楊明清 楊一鵬 卞瑋 吳佼翰

1.中國石化石油工程技術(shù)服務(wù)有限公司；2.中國石油大學(xué)(華東)；3.四川大學(xué)匹茲堡學(xué)院；4.河北外國語學(xué)院

世界各國油氣資源勘探開發(fā)逐漸向超深層發(fā)展，超深油氣藏埋藏深，地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，鉆井難度大，鉆井事故頻發(fā)，鉆井成本高［1-2］。近年來，中國陸續(xù)鉆成了CCSD-1井、塔深1井、川科1井、馬深1井、順北評1井、順北評2井、川深1井、高探1井等一系列超深井，發(fā)現(xiàn)了一大批油氣儲量，取得了一系列科研成果［3-6］。俄羅斯油氣資源豐富，是世界第二大石油生產(chǎn)國和第一大天然氣生產(chǎn)國，也是天然氣出口量最大、天然氣管道最長的國家［7］。前蘇聯(lián)時(shí)期，俄羅斯鉆成了大批超深井，研發(fā)了系列超深井鉆井技術(shù)，開發(fā)了一些大油氣田［8］；俄羅斯薩哈林地區(qū)蘊(yùn)藏著豐富的油氣資源，俄羅斯與?？松梨?、印度國家石油公司、日本石油公司等合作，在薩哈林地區(qū)鉆成了一大批大位移水平井［9］。我國與俄羅斯在薩哈林-3項(xiàng)目已經(jīng)開展了合作，為提高我國超深井鉆井工藝水平、參與俄羅斯油田開發(fā)積累了經(jīng)驗(yàn)［10］。

1 俄羅斯井深概況

隨著勘探開發(fā)的深入，俄羅斯井深逐年增加，2009—2018年，其平均井深從2 690 m增至3 035 m(圖1)。俄羅斯有三大油氣產(chǎn)區(qū)，分別為西西伯利亞地區(qū)、伏爾加烏拉爾地區(qū)、季曼伯朝拉地區(qū)，西西伯利亞地區(qū)平均井深最大，伏爾加烏拉爾地區(qū)井深最小。2010—2014年，各地區(qū)井深逐年增加［11］(圖2)。

圖1 最近10年俄羅斯平均井深變化Fig.1 Change of average well depth in Russia in the last 10 years

圖2 2010—2014年俄羅斯各地區(qū)井深變化Fig.2 Change of well depth in different areas of Russia during 2010—2014

2 前蘇聯(lián)超深井

2.1 前蘇聯(lián)超深井概況

前蘇聯(lián)時(shí)期鉆成了一批超深井，典型的超深井有12口(表1)。

表1 前蘇聯(lián)時(shí)期超深井?dāng)?shù)據(jù)Table 1 Data of ultradeep wells in the period of former Soviet Union

表1中超深1井與超深2井位置相鄰；超深3井是最深、投資最多、耗時(shí)最長、取得科研成果最多的井，其影響力與航天員加加林太空飛行相提并論；超深7井雖然鉆探時(shí)間較晚，但其與超深6井相鄰，因此2口井往往一并考慮，超深7井是唯一實(shí)際井深超過設(shè)計(jì)井深的超深井，也是前蘇聯(lián)時(shí)期最后一口超深井；超深11井鉆井周期較短，當(dāng)年完成［12］。

2.2 科拉超深井

科拉超深井位于穆爾曼斯克的科拉半島，地層最老，沉積巖厚度最小，甚至缺失，距今約30億年(地球距今約45億年)。該井的鉆井目的為研究地質(zhì)構(gòu)造，確定地震剖面，獲取地?zé)?、地層流體、石油天然氣資料，獲取巖石成分及物理性質(zhì)，確定花崗巖和玄武巖邊界，提高超深井鉆井工藝水平等。井場建有16個(gè)實(shí)驗(yàn)室，以及巖心庫、維修廠、科研城等，約500名生產(chǎn)及科研人員在現(xiàn)場工作［13］。領(lǐng)導(dǎo)者為古別爾曼院士。

