当前全球油气勘探开发正从常规油气藏向低渗透、非常规发展，从陆地向海洋发展，从浅层向深层、超深层发展。国内待开发油气资源，主要集中于低渗透、深层油气藏、海洋油气藏、非常规油气藏等。资源品质越差，对工程技术的需求越大。面 对“低(低 压、低 渗透、低丰度)、深(深层)、海(海洋)、非(页岩气、致密油、致密气等非常规)、新(可燃冰、地热等新能源)”，以及海相碳酸盐岩油气藏等新领域和特高含水油田后期开发的严峻形势，工程技术遇到了新挑战，同时也获得了难得的发展机遇[1-3]。
纵观近年来全球钻井技术发展动向，钻井正经历着深刻的变化。极端环境资源勘探开发正成为热点和焦点，信息技术、材料技术、通讯技术的飞速发展为克服人类极限挑战提供了种种可能，井下工具市场的进步速度已远超地质年代的变化速度，钻井的远程控制、自动化作业、工厂化作业使得人类越来越有勇气将足迹踏入到过去似乎不可触及的区域。
这是个机遇与挑战并存的时代，驱动钻井技术不断创新和发展，而钻井技术创新的回报反过来再进一步驱动技术进步和创新。
1 油气工程技术发展现状
全球石油工业的发展表明：工程技术的每一次革命，都伴随着全球油气产量和储采比一个大的飞跃。尤其是近年来旋转导向、水平井多级压裂等工程技术进步，引领了全球第四次石油技术革命，正在改变世界能源的格局。 近年来中国石油天然气集团公司(以下简称中石油)油气工程技术与装备的快速发展，尤其是水平井钻完井及多段压裂增产改造技术的突破，有力地支撑了油气勘探开发业务，已经发展成为寻找油气藏、高效开发油气田最有效的手段，对增储上产和提高单井产量发挥了重要作用。随着油气资源品质劣质化、油气目标复杂化等问题的不断加深，尤其是随着勘探开发逐步转向深层、海洋、非常规油气藏等领域，工程技术与装备面临着新的挑战。
1.1 钻井基本情况 近年来全球钻井工作量持续增加，2012年全球钻井数超过11万口。目前中国的钻井规模已经稳居世界第二。仅中石油的钻井工作量2007年就已经超越加拿大和俄罗斯(图1～3)。 值得指出的是，目前美国水平井钻井工作量已经超过直井钻井量。随着页岩气的大规模开发，美国水平井 钻 井 数 快 速 增 长，2012年 增 至17721口，占 当 年美国钻井总数的36.7%。预计2013年美国水平井钻井数将接近20000口。当前美国新钻的水平井大部分用于开 发 页 岩 气、致 密 油、致 密 气 等 非 常 规 资 源。2011年仅 Barnett页岩气产区就钻水平井近 10000口。有些公司和部分地区新钻的页岩气井几乎全是水平井。同样随着页岩气的大规模开发，美国水平井钻井进尺数快速增长，2012年增至6980×104 m，占 当年美国钻井 总 进 尺 的60%。美 国 用 于 钻 水 平 井 的 在用旋转钻机数快速增加，从2000年的55台增至2012年的1151台，占 比 从2000年 的6%增 至2012年 的60%。随着技术的进步，水平井钻井效率还将持续提升，钻井周期、建井周期有望进一步缩短，单位进尺钻井成本有望进一步降低，同时推动其他井钻井效率的提升。
1.2 工程技术近年来重大标准性成果 近年来 通 过 持 续 攻 关，自 主 研 制 了 万 米 钻 机、顶驱、近钻头地质导向、欠平衡/气体钻井/控压 钻 井、连续管作业 机、21 MPa/35 MPa带 压 作 业 机 等 核 心 装备，发展完善 了 以 水 平 井、欠 平 衡、钻 井 提 速、储 层 改造、带压作业为核心的成套技术(见表1～3)，有力地支撑了公司水平井、欠平衡、钻井提速、水平井分段压裂等重点工程的实施，加快了“大庆稳产”“长庆上产”“新疆大庆”“海外大庆”和川渝天然气基地建设进程，实现了钻井持续提速提效，显著提升了勘探开发综合效益。
