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本刊整理編輯
 
超深井工程受到高溫高壓、復(fù)雜地層、超長井眼、腐蝕介質(zhì)等多重因素約束，其安全高效作業(yè)面臨全方位的技術(shù)挑戰(zhàn)。為此，超深井工程的安全高效設(shè)計控制問題該如何解決？未來深井超深井的研究發(fā)展方向是什么？日前，高德利院士研究團隊中國石油大學(xué)黃文君教授在“第二屆中國深井超深井發(fā)展論壇”上做了相關(guān)報告。本刊根據(jù)黃文君教授的報告內(nèi)容編輯整理出相關(guān)內(nèi)容，以供業(yè)內(nèi)參考交流。
 
超深井工程的發(fā)展歷程
 
中國超深井工程始于 20 世紀 70 年代，并于 20 世紀 80 年代以來取得了長足進步。中國
于 1976 年鉆成第一口超深井（女基井，井深 6 011 m），1978 年鉆成第一口井深突破 7 000 m的超深井（關(guān)基井，井深 7 175 m），2006 年突破 8 000 m（塔深 1 井，井深 8 408 m）。
近些年，中國超深井工程進入了發(fā)展快車道，2021 年鉆成第一口突破 9 000 m 的特深井（塔
深 5 井，井深 9 017 m），2023 年 2 月分別鉆成亞洲最深直井（蓬深 6 井，垂深 9 026 m）和亞洲最深水平井（果勒 3C 井，井深 9 396 m，垂深 8 060 m，水平位移 1 561 m），2023 年10 月又刷新了最深水平井紀錄（躍進 3-3XC 井，井深 9 432 m，垂深大于 7 100 m，水平位移超過 3 400 m）。目前，我國部署的 2 口萬米科探井（塔科 1 井和川科 1 井）已分別在塔里木盆地和四川盆地開鉆，超深鉆探正在向萬米深地進軍。
 
超深井工程的挑戰(zhàn)與特征
 
超深井工程的主要挑戰(zhàn)包括有以下幾點：深層存在壓力體系復(fù)雜、必封點多、安全密度窗口窄等問題，導(dǎo)致井身結(jié)構(gòu)設(shè)計難；深部斷層破碎帶、復(fù)合鹽膏層等復(fù)雜地層發(fā)育，漏失、縮頸等井下復(fù)雜情況和故障頻發(fā)，導(dǎo)致井眼失穩(wěn)控制難；深部砂礫巖、石灰?guī)r等難鉆地層硬度高、研磨性強，鉆頭破巖效 率低且進尺短，導(dǎo)致鉆井提速難；深部山前高陡構(gòu)造、逆掩推覆體等地層的自然造斜效應(yīng)大，加之高溫高壓對井下測控工具的限制，導(dǎo)致防斜打快測控難；超長井眼中鉆柱受力特征復(fù)雜，上部鉆柱易拉斷，下部鉆具易疲勞失效，導(dǎo)致鉆具優(yōu)化設(shè)計控制難；超高溫高壓條件下工作液性能退化嚴重，井眼失穩(wěn)、井眼不清潔等問題更加突出，井下動力鉆具、隨鉆測量系統(tǒng)故障頻發(fā)，導(dǎo)致井眼安全延伸難；深層富含硫化氫、二氧化碳等高酸性流體，套管強度與水泥環(huán)密封性退化快，導(dǎo)致井筒完整性控制難。
 
技術(shù)特征包括：超深井工程理論與技術(shù)的發(fā)展呈現(xiàn)出體系化、科學(xué)化、多學(xué)科交叉、地質(zhì)與工程一體化等典型特征。首先，超深井工程面臨的并非單一挑戰(zhàn)，而是多種挑戰(zhàn)并存，需要依賴眾多理論方法和技術(shù)手段的協(xié)同配合才能實現(xiàn)設(shè)計目標(biāo)，各類技術(shù)組合成為一個較完整的技術(shù)體系；其次，常規(guī)淺井與中深井工程技術(shù)進步較多關(guān)注經(jīng)驗摸索與工藝改進，而超深井工程關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展則更依賴于基礎(chǔ)理論研究與關(guān)鍵科學(xué)問題突破；再次，超深井工程涉及地質(zhì)、力學(xué)、化學(xué)、材料、機電、信息、人工智能及工程等多學(xué)科，自動化鉆機、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)等關(guān)鍵技術(shù)的突破都必須通過多學(xué)科交叉研究與跨行業(yè)融合才能實現(xiàn)，而且這種交叉融合趨勢日益顯著；另外，深部地質(zhì)環(huán)境的準(zhǔn)確認識是超深井工程優(yōu)化設(shè)計控制的前提，而超深井工程實踐又會不斷深化對地質(zhì)環(huán)境的認識，地質(zhì)認識與工程優(yōu)化的迭代升級速率正在不斷加快。
 
