2023年，胜利石油工程渤海钻井40619队在陈庄、胜坨区块4口井首次采用全过程套管钻井技术，完钻井深2312米、水平位移854米，验证了套管钻井技术的可行性，为推动胜利东部老区大幅度提高采收率、助力油田长期稳产增效带来了曙光。
如今，胜利石油工程瞄准快速高效低成本建井目标，潜心攻关井网重构、井筒工程和自动化钻机等套管钻井成套技术，全力推动工艺与装备创新。
套管钻井是在钻进过程中利用套管代替钻杆串完成钻井作业，实现钻进与下套管作业二合一，可一趟完钻，是常规钻井的极简版。这项技术起源于国外，兴起于低油价时期，近年来在全世界内得到迅速发展。
数据表明，与常规钻杆钻井相比，套管钻井可提高生产时效25%~30%，具有减少井下事故、改善井控状况、保护产层等优势，是钻井工程的革命性技术。胜利石油工程钻井院早在十几年前就开展过套管钻井有关技术研究，但受限于当时的钻井工艺和技术装备，试验效果并不理想。
2021年，为实现难动用储量有效开发、低产调整井规模开发，解决老油田断块复杂、非均质性严重、注采井网不完善等问题，胜利石油工程钻井院再次与套管钻井较上了劲儿。
“胜利东部老区中浅层油藏地质储量31.3亿吨，由于老区中后期新建产能工程成本高，近2/3难动用、未动用储量滞留地下。”钻井院党委书记杨海波说，“我们一定要依靠技术进步，突破制约低成本勘探开发的瓶颈，释放更多井位，为国家能源安全提供更好保障。”
套管钻井对于油田增储上产的意义重大，首口井试验成功更是对增强整个油服行业的信心至关重要。胜利石油工程迅速成立了以公司高级专家吴仲华为首的开发团队，抽调精干力量，充分讨论方案，倒排研发计划。“全过程套管钻井要做到全过程不起钻，就像火箭发射一样，开弓没有回头箭，一旦开钻，每个环节必须一次成功。”吴仲华说。
研发团队面临的第一个难题就是怎么来实现二开“一趟钻”。“不但要用二开钻头钻穿一开钻头，而且要打完后面的进尺。这不是用自己的矛攻自己的盾吗？”钻井院高端装备中心主任关舒伟把疑惑咽回了肚子里，与专家团队一遍遍设计、推翻重来，终于研制出一款软硬兼具、外刚内柔的可钻式钻头和一款专打钻头的强攻击性钻头。
朝着同一目标，所有人都铆足了劲儿：钻井工艺研究所研发了随钻光纤陀螺仪器，用于解决套管磁力干扰问题；钻井工具研究所研发了投入式止回坐键工具，用于仪器打捞，不到一个月就完成了设计加工。同一时间，高端装备产业化中心开足马力加工高抗扭套管柱组合井下工具。整个5月，车间灯火通明。
经过紧锣密鼓的准备，2023年6月，陈23-更27井开钻。这是国内首口全过程套管钻井施工，意义非同一般。所有研究人员悉数到场，暗下决心，“只许成功，不许失败”！
钻井院井筒压力测控所宋荣荣博士是研究团队唯一的女员工，负责收集每道工序的施工资料。当一开钻头成功打到421米、二开钻头入井，看着振动筛上跳跃着亮晶晶的钻头碎屑，她第一时间向大家报告了这个好消息：“一开钻头被成功钻穿了！”最终，陈23-更27井不孚众望历时6.25天实现了快速、安全、高效完井，钻井周期比邻井缩短了2.95天。
趁热打铁，一周后，同平台的陈23-斜更29井成功完成定向井试验，创3项全国纪录。“在此之前，国内厂商从未有过不回收底部钻具组合的套管钻井定向作业。梦想成真的感觉太棒了！”吴仲华笑着说。
套管钻井技术一旦成熟，不仅仅可以实现胜利东部老区二开制中浅层井快速低成本建井，还能够应用于西南页岩气、致密气的浅表层、裂缝型、溶洞型漏失地层和易破碎地层的快速穿越，甚至能在煤层气、浅层地热开发中发挥作用，为企业转型发展贡献新质生产力。
“我们要挑战更高难度的区块、更复杂的井。”胜利石油工程钻井院院长裴学良说，“实践是检验真理的唯一标准，只有经过充分的试验，把成功的偶然性转化为必然，才能让一项新技术变成让人信服的好技术。”
作为山东境内首个探明的大油田，胜坨油田经过近60年的开发，已经“垂垂老矣”。如果套管钻井技术能给老油田带来“返老还童”的曙光，那将为打造“百年胜利”注入强心剂。