1.2.1 深井钻机及配套设备 为提 升 深 层、超 深 层 油 气 钻 探 能 力，成 功 研 制 了8000m/9000m/12000m钻机，使中国成为继美国之后第二个拥有万米级交流变频钻探装备的国家。配套形成9000kN顶部驱动钻井装置和6000HP(1HP=0.7457kW)绞车及盘式刹车，2200HP钻井泵及高压管汇系统能在34MPa高泵压工作条件下无故障运行300h以上，满足深井、超深井高压喷射钻井要求。提升了我国高端装备设计、研发、制造能力，使我国成为全球最大的钻机制造国家和第2大顶驱制造商。
1.2.2 连续管技术与装备 为降低工程作业费用，提高井下作业效率，中石油钻井院 成 功 研 制 出 CT38、LG360/60T 连 续 管 作 业机，克服大管径、高强度、连续管穿注入头等难题，在液压控制、夹紧方式、井口防喷系统和链条同步等方面取得突破，技术性能达到国外同类产品先进水平。在宝鸡 钢 管 厂 建 成 国 内 首 条 连 续 管 生 产 线，已 生 产 直 径31.75～88.9mm 连续管近10×104 m，满足了国内连续管技术快速发展对各种柔性管的需求。目前连续管技术的应用几乎涵盖了所有油气井作业范围。直 径60.3mm 连续管最大下井深度达4500m，在辽河、四川、大港、冀东 等 油 气 田 应 用，整 机 操 作 可 靠、运 行 平稳，显著提高了作业效率和单井产量。
1.2.3 近钻头地质导向系统 针对近年来水平井数量不断增多的问题，研发了具有自主知识产权的随钻测量、随钻测井和近钻头地质导向技术，实现了大多数水平井都能够采用国产仪器实现轨迹的测量与控制，并且在海外水平井中发挥了重要作用。
1.2.4 控制压力钻井系统 为解决塔里木盆地塔中等地区窄压力窗口安全钻井难题，中石油成功研制了精细控压钻井系统[4]，包括地面压力控制装置和井下压力随钻测量工具，填补了国内空白，达到了国外同类技术的先进水平。井底压力控制精度±0.35MPa，可 进 行 近 平 衡、欠 平 衡 精 细控压钻井作业，适用于各种钻井工况。目前已在塔中、川渝、冀东、华 北 等 油 气 田 开 展 现 场 试 验 与 工 业 应 用20余井次，实施了井底压力精细控制，系统性能稳定，有效解决了“溢漏共存”钻井难题，取得显著效果，创造了塔中水平井多项纪录。
1.2.5 自动垂直钻井系统 针对塔里木盆地库车山前、玉门、青海、川东北、准噶尔盆地南缘等山前高陡构造和逆掩推覆体地层的易斜难题，突破 了 动 力 防 斜 技 术，渤海钻探成功研发出VDT5000自动垂直钻井系 统。主 要 性 能 指 标 达 到 国际同类产品先进水 平，VDT5000成 功 应 用 几 十 口 井，单趟最高进尺达1527.8m，井斜角小于0.5°，机械钻速提高70%以上，已成为塔里木盆地库车山前构造防斜打快的 主 体 技 术。对于提高西部地区易斜地层钻速、避免套管损害发挥了重要作用。
1.2.6 煤层气水平井远距离穿针装备 为克服煤层气水平井与洞穴直井精确引导连通难题，研制了具有超近距离引导、井斜测量和空间立体制导功能 的 远 距 离 穿 针 装 备 DRMTS-Ⅰ，打 破 国 外 垄断，达到 国 外 同 类 技 术 先 进 水 平。探 测 能 力 达 到 70m，实现了5m 以内仍能探测、测量误差小于5%的良好性能。在山西沁水、内蒙古鄂尔多斯等煤层气区块现场应用21井 次，一 次 连 通 作 业 成 功 率100%，为 煤层气高效开发提供了工具支持。