該井1965年開始設(shè)計(jì)，1968年確定井位，1970年5月24日開鉆(列寧誕辰100周年)；1979年6月6日鉆達(dá)井深9 884 m，打破了美國伯特·羅杰斯油井9 583 m的世界紀(jì)錄；1983年12月27日鉆達(dá)12 000 m；1983年底鉆至12 066 m，鉆井工作暫時(shí)停止，準(zhǔn)備參加1984年在莫斯科召開的國際地質(zhì)大會；1984年9月27日重新鉆進(jìn)，鉆進(jìn)不久鉆具斷裂，鉆井被迫從7 000 m重新開始；1991年新井眼鉆至12 262 m，鉆具再次斷裂，鉆井工作被迫停止；1992年，鉆井工作全面停止，將其改為“科拉超深井地球物理研究中心”，1995年，國家財(cái)政支持全部停止；1997年該井入選“人類地球鉆探最深”吉尼斯世界紀(jì)錄，該紀(jì)錄一直保持至2008年，按照井眼長度，該紀(jì)錄被卡塔爾BD-04A井打破。卡塔爾BD-04A井斜深12 290 m，垂深1 104 m，水平位移10 902 m，位垂比9.88［14］。2008年，“科拉超深井科學(xué)生產(chǎn)中心”只有20名工作人員，終因穆爾曼斯克財(cái)政局領(lǐng)導(dǎo)認(rèn)為其不切實(shí)際而被廢棄，所有設(shè)備拆除，周圍建筑逐漸損毀。2010年，“科拉超深井科學(xué)生產(chǎn)中心”地質(zhì)研究院院長建議恢復(fù)實(shí)驗(yàn)儀器運(yùn)行，組建新的研究機(jī)構(gòu)，進(jìn)行海上鉆井工藝研究，根據(jù)評估，恢復(fù)成本約需要1億盧布。目前，“科拉超深井科學(xué)生產(chǎn)中心”的實(shí)際管理者為位于俄羅斯東歐的雅羅斯拉夫爾市“資源科學(xué)生產(chǎn)中心”股份公司［15］。

3 獨(dú)聯(lián)體時(shí)期超深井

3.1 薩哈林項(xiàng)目

獨(dú)聯(lián)體時(shí)期超深井主要集中在薩哈林地區(qū)，薩哈林地區(qū)是俄羅斯遠(yuǎn)東油氣開采最發(fā)達(dá)的地區(qū)之一，共有4個(gè)含油氣盆地，分別為北薩哈林盆地、西薩哈林盆地、邊界盆地、南薩哈林盆地［16］。19世紀(jì)20年代開始，薩哈林地區(qū)開發(fā)了74個(gè)海上油氣田，包括12個(gè)油田，17個(gè)氣田，7個(gè)凝析氣田，22個(gè)含氣油田，5個(gè)含油氣田，11個(gè)含油凝析氣田［17］。專家將薩哈林海上油氣田劃分為9個(gè)項(xiàng)目，分別為薩哈林-1~薩哈林-9項(xiàng)目，薩哈林-1項(xiàng)目自2005年開始進(jìn)行系統(tǒng)開發(fā)，薩哈林-2及薩哈林-3項(xiàng)目處于開發(fā)初級階段，薩哈林-4~薩哈林-9項(xiàng)目待開發(fā)［18］。

3.2 薩哈林-1項(xiàng)目

薩哈林-1項(xiàng)目位于薩哈林島東北海岸7~50 km，水深20~50 m，油氣層深度為1 200~2 600 m，包括柴沃油田、奧多普圖油田和阿爾庫通-達(dá)吉油田。3個(gè)油田分別于2005年、2010年、2015年開始開發(fā)，目前薩哈林-1項(xiàng)目已形成穩(wěn)定可靠的生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)［19］。薩哈林-1項(xiàng)目共4臺鉆機(jī)，包括2座海上鉆井平臺和2臺陸地鉆機(jī)，2003年6月至2013年9月，柴沃與奧多普圖油田共鉆51口大位移水平井，并5次打破井深世界紀(jì)錄［20］。2013年9月至2019年1月，該項(xiàng)目又鉆了約30口井，并2次打破井深世界紀(jì)錄［21］。薩哈林-1項(xiàng)目超深井中，斜深10 000~15 000 m，垂深1 500~2 600 m，水平位移8 000~14 000 m。薩哈林破世界紀(jì)錄超深井?dāng)?shù)據(jù)見表2［22］。目前，薩哈林-1項(xiàng)目鉆出了世界上最深12口井中的11口井［23］，另一口井為卡塔爾的BD-04A井。

表2 薩哈林-1項(xiàng)目破世界紀(jì)錄超深井?dāng)?shù)據(jù)Table 2 Data of the ultradeep well with new world record in Sakhalin-1 project

