“生命禁区”里钻探大国深度——记中国石油天然气集团“深地复杂油气藏钻完井关键技术创新与工业化”项目团队

蔡巧玉

油气资源是人类生存和文明发展的重要物质基础。长久以来，国际间的竞争愈发激烈，油气资源日益成为保障一个国家强盛发展的“底气”。我国是一个油气资源生产大国，但同时更是油气资源的消耗大国。近几年间，我国的油气需求量以及对外依存度持续攀升，能源安全问题已经成为制约我国高质量发展的一大瓶颈。

油气藏勘探开发业务的特性决定了这是一项逆水行舟的艰巨事业，不进则退。作为保障国家能源安全的主力军，中国石油人必须有破冰前行、不断创新、挑战极限的信念和斗志。随着全球石油工业勘探开发的不断深入，走到今天，浅层油气藏基本已经开发殆尽，深部地层油气藏的勘探开发成为重点。据统计表明，世界新增油气储量60%来自深部地层，而我国83%深地油气有待探明和开发。为此，习近平总书记特别提出了关于能源革命、向地球深部进军的重要战略思想。坚持走深地复杂油气藏钻完井工程的可持续发展之路，推动我国深层和深水复杂油气勘探开发工程技术进步，是保障我国油气能源供给安全的必由之路。

塔里木盆地是国家最重要深地油气战略接替区，深地油气资源成为塔里木石油人当前和未来油气勘探开发的重要领域，随着深地油气勘探开发的深入和复杂程度的提高，对工程技术的要求和依赖也进一步提高，使得工程技术也面临着前所未有的难题和挑战。

深地复杂油气藏钻完井工程是一项复杂的系统工程，需要有科学的理论、先进的技术及装备、高素质的人才队伍和科学的管理作为支撑，它是一个国家或企业钻井完技术综合实力的体现。

以胥志雄为首的项目团队，依托“大型油气田及煤层气开发”国家科技重大专项、中国石油重大专项，对标国际前沿工程技术，历经十余年产学研用联合攻关，突破了深地复杂压力系统安全封隔、复杂难钻地层快速钻井、极端环境下井筒完整性三大关键技术瓶颈，大力发展深层、超深层复杂结构井钻完井技术，实现提速、提质，成为实现油气效益开发的重要保障。

钻完井关键技术的进步和突破，使得以往久攻不克、没有经济效益的油气资源逐步得到挖掘和有效的开发，深地复杂井钻完井技术的快速发展，拓展了油气勘探开发的纵深和空间。近两年，塔里木油田实现了7000米超深井钻井常态化，并已具备万米钻井能力，每年钻探6000米以上超深井超过110口，占到我国超深井钻探的一半以上。“十三五”以来，钻探的7000米以上超深井占到我国超深井数量的75%以上，成功钻探轮探1、克深21等6口8000米以上超深井。以胥志雄为第一完成人的“复杂超深层钻完井关键技术及应用”荣获了2019年中石油科技进步奖一等奖，他们用科技利器强力支撑起油气持续稳产上产，交出了一份闪亮的“成绩单”，在“生命禁区”里钻出大国深度。

攀登“地下珠峰”

8882米！比世界最高的珠穆朗玛峰还要多出34米。

这就是2020年1月19日成功出油出气的轮探1井钻入地壳的深度，一举打破了亚洲纪录，成为亚洲陆上第一深井。在此之后的试油阶段又创下封隔器坐封位置、电缆穿孔深度等多项最新纪录。这一切都标志着塔里木油田深地复杂油气藏钻完井工程达到了世界陆上领先水平。

钻探深度树起新地标，能够取得这样的成绩，与胥志雄团队多年来坚持不懈地钻研深地钻完井技术分不开，作为项目带头人，他说：“这口井的成功更加激励我们科研人员持续攻关，进一步追寻大场面。”

