截至7月1日，部署在塔里木油田博孜区块的7口井已完成钻井工程设计，并将在本月陆续开钻。这些井要面对的是塔里木盆地地层中最复杂、最难钻的砾石层。塔里木油田因井制宜、“一层一策”制定钻井方案——在不出水的地层，让空气钻“能打尽打”；在易出水的层系，让新型非平面齿钻头“尽锐出战”，最大限度强化钻头在砾石层段的破岩能力，支撑钻井提速提效。
钻头不到，油气不冒。钻井工程是塔里木油田进军超深油气层当仁不让的“主角”。面对世界级勘探开发难题，塔里木油田大力创新攻关钻井工程技术，空气钻、非平面齿钻头等一批前瞻性和引领性技术取得突破，支撑超深难钻复杂地层钻井提速提效，有力推动了国内深地勘探开发技术、装备的发展进步。
“石墙”阻隔气藏“看得见”却“够不着”
位于塔里木盆地北缘的博孜-大北气区，是我国最大的超深凝析气田，也是塔里木油田第二个天然气储量规模超万亿立方米的大气区。博孜-大北气区勘探的持续突破，揭示了米以深超深层天然气的广阔前景。
油气勘探开发目的层越来越深，对钻井工程技术的要求也越来越高。博孜-大北气区地质情况异常复杂，自上而下发育有多套难钻地层：上部巨厚砾石层硬如金刚石，常规技术基本钻不动；中部超高压复合盐膏层黏似橡皮糖，蠕变性强、易垮塌卡钻；下部致密强研磨储层好似磨刀石，钻头损耗大、效率低。
特别是巨厚砾石层，可钻性极差。在以往钻井过程中，为钻穿多米的砾石层，塔里木油田使用了超过80支镶嵌着硬质合金齿的钻头。以往能打米进尺的钻头，面对巨厚砾石层打不到90米就要“退役”。
巨厚砾石层在博孜-大北广泛分布。在博孜1井钻探期间，巨厚砾石层远远超出了当时的工程技术能力，钻井频频受阻。博孜1井砾石层厚达米，占总井深的近80%。钻井过程中一度停钻，几经周折，方获得勘探突破。
砾石层下气藏“花开遍野”，“看得见”却“够不着”。地质目标要依靠工程技术来实现，推动博孜-大北规模开发，必须要突破砾石层这堵“石墙”。塔里木油田向工程技术要突破、要速度，开展超深复杂油气藏钻完井技术攻关。
磨砺“金刚钻”“攻守兼备”提速提效
砾石层在北美等世界主要产油区均有发育，但砾石层最厚的地区也不过米，且砾石纯度不高。而博孜-大北砾石层最厚达到米，含量高、粒径大，抗压强度超兆帕。
突破这样的砾石层，必须要有“金刚钻”。塔里木油田在向深地挺进的路上，几乎尝试了所有钻头。塔里木油田油气工程研究院副院长周波表示：“牙轮钻头抗磨性强，基本所有的硬地层都可以去‘啃一啃’，缺点是机械钻速慢、憋跳钻严重，快速钻进难度极大。PDC钻头是油田最早使用的钻头，具有强度高、耐磨等优点。但这支‘锋利的矛’遇到砾石层这‘坚硬的盾’，钻齿很容易被磕掉。”
如何打造一款兼具强冲击、抗研磨、寿命长的钻头？科研技术人员从员工登山鞋鞋底纹路上获得启发，创新研发了国内首款三棱齿钻头。钻头由以往的平面齿优化为非平面齿，极大地分散了冲击应力。同时，攻克了国外垄断的金刚石复合片脱钴技术，实现金刚石与金属钴的完美融合，成功打造出兼具抗冲击、抗研磨性能的切削齿。三棱齿钻头一经问世，就迎来“高光”时刻——与平面齿钻头相比，抗冲击性提高了10倍以上。
在第一代三棱齿钻头基础上，技术人员又自主研发设计了第二代高抗冲击多棱齿钻头，并在钻头上混合镶嵌不同齿形，可对砾石层进行二次切削，既增进尺又提速度，实现“攻守兼备”。
在工程技术的有力支撑下，博孜-大北区块钻井提速提效取得亮眼成绩：年8月，大北13井仅用天，就钻完米进尺，较区块平均钻井周期缩短近百天；同年10月，博孜19井穿透米巨厚砾石层，仅消耗了12支钻头。
多点发力工艺升级支撑“打得好”
在“打磨”钻头的同时，塔里木油田还针对不同地层“量体裁衣”，不断完善配套钻井提速技术工艺。
空气钻井技术大放异彩。从首次在罗西1井应用，到在大北6井“小试牛刀”，空气钻的效果令人欣喜不已，钻速较同期常规钻井方式提高了3倍以上。塔里木油田油气工程研究院一级工程师梁红军介绍：“空气钻井技术是将空气作为破碎岩层能量的一种欠平衡钻井技术，用高压空气替代常规钻井的钻井液循环介质，具有提高机械钻速、节约钻井成本、保护油气层等诸多优势。”
