胜利石油工程渤海钻井40619队进行全过程套管钻井施工。 王 福 摄

        2023年，胜利石油工程渤海钻井40619队在陈庄、胜坨区块4口井首次采用全过程套管钻井技术，完钻井深2312米、水平位移854米，验证了套管钻井技术的可行性，为推动胜利东部老区大幅提高采收率、助力油田长期稳产增效带来了曙光。

        如今，胜利石油工程瞄准快速高效低成本建井目标，潜心攻关井网重构、井筒工程和自动化钻机等套管钻井成套技术，全力推动工艺与装备创新。

        这一切，源于工程科研人员志在突破传统工艺、追赶世界一流的初心。

        极简钻井，极致攻关

        套管钻井是在钻进过程中利用套管代替钻杆串完成钻井作业，实现钻进与下套管作业二合一，可一趟完钻，是常规钻井的极简版。这项技术起源于国外，兴起于低油价时期，近年来在全球范围内得到迅速发展。

        数据表明，与常规钻杆钻井相比，套管钻井可提高生产时效25%~30%，具有减少井下事故、改善井控状况、保护产层等优势，是钻井工程的革命性技术。胜利石油工程钻井院早在十几年前就开展过套管钻井相关技术研究，但受限于当时的钻井工艺和技术装备，试验效果并不理想。

        2021年，为实现难动用储量有效开发、低产调整井规模开发，解决老油田断块复杂、非均质性严重、注采井网不完善等问题，胜利石油工程钻井院再次与套管钻井较上了劲儿。

        “胜利东部老区中浅层油藏地质储量31.3亿吨，由于老区中后期新建产能工程成本高，近2/3难动用、未动用储量滞留地下。”钻井院党委书记杨海波说，“我们必须依靠技术进步，突破制约低成本勘探开发的瓶颈，释放更多井位，为国家能源安全提供更好保障。”

        套管钻井对于油田增储上产的意义重大，首口井试验成功更是对增强整个油服行业的信心至关重要。胜利石油工程迅速成立了以公司高级专家吴仲华为首的研发团队，抽调精干力量，充分讨论方案，倒排研发计划。“全过程套管钻井要做到全过程不起钻，就像火箭发射一样，开弓没有回头箭，一旦开钻，每个环节必须一次成功。”吴仲华说。

        研发团队面临的第一个难题就是如何实现二开“一趟钻”。“不但要用二开钻头钻穿一开钻头，而且要打完后面的进尺。这不是用自己的矛攻自己的盾吗？”钻井院高端装备中心主任关舒伟把疑惑咽回了肚子里，与专家团队一遍遍设计、推翻重来，终于研制出一款软硬兼具、外刚内柔的可钻式钻头和一款专打钻头的强攻击性钻头。

        朝着同一目标，所有人都铆足了劲儿：钻井工艺研究所研发了随钻光纤陀螺仪器，用于解决套管磁力干扰问题；钻井工具研究所研发了投入式止回坐键工具，用于仪器打捞，不到一个月就完成了设计加工。同一时间，高端装备产业化中心开足马力加工高抗扭套管柱组合井下工具。整个5月，车间灯火通明。

        经过紧锣密鼓的准备，2023年6月，陈23-更27井开钻。这是国内首口全过程套管钻井施工，意义非同一般。所有研究人员悉数到场，暗下决心，“只许成功，不许失败”！

        钻井院井筒压力测控所宋荣荣博士是研究团队唯一的女员工，负责收集每道工序的施工资料。当一开钻头成功打到421米、二开钻头入井，看着振动筛上跳跃着亮晶晶的钻头碎屑，她第一时间向大家报告了这个好消息：“一开钻头被成功钻穿了！”最终，陈23-更27井不孚众望历时6.25天实现了快速、安全、高效完井，钻井周期比邻井缩短了2.95天。

        趁热打铁，一周后，同平台的陈23-斜更29井成功完成定向井试验，创3项全国纪录。“在此之前，国内厂商从未有过不回收底部钻具组合的套管钻井定向作业。梦想成真的感觉太棒了！”吴仲华笑着说。

        四战四胜，梦想成真

        套管钻井技术一旦成熟，不仅能够实现胜利东部老区二开制中浅层井快速低成本建井，而且可以应用于西南页岩气、致密气的浅表层、裂缝型、溶洞型漏失地层和易破碎地层的快速穿越，甚至能在煤层气、浅层地热开发中发挥作用，为企业转型发展贡献新质生产力。

这样一项颠覆性的技术，仅仅两口井的试验还不足以进行规模化应用。

        “我们要挑战更高难度的区块、更复杂的井。”胜利石油工程钻井院院长裴学良说，“实践是检验真理的唯一标准，只有经过充分的试验，把成功的偶然性转化为必然，才能让一项新技术变成值得信赖的好技术。”

       胜坨油田成为研发团队的下一个目标。

        作为山东境内首个探明的大油田，胜坨油田经过近60年的开发，已经“垂垂老矣”。如果套管钻井技术能给老油田带来“返老还童”的曙光，那将为打造“百年胜利”注入强心剂。

        与陈庄地区相比，胜坨油田井深更深、位移更大、施工难度更高，实施套管钻井面临着高造斜、大位移、井网密集、防碰绕障等技术难题，对套管接箍承扭、轨迹控制、固井质量等都提出了较高要求。