据胥志雄介绍，轮探1井位于新疆轮台县境内，目的层为寒武系肖尔布拉克组，对塔里木油田建设3000万吨大油气田、寻找战略接替层系具有重要意义。但是，轮探1井地质资料极度匮乏，尤其在井深6800米后可参照的邻井资料几乎为零，面对着超深、超高压、超高温、高含硫等钻探难题，存在溢流、垮塌、钻具易疲劳损坏等风险，现有钻完井技术面临着极大的考验。

“埋藏更深，压力更大，工艺技术更为复杂，我们钻探的理论和技术也必须更新换代，能否攻克这些难题，关系到整个气田能否顺利投产。”摆在胥志雄和他团队面前的是一系列崭新课题，更是一次超越自我的挑战！

早在20世纪80年代，石油地质届就已公认塔里木盆地地质结构是世界罕有的复杂与独特，油藏深度为国内之最，也为中国陆上钻完井工程的难度之最，要想在如此深的油藏进行钻井施工，其难度等同于在地下七八千米精确制导实现百步穿杨。

满深1井获高产油气流

团队成员们并没有被困难吓倒，他们迎难而上，无数次在图纸前凝神苦思，收集一切可能收集到的资料，开展相关实验，加班加点研究计算，探讨方案。自2018年6月28日开钻以来，胥志雄和他的同事们常驻钻井现场，加强井控管理，细化各开次施工方案。加强液面监测，预防溢流事故发生。加强钻具探伤，及时更换保养，全力保障生产组织安全平稳运行，一点点地勾勒出了可通往8800米以下的“寻宝路径”，开启了地下深层油气宝库的大门。

项目团队坚持工程地质一体化，精细地质分层研究，从井身结构、钻具抗拉、水力学等方面开展优化论证。优化设计井身结构为四开四完，备用五开五完。优选定制小接箍高强度钻杆及配套胶皮护箍，增加钻具抗拉强度，减少对套管的磨损，确保井筒完整性。根据现场实际情况试验和摸索出目的层钻进的最佳钻井液配方与体系。开展水泥浆体系高温性能评价实验，确保超高温固井安全施工，为目的层固井做好充足的技术储备。针对轮探1井地层岩性特征，在轮南地区首次采用防斜控斜的垂直钻井技术，优选X516定制钻头，较常规PDC钻头提速约17.6%。最终，这口井实现安全高效钻进，也刷新了取芯、测井亚洲最深纪录。

技术的突破加快了我国石油天然气工业从深层走向超深层的步伐，推动了塔里木油田天然气勘探开发有质量、有效益、可持续发展，也使我国向世界提供了一份完整的深地复杂油气藏钻完井关键技术的“中国方案”与“中国智慧”。

在油气工程技术领域，钻井深度一直是一项重要指标，也是科技研发力量的一块试金石，已然成为一个国家科技力量的综合体现。然而在20多年前，我国深井超深井钻井技术与国外先进水平还存在着很大差距。尤其是与美国、俄罗斯等国相比，我国井下复杂和事故时效多、钻井周期长、费用高，主要表现在地层工程特性参数预测精度低，复杂层段井眼失稳严重，高陡构造井斜严重，钻具事故较多，难钻地层的机械钻速低，防斜打直未配备先进的垂直钻井系统，钻井液体系与处理剂配套应用效果差，井口机械化与自动化整体水平低，尤其是先进的钻井、测井工具还依赖于进口。业内有专家甚至坦承，我国深井超深井钻井技术与国外先进水平的差距约为5～10年，而井下工具及测量仪器方面与国外先进水平差距在10～15年。

尤其是在历经“整体挤压、分层变形、垂向叠置、联动递进”多期构造变形，油气藏埋深普遍在6000～10000米的塔里木盆地，它甚至被地质学家形象地比喻为“一个被摔碎的盘子，然后又被踹了几脚”，可见地理构造极其复杂，钻完井工程技术面临的都是“全球少有、国内独有”的难题。

