了全球陸上井筒完整性技術發展，實現了規模應用，證明我國深地鉆井工藝技術已跨入世界前列。

　　多年來，管志川所帶領的井下過程控制研究團隊，致力于深部復雜地層高效破巖方法與提速技術、定向井軌道設計與軌跡控制理論與方法、鉆井工程風險預測與控制、井筒完整性評價等方向的研究。他們取得了一系列原創性成果，多次打破西方國家的技術封鎖，獲得國外發明專利60余項，發表高水平論文300余篇，獲得國家級及省部級科研教學成果獎10余項，在深地復雜油氣藏鉆井工程領域形成了重要影響力。