4 俄羅斯超深井技術(shù)進(jìn)步

4.1 科拉超深井技術(shù)成果

科拉超深井主要取得了4項(xiàng)超深井鉆井技術(shù)成果：(1)超深井鉆機(jī)研發(fā)及應(yīng)用技術(shù)。該井0~7 263 m應(yīng)用“烏拉爾機(jī)械-4I”鉆機(jī)，7 263 m至井底改用“烏拉爾機(jī)械-15000”鉆機(jī)，都為前蘇聯(lián)國產(chǎn)超深井鉆井設(shè)備。(2)多級油浴渦輪鉆具研發(fā)與應(yīng)用技術(shù)。研發(fā)了帶減速器的多級油浴渦輪鉆具，總長46 m，提高了機(jī)械鉆速，此后，俄羅斯陸續(xù)研發(fā)了大直徑渦輪鉆具、小直徑渦輪鉆具、抗高溫渦輪鉆具等系列產(chǎn)品。(3)輕質(zhì)鋁合金鉆桿研發(fā)及應(yīng)用技術(shù)。傳統(tǒng)鋼制鉆桿密度大，自身重量大，鉆桿內(nèi)部及環(huán)空摩阻大，為此，研發(fā)了輕質(zhì)鋁合金鉆桿，該井2 000 m至井底采用該種鉆桿，該鉆桿密度小、自身重量輕，鉆桿內(nèi)部及環(huán)空摩阻小。(4)新型取心工具研發(fā)與應(yīng)用技術(shù)。由于井底溫度及壓力過大，巖心在上提過程中容易破碎，收獲率很低，為此，研發(fā)了可拆卸的取心筒渦輪鉆具一體化取心工具，取心收獲率大大增加，用此種方法，全井共取心900箱［24］。

4.2 薩哈林-1超深井技術(shù)進(jìn)步

薩哈林-1項(xiàng)目超深井主要應(yīng)用了10項(xiàng)鉆井技術(shù)：(1)低溫鉆機(jī)研發(fā)及應(yīng)用技術(shù)。薩哈林地區(qū)屬于亞北極區(qū)，氣候寒冷，鉆機(jī)采用全密閉、暖風(fēng)機(jī)加熱、電加熱等方式，保證鉆機(jī)在低溫下正常運(yùn)行［25］。(2)快速鉆井技術(shù)。該技術(shù)為?？松梨诘腇ast Drill鉆井技術(shù)，也稱之為鉆井過程數(shù)字實(shí)時(shí)分析技術(shù)，適用于任何硬度巖石及任何井身結(jié)構(gòu)，井壁光滑，井眼穩(wěn)定，該技術(shù)使鉆井速度提高一倍［26］。(3)渦輪轉(zhuǎn)盤復(fù)合鉆井技術(shù)。?311 mm井段采用“渦輪鉆具+轉(zhuǎn)盤”復(fù)合鉆進(jìn)，?215.9 mm井段采用轉(zhuǎn)盤鉆進(jìn)，有效提高了機(jī)械鉆速。(4)井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)。全井采用五段式，例如在O-14井中，深度分別為導(dǎo)眼2 522.30 m、導(dǎo)管85.00 m、表套780.69 m、技套5 246.01 m、尾管4 866.00 m［27］。(5)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)。部分井運(yùn)用了旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)，如第11口井和第12口井(№216井和№217井)在?311 mm井段和?215.9 mm井段運(yùn)用了旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)，在每米成本不變的情況下，機(jī)械鉆速增加了25%~32%［28］。(6)大功率頂驅(qū)鉆井技術(shù)。鉆井全程采用TDX1250大功率頂驅(qū)，提高了鉆井效率，保證了鉆井安全。(7)鉆具自動輸送技術(shù)。鉆具放置在井場的庫房內(nèi)，在庫房及井口處安裝鉆具自動輸送裝置，包括擺管機(jī)、液壓貓道機(jī)、鐵鉆工等，將鉆具快速送至井內(nèi)，提高了鉆井速度［29］。(8)水平段減阻技術(shù)。水平段采用油基鉆井液或高潤滑性水基鉆井液，減小摩阻。(9)安全保障技術(shù)。?？松梨诔珜?dǎo)“大腦緊隨行動”理念，制定了5×5安全生產(chǎn)制度，任何一項(xiàng)工作開始前，用5 min、分5步評價(jià)這項(xiàng)工作，充分識別作業(yè)中的風(fēng)險(xiǎn)，有效避免各類安全事故［30］。2016年，薩哈林-1項(xiàng)目獲得了“高質(zhì)量生產(chǎn)成就獎(jiǎng)”，實(shí)現(xiàn)該獎(jiǎng)項(xiàng)的三冠王。(10)環(huán)保技術(shù)。在海上平臺周圍設(shè)置防護(hù)欄，包括普通防護(hù)欄、充氣防護(hù)欄、緊急圍油欄等。