由于技术水平有限，在没有立项攻关之前，为了开发深地复杂油气藏，塔里木油田曾先后报废了4口井，损失超十亿元，从而令众多国内外技术服务公司望而却步。这么大的钻完井难度，也严重制约了塔里木盆地石油勘探开发的步伐，如果没有相应的技术出现，就意味着我国有一大部分的油气资源将难以利用，我们只得望油兴叹，所以，对中国石油人而言，深地复杂油气藏钻完井技术的研发和应用迫在眉睫。

面对挑战，塔里木石油人“坐不住”，也“等不起”。从20世纪90年代初期，研究人员就开始围绕钻完井技术难题展开科技攻关。他们长期深入塔里木盆地等地的石油钻井平台，了解工程施工情况，分析解决施工难题，为钻完井技术进步奠定坚实基础。当时年轻的胥志雄也在风霜雨雪的锤炼中得到了成长，成为了今天的中坚人物。

为加快我国超深井研究步伐，中石油塔里木油田分公司承担起超深井钻井技术研究这一国家重点科技攻关课题，他们与国内石油院校、企业共同攻关，组成课题组。中石油集团高度重视超深井钻井技术研究，投入大量资金用于设备更新改造、工艺技术研究和队伍人员培训。

胥志雄在行业会议上发言

作为项目带头人的胥志雄带领团队经历了调研和学习、引进与消化吸收再到同塔里木实际情况相结合的独立创新，通过反复攻关实践，使得超深井钻井技术从理论到工艺均取得了长足的发展和进步。随着钻井装备和配套工艺技术的不断进步，新技术新工艺的成功研发和应用，获得了巨大的技术成果，钻达了以前不能钻达的深度和层位，发现了以前发现不了的油气藏，钻探能力显著提升，钻井速度大幅提高，经济和社会效益显著改善。

回顾10多年前，塔里木盆地打第一口7000米超深井的时候，用了将近两年的时间。而10多年后的今天，再钻一口同类型同深度的井平均钻完井周期已经下降到200天左右。“如果把以前的速度比喻为普快列车的话，现在就是高铁速度。”胥志雄自豪地说。

破解“世界级难题”

6000米、7000米、8000米……曾经传统的观点一次次被颠覆，入地深度的纪录一次次被打破。超深层油气田的勘探开发，这个过去的“冷门”近些年来已然越来越成为“热点”，更被视为各大油田油气开发新的增长点。以胥志雄为代表的塔里木石油人就是在这样的压力和鞭策下，十年如一日地持续攻坚，不断创新，向极限发起挑战。

他们明白，提速提质的前提，就是加大科技创新力度，只有提升科技实力，才能让之前的禁区不断“解禁”。现代钻井技术已不单单是构建油气通道，而是成为提高勘探发现率、开发采收率的技术，其整体朝着更深、更快、更便宜、更清洁、更安全、更聪明的方向发展，向信息化、集成化、智能化方向发展，目标是降低“吨油成本”，实现效益最大化，全方位支持油气勘探开发。

塔里木盆地受断裂运动影响，埋深普遍大于8000米，地层极其复杂，很多钻井工程师都感叹：“在这样的复杂地质条件下，深井、超深井钻井就是天天在跟一些世界级难题打遭遇战！”这里主要目的层超深、超高压、超高温、强腐蚀地层具有压力系统多、压力窗口窄、稳定性差、可钻性差等特点，钻井工程面临“斜、喷、漏、卡、塌、毒、硬”等诸多技术难题。

钻到一定深度，每向下再延伸一米，都要克服极大的困难。胥志雄回忆起当初面对的各种挑战：从地下100米到地下8000米，温度由100℃升至230℃以上，地层压力由70兆帕增加到130兆帕以上，普通的井下工具由于经受地热与摩擦热的双重炙烤，会变软，甚至“软得像面条”，传统的井身结构设计方法难以保证顺利完钻，常规的钻探技术“打不成井”；钻探要穿越高陡巨厚砾石层、强蠕变复合盐层和强研磨裂缝性储层三大世界公认的钻井“禁区”，常规钻探技术“钻得慢”，极大限制了产能建设的时效性与新井产量的到位率；同时在超高温、超高压、强腐蚀极端环境下，钻井存在工具造斜能力差、摩阻扭矩大、井眼轨迹控制难度大等特点，井筒屏障“建不好”，钻完井及测试过程中面临井漏、井喷、卡钻、硫化氢以及套管磨损与挤毁、腐蚀失效、连接漏失、封隔失效的风险。钻完井事故复杂频发，但处理手段有限，一旦发生事故经济损失巨大。