1.2.7 无线电磁波随钻测量系统 自主 研 制 的 DREMWD 无线电磁波随钻测量系统现场试验成功，数据传输速率3.5bit/s(井深2876m 处)和11bit/s(井深982m 处)发 电 机 易 损 件 使 用寿命达到200h，数据刷新间隔15s，累计完成现场试验近10井次。2011年在 HN10-D3煤层气 水 平 井 现场定向 服 务，井 下 累 计 随 钻 时 间 67h，随 钻 进 尺 320m，定向过程中电磁波信号连续无间断传输，定向钻进时动态数据：井 斜 角 跳 动 小 于0.3°、方位角跳动小于0.5°、工具面角跳动小于2°。2012年 郑4平-8H 井 试验中，一趟钻完成1个主支和2个分支的全水平段导向作业，连续工作112h，总进尺1491m。
1.2.8 BWR无线随钻测井系统 随钻电磁波电阻率测井仪运用自适应发射功率调整技术，提高了不同探测深度的电阻率测量精度，测量范围扩大了1.5倍，利用局部时间摄动解码技术，脉冲信号解码率提 高30%，实 现 了 实 时 测 取、跟 踪 油 层 边界，达到了国际先进水平。通过现场试验，该仪器的测量精度、探测深度、传输速度、存储量与信号识别率等性能指标均优于国际同类仪器。该技术能探测储层边界，实现了超薄层水平井地质导向钻井。
2 工程技术发展面临的挑战
当前油气勘探开发面对资源品质劣质化、油气目标复杂化、安全环保严格化等严峻挑战。全球油气勘探开发趋势正从常规油气藏向低渗透、非常规油气藏发展，从陆地向海洋发展，从浅层向深层、超深层发展。面对勘探开发新形势，工程技术遇到了新的难题和挑战。 对比分析表明，中石油钻完井技术与国外有一定差距(表4)。主 要 表 现 在 自 动 化 钻 机、海 洋 钻 完 井 装备、旋转导向系统、抗高温随钻测量仪器、抗高温螺杆、高效钻头、高温高密度油基钻井液等方面[2，5]。
深井超深井钻井面临的挑战主要表现在：深度增加凸显钻机低效;深部高研磨性地层破岩效率低、钻速慢;高温高压对管柱、井下工具、仪器的损坏严重;高压地层对井控安全带来挑战;传统的随钻测量系统的信道受到制约;深层井壁失稳问题突出，超深层岩石赋存状态遵循规律不同于常规地层，常规井壁稳定理论不再适用;多层井身结构应用问题等。
海洋钻井面临的挑战主要表现在：水深带来的挑战;浅层水、气流带来的挑战;风浪流带来的挑战;海底低温带来的挑战;天然气水合物带来的挑战;高温高压带来的挑战;深水井控难度大;低漏失压力;钻井船、水下防喷器、机器人、隔水导管等装备与技术储备不足;滩浅海大位移水平井位移延伸能力不够;海水基钻井液、固井液不成熟;北极超低温、多浮冰带来的挑战等。
3 工程技术发展趋势与工作建议
3.1 工程技术发展方向和趋势3.1.1 工程技术发展方向[6-12] 当今世界油气技术正逐步向集成化、信息化、智能化、可视化、实时化、绿色化方向发展，而油气钻井技术总的发展趋势是向更深、更快、更经济、更清洁、更安全和更聪明的方向发展(表6)。钻井技术不仅仅只是打开和建立油气通道，已成为提高油气井产量、提高采收率等增储上产新途径和重要手段。