超深井工程理論與技術(shù)創(chuàng)新
 
黃文君教授介紹了當(dāng)前超深井工程理論與技術(shù)的進展情況，如超深鉆井軌跡預(yù)測與防斜打快技術(shù)；超深井鉆柱振動特性分析與減振控制技術(shù)；超深鉆井延伸極限預(yù)測與設(shè)計控制技術(shù)；超深井套管失效風(fēng)險評估與安全控制技術(shù)的進展。
 
隨著超深鉆探不斷向地球更深處進軍，高溫高壓、復(fù)雜地層、超長井眼、酸性介質(zhì)等客觀約束條件更加嚴苛，超深井工程面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)更加嚴峻，鉆井極限問題也更加突出。如要實現(xiàn)超深井延伸極限的不斷突破以及工程作業(yè)的安全高效控制，就要保證基礎(chǔ)理論與關(guān)鍵技術(shù)持續(xù)創(chuàng)新發(fā)展。
 
針對未來超深井工程技術(shù)發(fā)展要加強五方面建設(shè)。第一要強化基礎(chǔ)科學(xué)問題研究，創(chuàng)新超深井工程理論和方法，為超深井工程技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展提供必要的基礎(chǔ)理論支撐；第二要加強關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)，重點攻克“卡脖子”難題，以推動超深井技術(shù)體系不斷發(fā)展；第三要加強技術(shù)協(xié)同關(guān)系研究，注重發(fā)揮多項技術(shù)之間的協(xié)同優(yōu)勢，探索更加合理的技術(shù)配置關(guān)系，以充分釋放超深井工程技術(shù)體系的內(nèi)在潛力；第四要加強地質(zhì)與工程一體化迭代模式與技術(shù)方法研究，提升地質(zhì)認識與工程技術(shù)的迭代速率，將被動的“遭遇戰(zhàn)”變?yōu)橹鲃拥?ldquo;殲滅戰(zhàn)”，以推動工程技術(shù)的持續(xù)優(yōu)化升級；第五要加強多學(xué)科深度交叉融合，創(chuàng)新數(shù)據(jù)與機理融合驅(qū)動方法，研發(fā)智能鉆完井關(guān)鍵技術(shù)與裝備，推動超深井工程數(shù)智化轉(zhuǎn)型。
 
在全球能源供求格局不斷演變和我國油氣能源需求持續(xù)增長的背景下，加快深層超深層油氣資源勘探開發(fā)步伐，著力提升超深井工程關(guān)鍵技術(shù)裝備水平，對于保障國家能源安全具有重要的實際意義。隨著油氣儲層埋深越來越大，涉及高溫高壓、高陡構(gòu)造、不穩(wěn)定巖層、酸性氣層等諸多復(fù)雜地層，致使多層次復(fù)雜井身結(jié)構(gòu)設(shè)計難，復(fù)雜工況井筒完整性保障難，井壁穩(wěn)定、井眼軌跡控制、鉆井提速提效等超深鉆井作業(yè)面臨更大挑戰(zhàn)，并對鉆機裝備及管材、儀器、鉆具等井下工具儀器提出了新的更高要求。只有在基礎(chǔ)理論方法、關(guān)鍵核心技術(shù)、技術(shù)迭代升級模式、多學(xué)科交叉融合等方面加強攻關(guān)，不斷提升超深井工程理論與技術(shù)水平，才能為我國油氣資源開發(fā)不斷向更深層領(lǐng)域拓展提供有力保障。