对标全世界70多个超深超高压超高温的油气井情况，塔里木油田的许多地质条件世界少有，国内独有。只有技高一筹，方能打破禁锢。面对塔里木盆地的实际困难，胥志雄和他的项目团队不断破解地质构造复杂和钻井施工难、慢、险等难题，推进管理创新、技术创新，突出工程技术现场试验和新技术推广应用，吸收实用技术，从而突破了深地复杂压力系统安全封隔、复杂难钻地层快速钻井、极端环境下井筒完整性三大关键技术瓶颈。

首先，创新了超深复杂压力系统安全封隔技术，攻克了复杂压力系统预测难题，设计了3套非常规井身结构，构建了满足不同盐层埋深、层数、蠕变强度的非标井身结构系列，解决了多套超深复合盐层安全封隔重大难题。工欲善其事，必先利其器。团队研发配套了专用超高强度钻具和高强度套管，创新了超深复杂压力系统安全封隔技术，从而实现了深地复杂井“打得成”；其次，发明了三套复杂难钻地层快速钻井技术。发明了垂直钻井工具和非平面齿高抗冲击PDC钻头等提速“利器”，实现高陡砾石层防斜打快，建立了钻井液密度设计方法，同时发明了抗盐抗温油基钻井液和精细控压钻井技术，事故复杂时间大幅缩短。创新了强研磨裂缝性储层钻头设计和储层保护技术，实现斜-溢-漏-塌-卡同存地层安全快速穿越，实现深地钻完井“钻得快”；最后，创建了极端环境下井筒完整性技术。构建的多级防护屏障解决了超高温、超高压、强腐蚀致使井筒泄漏重大难题，促成极端服役环境下“建得好”，并建立国内首部井完整性规范体系，引领国内井完整性技术发展。目前，塔里木油田已建成300亿方世界最大超深层天然气生产基地，项目成果保障了国家能源安全和西气东输长期平稳供气。

正是在以胥志雄及其项目团队为代表的塔里木石油人的不懈努力下，近年来，我国在深地钻完井技术与装备上有了很大发展。从氮气钻井、连续循环空气钻井，再到涡轮+孕镶钻头、提速特种钻头、全过程储层保护和全生命周期井筒完整性攻关等，一项项新技术新装备腾空出世，为提升科技实力奠定了基础，使我国复杂地质条件下深地钻完井技术迅速发展，已形成一条自主研发为主、选择性吸收国外先进技术的道路，逐步形成有中国特色的钻完井技术，推动了我国的钻完井技术向优质高速、经济有效和安全环保方向发展，在国内外市场竞争力逐步提高，就连国际顶尖石油服务公司哈里伯顿也由衷赞叹“塔里木钻完井技术已走在世界前沿”。 每一口深井或超深井的钻探成功，都意味着诸多世界级的难题被攻克。而取得突破后，塔里木石油人没有停下前进的脚步，他们总结经验，深化研究，继续将打好深地复杂油气藏钻完井关键技术创新与工业化的攻坚战作为新的工作着力点，向信息化、集成化、自动化闭环钻井技术的方向发展。胥志雄表示，深地复杂油气藏钻完井技术在今后较长时期内仍将是我国实施油气资源战略，提高勘探开发效益的重要技术支持手段。“我们要继续加强科技攻关，突破更多技术上的瓶颈，逐步形成适合塔里木盆地的深地钻完井解决方案，实现安全快速钻井，钻井周期和成本明显下降，提高勘探开发效益，提高自身竞争力，保证国家能源安全。”