与陈庄地区相比，胜坨油田井深更深、位移更大、施工难度更高，实施套管钻井面临着高造斜、大位移、井网密集、防碰绕障等技术难题，对套管接箍承扭、轨迹控制、固井质量等都提出了较高要求。
技术要进一步升级。研发团队结合陈庄套管钻井的成功经验，针对胜坨油田地质工程难题，迅速制定了2-3-斜222井一开、二开套管钻井技术改进完善方案，不到两个月的时间就完成了地面、井下工具的准备及钻井专用套管的设计与加工。
套管加工最能体现科研人员精益求精的工作态度。研发团队经过大量计算，将套管壁厚从10.54毫米减至9.17毫米。毫米级别的调整带来的是成本的逐步降低。为保证套管承扭满足钻井要求，他们还重新设计套管接箍，研制出抗扭能力达到19000牛·米的139.7毫米高抗扭钻井型套管。同时，可钻式套管钻头经过快速迭代升级也已达到国际同种类型的产品技术水平。
2023年10月27日，2-4-斜更300井开工。该井完钻井深1935米，成功应用了高抗扭套管等一系列新工具。同年11月9日，2-3-斜222井挑战更高难度，井深达到2312米，创国内套管钻井井深最深、水平位移最大两项纪录，充分验证了套管钻井技术的可行性。
“施工过程中，由于施工区块老井错综复杂，地下井网密如蚁穴，防碰难度很大。”钻井院钻井工艺研究所赵洪山博士说，“我们通过轨道绕障优化、实时防碰扫描、精细化轨迹控制措施，实现了与邻井最小防碰距离10米以上，保证了轨迹控制安全。”
不仅如此，在2-3-斜222井开展的试验中，研发团队还使用了MWD（随钻测量）伽马探管，在井深1400米之后成功录取伽马数据，解决了地层岩性识别难问题。试验结束后，他们总结经验，研发了扩张式钻头，完成了进尺后液压刀翼扩张打开，为下开次钻头让出钻进通道，消除了用钻头打钻头的“内耗”，使国产套管钻井技术不断完善。
如今，胜利石油工程套管钻井技术已具备推广应用条件，但研发团队仍不满足现状，聚焦井网重构、井筒工程和自动化钻机等成套技术迈出了新的步伐。“打造老油田提高采收率的‘工程驱动样板’，让不可能钻的井变为可能，充分释放钻井工作量，是我们的光荣使命！”裴学良说。
胜利石油工程渤海钻井40619队平台经理 牛士营：由我们承钻的2-3-斜222井全过程采用套管钻井技术完钻，井深2312米、垂深2095米、水平位移854米，创国内套管钻井井深最深、水平位移最大两项纪录。对钻井工人而言，应用全过程套管钻井技术减少了起下钻、通井、下套管等施工环节，钻完井一步到位，而且不用钻杆打井，意味着今后不再需要大型钻机，轻便型自动化钻机将取而代之。到那时，钻井施工不用再兴师动众，单井成本和员工劳动强度都将大大降低。
油气钻井技术是发现油气藏、建立油气通道、提高单井产量、降低综合成本、实现油气高效开发的重要手段。21世纪以来，随着超深井钻井、海洋深水钻井、水平井“一趟钻”等钻井技术的加快速度进行发展，拓宽了油气勘探开发领域，实现了深层、深水、非常规等油气资源的经济有效开发。
在能源转型、新一轮科技革命加速演进的大背景下，油气钻井技术的发展面临诸多挑战。一是随着油气勘探开发向深水、深层、非常规等领域深入推动，资源品质劣质化和作业环境复杂化进一步加剧，开发难度不断增大，对钻井技术提出了更加高的要求；二是全球能源转型推动油气产业链向低碳化发展，对钻井技术发展的方向和目标提出了新的要求；三是数字化、智能化正在引领新一轮科技及产业变革、催生重大颠覆性创新，并向油气行业不断渗透与融合，要求钻井技术抢抓数字化发展机遇。
为提高适应复杂地层和环境的能力，满足油气勘探开发增产上产、降本增效、低碳发展的需要，在信息技术、AI和新材料等高新技术的推动下，钻井技术正向高性能、低成本、智能化、绿色环保等方向发展。