5 對我國的啟示

5.1 加強(qiáng)技術(shù)引進(jìn)

總的來看，俄羅斯井筒技術(shù)稍遜于我國，但其局部有其亮點(diǎn)，包括低溫鉆機(jī)研發(fā)及應(yīng)用技術(shù)、渦輪鉆具研發(fā)及應(yīng)用技術(shù)、輕質(zhì)鋁合金鉆具研發(fā)及應(yīng)用技術(shù)等，建議引進(jìn)俄羅斯相關(guān)技術(shù)，加強(qiáng)與俄羅斯合作研究，提高我國井筒技術(shù)水平，更好的服務(wù)勘探開發(fā)。

5.2 為俄羅斯提供工程技術(shù)服務(wù)

近些年，俄羅斯在隨鉆測量、測井、錄井、儲層改造等領(lǐng)域技術(shù)進(jìn)展放緩，在超深井、大位移井、非常規(guī)開發(fā)等領(lǐng)域需要技術(shù)引進(jìn)［31］。O-14井完井后，俄油負(fù)責(zé)人伊戈?duì)柋硎?，這口井是他們一系列成績的延續(xù)，并感謝埃克森美孚提供了先進(jìn)的鉆井技術(shù)。近幾年，我國在該領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展較快，與俄羅斯相比具有一定優(yōu)勢，可以鄰近的薩哈林為切入點(diǎn)為俄羅斯超深井提供部分井筒技術(shù)服務(wù)。

5.3 參與俄羅斯油田開發(fā)

薩哈林油田在20世紀(jì)70年代已經(jīng)開始開發(fā)，受資金和技術(shù)的限制，開發(fā)進(jìn)展緩慢，直到20世紀(jì)90年代，與美國、日本、印度等石油公司開展合作，開發(fā)進(jìn)程迅速推進(jìn)［32］。中俄在薩哈林-3項(xiàng)目的合作，為中俄合作提供了經(jīng)驗(yàn)。近些年，俄羅斯一直尋找合作伙伴共同開發(fā)薩哈林油田，為我國提供了契機(jī)。我國可以考慮在薩哈林-1~薩哈林9項(xiàng)目與俄羅斯開展合作，共同開發(fā)薩哈林油田，以此為突破口，共同開發(fā)俄羅斯其他油田，促進(jìn)我國石油工程技術(shù)發(fā)展，增加我國權(quán)益油產(chǎn)量。

6 認(rèn)識及建議

(1) 俄羅斯超深井鉆井起步較早，20世紀(jì)60—80年代鉆成了一大批超深井，積累了超深井鉆井經(jīng)驗(yàn)，研發(fā)了一系列超深井鉆井技術(shù)，走在了世界超深井鉆井前列，為其他國家超深井鉆井起到了引領(lǐng)作用。

(2)近些年，俄羅斯通過合資合作的方式大規(guī)模開發(fā)薩哈林油田，利用陸地鉆機(jī)和海上鉆井平臺進(jìn)行水平井鉆井，鉆成了一大批大位移水平井，應(yīng)用了大量世界先進(jìn)的鉆井技術(shù)，帶動了俄羅斯鉆井工藝整體水平提高，增加了油氣產(chǎn)量。

(3)建議引進(jìn)低溫鉆井、渦輪鉆具、輕質(zhì)鋁合金鉆桿等俄羅斯特色鉆井技術(shù)，提高我國鉆井工藝技術(shù)水平；參與俄羅斯超深井鉆井，為其提供我國鉆井技術(shù)服務(wù)，包括水平井井眼控制技術(shù)、地球物理測井技術(shù)、固井技術(shù)、鉆井液技術(shù)等，用鉆井技術(shù)服務(wù)帶動石油工程服務(wù)，石油工程服務(wù)帶動油氣田合作開發(fā)，分層次逐步進(jìn)入俄羅斯石油市場。