中秋区块钻井现场——破解世界级难题

工作人员围在一起讨论问题

大家在一起查看图纸、讨论方案。

目前，这一套创新理论和技术不仅已在国内油气田开发中得到推广，还支撑了中石油集团海外项目的高端技术合作，奠定了我国在世界深地油气藏钻完井领域的领先地位，也为带动“一带一路”沿线油气田的开发利用贡献了中国智慧。

铸造英雄团队

回顾历史，石油天然气工业的发展史，就是一部石油工程技术的振兴史，而塔里木石油人完成每一次石油工程技术的跨越，都带来了油气储量及产量的快速增长。时序交替中，永恒不变的是产业报国、奉献能源的初心；历史坐标上，始终清晰的是勇挑重担、家国天下的情怀。

“没想到油田发展如此之快，30年来，塔里木油田从一个年产量不足3万吨的小油田，发展成为2500万吨级的我国陆上第三大油气田。”曾经参加过塔里木石油会战的老员工们谈及企业的发展充满了使命感和自豪感。1989年4月开始的塔里木石油会战，是我国改革开放的大背景下展开的一场新型石油会战。这30年，是信心越发坚定的30年，是科技跨越发展的30年，是成果丰硕的30年，也是一代又一代塔里木石油人精神传承的30年。胥志雄等一批今天的科技领军人才和一线中流砥柱就是在这样的薪火相传中成长起来的。

塔里木油田位于世界第二大流动性沙漠塔克拉玛干大沙漠的腹地，“塔克拉玛干”在维吾尔语里是“进的去出不来”的意思。冬季最低气温将近零下40℃，天寒地冻，夏季最高气温则会达到50℃以上，进入“烧烤模式”。春秋季昼夜温差大，沙尘暴频发，气候极端干燥，自然条件十分恶劣，就连国际上和诺贝尔齐名的瑞典地理学家斯文·赫定都曾发出过“这是生命无法涉足的地方”的感叹，所以又有“死亡之海”和“生命禁区”之称。这一切也注定了在这里，必将是一场必须直面各种难以想像困难的石油大会战。

毫无疑问，这里是整个中国自然环境最为恶劣的地区之一，然而也正是在这一片荒漠戈壁之下，埋藏着中国最深最丰富的油气宝藏。在胥志雄看来，塔里木盆地虽然“高温、酷寒、贫瘠、荒凉”，但同时也是每一位石油人无限向往的“圣地”，是寻找大场面、建设大油气田的热土和锤炼人生的熔炉。

为了让塔里木盆地埋在地下的“石油宝贝”更早得见天日，向地层深部进军，向深层要储量，塔里木石油人下定决心，不等不靠，立誓要在深地复杂油气藏高效开发上闯出一条新路，不能让宝藏就这样沉睡地下。“由于塔里木油田面临的都是世界级难题，所以使得每一次科技进步和创新，都有可能代表国家甚至世界的先进水平，这就更鼓舞了一批又一批的石油科技工作者们顽强攻坚、奋力拼搏。”胥志雄坦言，正是每一位团队成员的忘我奋斗和精益求精，造就了成果的诞生。

就“深地复杂油气藏钻完井关键技术创新与工业化”这个项目而言，塔里木油田以油田分公司为牵头单位，组织了包括集团工程技术研究院、中国石油大学（北京）、渤海钻探工程有限公司、宝山钢铁股份有限公司和渤海石油装备制造有限公司等多家科研机构和院所、上百名科技工作者组成多学科研发团队协作完成。

塔里木盆地获重大勘探突破，满深1井获高产油气流。

成果的背后，是项目团队成员多年的努力付出和对自我近乎严苛的要求，“石油铁人”那种忠诚坚守、奉献担当、超越自我的精神，在他们身上全面体现。“这支团队里，各种才能、各种性格的人都具备了，但是大家有一个共同点，就是一心为了攻克深地复杂井的问题共同努力，在日益攻坚的过程中凝练出了一种对目标执着追求的情感。”胥志雄说，“我们说要干成一件事，必须先要凝聚共识，统一思想，剩下的就是坚持、坚持、再坚持！正是这种坚持和奋斗，使我们能够突破钻完井提速、提质的技术瓶颈，建立了钻井地质环境因素描述和优化设计方法，形成深地复杂地层优快钻完井配套技术，具备万米深地复杂地层钻完井设计与技术支持能力，保障了公司在塔里木盆地及海外超深复杂油气藏的勘探开发需要。”