3.1.2 钻完井技术发展趋势 钻完井技术在今后一段时间的发展趋势：①钻井装备向大型化、自动化、模块化、专用钻机、液压钻机和无钻机方向发展，海洋钻井装备向更可靠、更安全、高效起下方向 发 展，配 套 装 备 也 随 之 快 速 发 展;②自 动化、智能化、信息化钻井高新技术向更高、更快、更准的方向快速发展，逐步实现远程专家支持;③用钻井新技术提高油气井产量、剩余油采收率和开发效益已成为钻井发展的主导方向;④不断研发钻井高新技术，新型破岩技术不断涌现，实现优快钻井，达到及时发现和保护油气层、降低“吨油”钻井成本，已成为国外钻井发展的主流;并储备反循环钻井、等离子和激光等非接触式钻井新技术;⑤井下测量、控制仪器和工具朝信息传输大容量、多通道、快速精确、抗高温高压、智能化、自动化进一步发展;⑥钻井液固井液系列化发展，体系和添加剂产品种类多样、性能稳定、抗温抗复杂能力强，并出现了仿生钻井液和智能水泥;⑦复杂结构井纵深发展，多分支井向六级以上完井和最大储层有效进尺(MRC)、钻向储层(DTO)、极大储层钻进(ERC)方 向发展，鱼骨 井 和 大 位 移 井 水 平 位 移 向 12km 以 上 发展;⑧连续管钻井、套管钻井、膨胀管钻井技术配套完善，技术和应用呈现快速发展趋势，并朝单一井径井方向发展;⑨页岩气、致密油、致密气等非常规钻井完井技术不断突破，并发展储层穿越20km 长的鱼骨井，不断提高开发效益，水平井将逐步成为常规技术得以规模普及;⑩技术整合集成钻测录控一体化，向未来一口井一趟钻方向发展。
3.2 工程技术发展建议 1)对非常规油气技术：面临水平井的快速发展，加快对自动化钻机、大型压裂装备、旋转导向、油基钻井液、高效钻头和抗高温长寿命螺杆、新型压裂液、流体回收处理技术等研究力度，尽快形成产业优势。 2)对深层油气勘探开发：研发提高钻井效率的钻机及井口自动化设备，研发高温高压试油测试装备、高钢级抗腐蚀油套管、研发油基钻井液和抗高温压裂液、井筒完整性评价技术、研发高效钻头和抗高温长寿命螺杆等。 3)对海洋油气勘探开发：加快技术储备，研发钻机、修井机、采油平台、水下采油装置、防喷器等钻完井装备;双梯度钻井、控压钻井、表层钻井、尾管钻井等钻完井技术;超低温钻井液、水泥浆、海水基压裂液等流体。
当今世界油气工业正经历着前所未有的变革。世界各国越来越把油气工业的发展寄希望于技术革命。针对油气勘探开发中面临的深层、海洋、非常规等关键技术瓶颈问题，通过加快工程技术持续攻关，加强自主创新和引进消化与吸收，研制成功一批具有自主知识产权的重大高端装备、工具、软件、产品和技术，更快更好地做好工程技术服务，为提高油气资源动用率和勘探开发效益提供强有力的工程技术支撑。
参 考 文 献
[1]中国石油天然气集团公司.中国石 油“十 二 五”钻 井 科 技 发展规划[R].北 京：中国石油天然气集团公司科技管理部，2010.cnPC.The“TwelfthFiveYear”drillingtechnologyplanofCNPC[R].Beijing：CNPCScience & TechnologyDepart-ment，2010.
[2]中国石油集团钻井工程技术研究院.中国石油工程技术与装备重大专项顶层设计[R].北京：中国石油集团钻井工程技术研究院，2013.CNPCDrillingResearchInstitute.Topdesignforengineer-ingtechnology & equipmentofCNPC[R].Beijing：CNPCDrillingResearchInstitute，2013.
《中石油钻井工程技术现状、挑战及发展趋势 》来源：《天然气工业》，作者：石 林 汪海阁 纪国栋