        技术需要进一步升级。研发团队结合陈庄套管钻井的成功经验，针对胜坨油田地质工程难题，迅速制定了2-3-斜222井一开、二开套管钻井技术改进完善方案，不到两个月的时间就完成了地面、井下工具的准备及钻井专用套管的设计与加工。

        套管加工最能体现科研人员精益求精的工作态度。研发团队经过大量计算，将套管壁厚从10.54毫米减至9.17毫米。毫米级别的调整带来的是成本的进一步降低。为保证套管承扭满足钻井要求，他们还重新设计套管接箍，研制出抗扭能力达到19000牛·米的139.7毫米高抗扭钻井型套管。同时，可钻式套管钻头经过快速迭代升级也已达到国际同类产品技术水平。

        2023年10月27日，2-4-斜更300井开工。该井完钻井深1935米，成功应用了高抗扭套管等一系列新工具。同年11月9日，2-3-斜222井挑战更高难度，井深达到2312米，创国内套管钻井井深最深、水平位移最大两项纪录，充分验证了套管钻井技术的可行性。

        “施工过程中，由于施工区块老井错综复杂，地下井网密如蚁穴，防碰难度很大。”钻井院钻井工艺研究所赵洪山博士说，“我们通过轨道绕障优化、实时防碰扫描、精细化轨迹控制措施，实现了与邻井最小防碰距离10米以上，保证了轨迹控制安全。”

        不仅如此，在2-3-斜222井开展的试验中，研发团队还使用了MWD（随钻测量）伽马探管，在井深1400米之后成功录取伽马数据，解决了地层岩性识别难问题。试验结束后，他们总结经验，研发了扩张式钻头，完成了进尺后液压刀翼扩张打开，为下开次钻头让出钻进通道，消除了用钻头打钻头的“内耗”，使国产套管钻井技术不断完善。

        如今，胜利石油工程套管钻井技术已具备推广应用条件，但研发团队仍不满足现状，聚焦井网重构、井筒工程和自动化钻机等成套技术迈出了新的步伐。“打造老油田提高采收率的‘工程驱动样板’，让不可能钻的井变为可能，充分释放钻井工作量，是我们的光荣使命！”裴学良说。

        专家视点

        技术迭代升级点燃钻完井提速引擎

        □中国石化石油工程技术研究院 光新军

        油气钻井技术是发现油气藏、建立油气通道、提高单井产量、降低综合成本、实现油气高效开发的重要手段。21世纪以来，随着超深井钻井、海洋深水钻井、水平井“一趟钻”等钻井技术的快速发展，拓宽了油气勘探开发领域，实现了深层、深水、非常规等油气资源的经济有效开发。

        在能源转型、新一轮科技革命加速演进的大背景下，油气钻井技术的发展面临诸多挑战。一是随着油气勘探开发向深水、深层、非常规等领域深入推进，资源品质劣质化和作业环境复杂化进一步加剧，开发难度不断增大，对钻井技术提出了更高要求；二是全球能源转型推动油气产业链向低碳化发展，对钻井技术发展的方向和目标提出了新的要求；三是数字化、智能化正在引领新一轮科技及产业变革、催生重大颠覆性创新，并向油气行业不断渗透与融合，要求钻井技术抢抓数字化发展机遇。

        为提高适应复杂地层和环境的能力，满足油气勘探开发增产上产、降本增效、低碳发展的需要，在信息技术、人工智能和新材料等高新技术的推动下，钻井技术正向高性能、低成本、智能化、绿色环保等方向发展。

        经过多年持续攻关，我国形成了系列配套油气钻井技术，基本满足了油气勘探开发的需要，但在高性能智能旋转导向系统、超高温井下测量工具、连续管钻井技术等方面与国外技术还有一定差距。在保障国家能源安全、推进油气高质量发展的要求下，需要围绕“两深一非一老”、绿色低碳和数字化领域，加快关键钻井技术的攻关和推广应用，支撑打造油气上游新质生产力。

        一是针对深层超深层油气高温、高压、高应力等难题，研发深层超深层优快钻井、高温高密度井筒工作液体系、220摄氏度井下测控仪器等钻井技术，提升深层超深层复杂环境作业能力。二是针对海洋深水钻井作业风险高、地质环境复杂等难题，研发深水控压钻井、双梯度钻井、无隔水管钻井等安全钻井技术，提高海洋油气开发的安全性和可靠性。三是针对非常规油气开发效益差、降本增效难度大等难题，研发5000米长水平段水平井钻井、随钻远探测、智能旋转导向系统等提速提效钻井技术，大幅降低吨油成本，实现页岩、致密低渗油气藏经济高效开发。四是针对老油田挖潜油气水关系复杂、单井产量低等难题，研究套管钻井、高级别分支钻井、最大储层接触（ERC）钻井、连续管钻井、超短半径径向水平井钻井、老井侧钻、仿生井等提高单井产量钻井技术，最大限度地接触剩余油，提高单井综合效益。五是围绕高温地热和干热岩开发、地下空间储能、二氧化碳封存与利用、油气开发全过程节能减排等新能源新领域，研究微波钻井、等离子钻井、U形井钻井、燃料电池钻机装备等满足新能源开发的特殊钻井工艺和低碳钻井技术，实现油气产业绿色低碳发展。六是围绕油气行业数字化转型和智能化发展，采用大数据、人工智能、数字孪生等技术，借助自动化钻井装备和高端智能新材料，开发智能钻井技术，实时监督和优化钻井过程，实现油气钻井全自主智能决策和闭环调控。