毋庸置疑，塔里木的深地油气藏开发今天呈现出加快发展的大好局面，要得益于技术进步和科技创新。但在胥志雄心里，这个过程中，既要靠技术，还要靠人！他强调，“再好的定位系统，再精准的控制，在实际运用中都会产生一定的偏差，何况是在8000米以深的地下。除了依靠先进的理论和工程技术，更要依靠人的意志和责任心！”因为工作性质的缘故，团队成员的每个人心中都有一串“36524”的“数字密码”，即1年365天，每天24小时，全天候都是待命状态。有时候为了第一时间得知井下的具体情况，现场的一线工人和办公室里的科研人员同时加班加点到凌晨两三点钟是家常便饭。从事钻完井现场工作需要更长时间待在前线，甚至两三个月都回不了家。团队的每一个成员，每一个合作伙伴都是如此，不管碰到家里有什么事或者是什么样的节假日，只要井上有情况，大家就都得放下一切，第一时间解决问题。

艰苦卓绝的攻关历程不仅不断促进着深地复杂油气藏钻完井的技术发展，对于团队成员们的能力和心理也是一种淬炼。随着油气勘探开发对象的不断复杂化和井深不断增加，对以深层、超深层为代表的复杂井钻完井技术提出了更新的挑战。但团队成员始终保持着昂扬的斗志和清醒的头脑，始终走在油气工程技术前沿，不断从实践中总结，勇于突破自我、打破“卡脖子枷锁”，积累了丰富的经验和研究成果。

2020年，是“十三五”规划的收官之年，也是落实中石油集团2019—2025年加快勘探开发发展规划的第二年，更是全面决胜3000万吨、推动油气业务加快发展的关键之年。然而，一场突如其来的“新冠肺炎”疫情，给塔里木石油人决胜3000万吨大油气田带来了严峻考验。

越是险难，越是攀登，征战“死亡之海”，笑傲天山昆仑，挑战世界级难题，这是新时代赋予塔里木石油人的新使命。以胥志雄为代表的塔里木石油人用力气和志气继续矢志不渝地开展技术攻关创新，坚持把科技作为油气开发的利器，以科技换资源、以科技换产量、以科技换效益，勠力同心建设3000万吨现代化大油气田。

就在不久前的4月8日，从塔里木盆地又传来了令人振奋的消息：位于新疆沙雅县境内、埋深接近8000米的满深1井用10毫米油嘴测试求产，日产原油624立方米，日产天然气37.1万立方米，这是中石油在克服疫情影响，复工复产后在塔里木盆地超深层油气勘探开发取得的重大突破。塔里木工程技术团队再一次创新地质理论认识，攻克了超深、断控、缝洞型碳酸盐储层预测方法的技术瓶颈，构建了系统完备的超深层碳酸盐岩钻完井技术序列，为该井成功钻遇良好油气层提供了重要理论和技术支撑，从而开辟出一个新的油气战略接替区。

以未来的视角谋创新，以发展的眼光抓创新。英勇无畏的塔里木石油人在改革开放的大潮中始终与时代同行，以保障国家能源安全为己任，践行着“只有荒凉的沙漠，没有荒凉的人生”的豪迈誓言。胥志雄表示，将和团队一起继续在科研道路上快马扬鞭，解决更多的深地复杂油气的钻完井难题，创造出更多的国际领先技术与理念，为中国油气勘探开发技术的发展提供支撑，为能源强国梦添砖加瓦。

“莫道功成该歇马，又扬飞鞭上征途”，一艘承载着保障国家能源安全重任的“能源巨轮”正在开启新的航程。