随后，空气钻井技术“转战”博孜-大北区块12口井，捷报频传。今年5月中旬，博孜1-2井采用空气钻井技术钻至井深米，一举刷新国内.4毫米井眼空气钻井井深纪录。
然而技术人员很快发现，空气钻井技术在出水风险小、压实程度高的砾石层可以大显身手，在易出水的砾石层效果却不尽如人意。空气钻虽具有一定的地层出水适应能力，但地层大量出水后会影响井壁稳定，易导致井下复杂，空气钻的优势无法得到充分发挥，有“气”无“力”。
攻克巨厚砾石层没有“一招鲜”。塔里木油田从钻井工具研发配套和特殊工艺技术等方面多点发力，为高效钻井强健“身板”。近两年，塔里木油田钻井技术不断升级，已形成了具有自主知识产权的提速工具装备与技术体系，配套完善的全旋转和静止推靠式垂直钻井工具，稳定性优于国外产品，实现高陡岩层“打得直”；攻关打造“减振器/螺杆＋垂钻”提速组合，单支钻头进尺与机械钻速均提高50%以上，实现难钻岩层“打得快”；地质工程协同攻坚，形成“地层精细评价＋高效钻井工具优选＋钻井参数优化”地质工程一体化提速技术体系，实现复杂岩层“打得好”。
从巨厚砾石层“打不成”，到钻井工期、钻头用量“双下降”50%；从关键核心技术受制于国外，到超深复杂油气藏钻完井技术达到世界陆上领先水平……塔里木油田磨砺的“金刚钻”，正不断挑战更多深地极限，支撑博孜-大北气区向着“十四五”末产能达到百亿立方米的目标冲锋。
专家点评：技术创新推动深地钻井更快更经济
塔里木油田油气工程研究院钻井工艺企业高级专家李宁
钻井提速，说到底，主要拼的是技术创新和进步。我国超深井大多数集中在塔里木盆地，而塔里木盆地最难啃的“硬骨头”在库车山前。特别是博孜-大北区块广泛发育巨厚砾石层，砾石成分不同、非均质性强、可钻性差，防斜与提速矛盾突出，国内外没有可供参考的技术先例，严重制约了这个区块的勘探开发进程。
地质的目标和需求，需要工程技术来实现。我们在探索尝试空气钻等欠平衡钻井技术的同时，不断寻求适用范围更广、能满足整体提速需求的钻头。在设计理念层面，我们根据砾石层沉积序列特点和岩性分析，通过创新切削齿结构、优化复合片性能、个性化设计钻头等方式，在国际上首次提出多棱非平面齿的设计理念。在充分发挥传统PDC钻头强度高、耐研磨等优势的同时，补齐了“不抗冲击”这个短板，极大提高了破岩效率。在技术革新层面，我们创新提出“6条曲线法”来评价可钻性，实现钻头切削齿抗冲击性能定量评价；攻克了国外长期垄断的深度脱钴工艺，研发了高抗研磨金刚石复合片；引进配套垂直钻井、减震器、大扭矩螺杆等钻井提速工具，解决了减震、防斜、打快之间的矛盾。
砾石层提速的突破，打破了“PDC钻头无法在砾石层应用”的传统认识，市场也实现由最初的“不理解”到“试一下”再到“抢着用”的转变，引领了我国抗冲击抗研磨钻头的发展方向，更支撑了钻井工具、工艺技术的不断进步，极大缩短了从“找油找气”到“产油产气”的时间，实现了砾石层区块提速的重大突破。
钻井提速提效是永恒的主题。博孜-大北区块地质结构极其复杂，历经多期构造变形，可谓“百井百样”，毫无规律可循。未来，塔里木油田深层超深层勘探开发，还有很多未知未解的世界级难题等着我们。我们将不断加快钻头及工艺技术的迭代升级，进一步量化深地复杂难钻地层的可钻性精细评价，持续优化设计以多棱齿为核心的新型混合布齿PDC钻头，开发出更具针对性的减振提速工具，配套完善“地层评价—钻工具选型—参数优化—随钻跟踪支持”一体化系统提速工艺体系，推动钻井工程技术向着钻得更深、更快、更经济、更清洁、更安全的方向发展。
延伸阅读
国际上一般将井深超过4米的井称为深井，井深超过米的井称为超深井，超过米的井称为特深井。
塔里木油田在巨厚砾石层钻进期间，攻关配套扭冲减振工具，与研发出的垂直钻井系统和非平面齿钻头组合使用，实现了减振、防斜、打快。
来源丨中国石油报
记者丨王成凯
通讯员丨张权
编辑丨冯军
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