突破7500米！刷新海洋钻井“石化深度”

  挺进深蓝
  [中国石化新闻网2024-05-06]3月12日13时，由上海海洋石油局勘探七号承钻的海域某调整井完钻井深达7504米，较原纪录提升1002米，标志着中国石化海洋钻井进入7500米时代，海洋超深井钻探能力和配套工艺有了新的突破。
  挺进7500米以深的海底，需要耗费5只钻头、连接800余根钻杆，穿透7套地层；井底压力67.73兆帕，是家用高压锅运行压力的近1000倍……这个深度的钻探，对工艺设计、钻井装备、操作技能，都是一次艰难的综合考验。
  一深带万难
  此次完钻的井属于大位移井，井眼轨迹为S形。这种井的垂深大、水平位移大，大位移井技术是目前中国石化在海上滚动扩边、快速建产的重要手段。钻探大位移井的钻头并非直达目的层，而是如同“3D版贪吃蛇”，按特定轨迹精准穿梭，瞄着油层去、闻着油味钻。
  “海域大位移井仅占开发井总数的15%，但油气产量占比却达到32%。相比直井，大位移井性价比高，但钻进难度更大。以扭矩这个衡量难度的重要指标来说，该井最大扭矩达65千牛·米，相当于用1米杠杆撬动4辆小轿车的力才能使钻头旋转起来。”勘探七号平台经理周赛杰说。
  按照国际通用标准，井深超过6000米即为超深井，钻井难度随着钻井深度呈指数级增长，泵压高、扭矩高、悬重高，钻探井超深、水平位移超大、裸眼井段超长的“三高”“三超”挑战，是钻探这口井时面临的一道道坎。
  井底起钻吨位为265吨，相当于用一根直径0.5米的钢丝绳，支撑起5架C919大飞机的重量，难度可想而知。由于钻穿层系多，若出现压差卡钻，可能导致井眼报废，造成极大的安全风险和经济损失。因此，钻井队在作业前进行了充分的技术交底，摸透每套层系、每个井段的“脾气秉性”，根据不同地层岩性更换适配钻头，调整钻井液配比，保证每一米进尺都安全稳定。
  此次二开套管裸眼段长4349米，是勘探七号平台截至目前所钻探的73口井中裸眼段最长的井。“超长裸眼段，意味着出现井壁坍塌、套管粘卡、井漏等复杂状况的概率高。”钻井队队长雷新明说，“平台人员在开钻前就对钻井关键设备进行了专项维护保养，作业期间安排专人坐岗值班，保证设备安全运行。”
  如果把钻井液泵比作钻井的“心脏”，那么井眼、钻井液和岩屑分别是“血管”“血液”和“垃圾”。随着钻井深度增加，需要提高大排量钻井液的携砂能力。钻井队完成了3台泵9个6英寸缸套的更换工作，保证钻井液连续循环，防坠沉砂，使井眼清洁通畅。
  工欲善其事，必先利其器
  承钻这口最深井的勘探七号是由我国自主建造的自升式钻井平台，最大作业水深122米，最大钻井深度10668米，自2016年投产以来，总进尺达26.5万米，在高难度大位移井作业中积累了丰富的钻井、完井、修井一体化经验。
  作为挺进深蓝的“大国重器”，勘探七号平台配备了国际先进的动力、钻井、井控和升降系统，生产更“智慧”、管控更高效，是中国石化目前最先进的海上石油钻井平台之一，已10次打破中国海油海上最短钻完井周期纪录，擦亮了海域作业的“金字招牌”。
  这些高科技智能化的装备都藏在哪儿？井架上的双电机大功率顶驱最大输出扭矩达128千牛·米，最大转速达220转/分钟，“toolface”工具面模式能精确调整钻具旋转角度并进行自动锁定。司钻房内配有自动钻进系统，是平台的“智慧大脑”，司钻只需设定好参数，系统就能够集中控制顶驱、钻井绞车、猫道机、泥浆泵等大型钻井设备，相比人工更精准高效。钻台上配有离线接立柱功能，可实现边打钻边接钻具，相比传统接立柱，平均每4500米能节省近30小时。平台的DIS系统（电子安全防碰报警系统）好比给设备加了“电子围栏”，防止作业中因人工误操作产生的设备碰撞、损坏等。泥浆泵配有电子安全阀系统，当泵压达到设定的最大值时能自动降低脉冲，防止憋泵，有效保证钻井作业的安全性。
  作业人员也是提质增效的关键一环。工程队伍具有甲级资质，平台从副司钻、司钻、钻井领班到平台经理等各岗位人员加强井下故障复杂预控工作，在防漏、防卡、防喷等各环节提前做好相应处置预案。在JSA风险分析会上，为提前评估施工风险，技术人员通过“海上融合共建党支部”与甲方、第三方认真细致地做好技术交底，同时积极总结以往作业中遇到的复杂工况相关经验，以精细的操作方法和过硬的钻井服务水平保障每一次作业高效安全。
  技术，打开深海宝藏的密钥
  前方叩问深蓝不停，后方科研攻关不止。每一次高效钻探的背后，都离不开精密复杂的钻井工艺设计，对于中深海钻井更是如此，一套完整的钻井设计包括工程地质风险评价、机具能力分析、井眼轨迹及井身结构设计、钻井液设计等10余个环节。近年来，海洋油气资源持续滚动勘探开发，大位移井作业正向着水平位移5000~8000米、完钻井深7000~10000米进军，这对工程设计和技术革新提出了更高要求。
  2020年前，上海海洋石油局的海上大位移井作业有过一段沉寂期，由于实施井次少、钻井周期长、作业成本高、复杂情况频发，科研人员一度望“油”兴叹。为解好“海上大位移井”这道难题，上海海洋石油局抽调精锐力量，成立专家组和现场支持小组，以解决各类难点和消除隐患为突破口，对前期实施的大位移井认真复盘，对恶性卡钻事故井敢于“刮骨疗毒”，并积极向系统内外同行取经，不断完善整改提升方案。
  同时，为铸就中深海钻探的科技“利剑”，科研人员不断解放思想，在工程设计优化、井筒工作液改进、降摩减阻等方面孜孜求索，打出一系列科研攻关“组合拳”：设计阶段，采用“拟悬链线+圆弧”轨迹设计技术，即模仿两端固定自然下垂悬链线的形式设计轨迹，有效降低摩阻、缩短进尺；浅部井段，建立坍塌周期模型预测井眼安全裸露时间，“大扭矩马达+PDC（聚晶金刚石复合片）”的钻具组合提升机械钻速55.72%，将海水开路钻进深度提升到3000米；中部花港-龙井组井段，优选封堵剂增强井壁稳定性，解决杂色泥岩井段垮塌问题，三开井段延伸极限提升620米；深部高强度难钻地层，针对不同抗钻特性匹配相应钻头和提速工具参数，形成工区普适的提速钻具组合模板。
  技术的突破，增添了向更深层进军的底气。上海海洋石油局海上大位移井作业也实现了从“打不成”，到复杂地层“打得远”、易塌地层“稳得住”、坚硬地层“破得开”、边际储量“够得着”的重大跨越。2021年以来，大位移井作业平均机械钻速提高84.06%，复杂时效降低74.8%，平均钻井周期缩短37.09%，节约成本约1.8亿元，新增动用储量超100亿立方米，相关攻关成果获中国石化科技进步奖三等奖、上海市科技进步奖二等奖。