经过多年持续攻关，我国形成了系列配套油气钻井技术，基本满足了油气勘探开发的需要，但在高性能智能旋转导向系统、超高温井下测量工具、连续管钻井技术等方面与国外技术还有一定差距。在保障国家能源安全、推进油气高水平发展的要求下，需要围绕“两深一非一老”、绿色低碳和数字化领域，加快关键钻井技术的攻关和推广应用，支撑打造油气上游新质生产力。
一是针对深层超深层油气高温、高压、高应力等难题，研发深层超深层优快钻井、高温高密度井筒工作液体系、220摄氏度井下测控仪器等钻井技术，提升深层超深层复杂环境作业能力。二是针对海洋深水钻井作业风险高、地质环境复杂等难题，研发深水控压钻井、双梯度钻井、无隔水管钻井等安全钻井技术，提高海洋油气开发的安全性和可靠性。三是针对非常规油气开发效益差、降本增效难度大等难题，研发5000米长水平段水平井钻井、随钻远探测、智能旋转导向系统等提速提效钻井技术，大幅度降低吨油成本，实现页岩、致密低渗油气藏经济高效开发。四是针对老油田挖潜油气水关系复杂、单井产量低等难题，研究套管钻井、高级别分支钻井、最大储层接触（ERC）钻井、连续管钻井、超短半径径向水平井钻井、老井侧钻、仿生井等提高单井产量钻井技术，最大限度地接触剩余油，提高单井综合效益。五是围绕高温地热和干热岩开发、地下空间储能、二氧化碳封存与利用、油气开发全过程节能减排等新能源新领域，研究微波钻井、等离子钻井、U形井钻井、燃料电池钻机装备等满足新能源开发的特殊钻井工艺和低碳钻井技术，实现油气产业绿色低碳发展。六是围绕油气行业数字化转型和智能化发展，采用大数据、人工智能、数字孪生等技术，借助自动化钻井装备和高端智能新材料，开发智能钻井技术，实时监督和优化钻井过程，实现油气钻井全自主智能决策和闭环调控。
套管钻井技术是如何针对老油区勘探开发的难题进行创新的？相比传统钻井方式有哪些显著优势？
胜利石油工程钻井工程高级专家 吴仲华：经过60余年的勘探开发，胜利油田主力富油凹陷的石油探明程度已达50%以上。然而，在目前已开发的40多亿吨地质储量中，采收率小于20%的有14亿多吨。如果有更加经济的办法将采收率提高10个百分点，将支撑胜利油田2340万吨稳产大约20年。
老油区勘探开发难题急需新技术来破解。套管钻井技术正是以问题为导向，针对老油区中浅层加密钻井开展的一项重要的创新课题。目前看来，由于套管钻井施工是基于单根套管进行的，不同于传统双根或三根钻杆构成的立根钻井方式，无须二层台和复杂庞大的井架结构，如果在传统钻机上实施套管钻井作业，无异于“大马拉小车”。为实现快速建井、快速搬迁，达到进一步压缩钻井成本的目的，必须大幅缩小钻机体量。钻机小型化，防喷器、泥浆泵等配套设备也将随之缩小，操控将灵活性更好便捷，功能也更加简化实用。
今年下半年，胜利石油工程研发的套管钻井专用钻机将闪亮问世。它采用车载模块化设计，集成液压站、绞车、井架、顶驱等设备便捷安装，可大幅度减少非直接作业时间。能预见，今后钻井成本将不再是制约井位部署的重要的因素，日产1吨、2吨油的井也有利润，将为老油区开发释放大量井位，把过去那些“食之无味、弃之可惜”的“鸡肋”断块变成新的“聚宝盆”。
套管钻井不需要起下钻，钻完井直接固井，后续完井作业时间大幅压缩，在车载钻机的加持下，以前200米的井距可以加密到几十米一口井，钻井犹如在稻田里“插秧”，真正的完成“井位自由”。
套管钻井专用钻机明确了“坚持高起点立项”，把钻井全过程的自动化、程序化、智能化作为终极目标，从安全、井控、井下工具、装备、井柱等关键环节实施全方位科学技术创新，争取做到一部钻机只要几个人就能操控，进一步实现远程控制、钻台面无人。
当然，这些设想的实现需要大量科研创新支撑，必须打破固有思维模式，建立一套全新的标准体系，这是前所未有的挑战，也是我们努力实现的目标。
在套管钻井的“最后一公里”固井施工中，面临的主要挑战有哪些？是如何破解的？
胜利石油工程固井技术服务中心副经理 徐军浩：套管钻井是以套管取代钻具钻进的一项革新技术，能简化钻完井作业流程，有实际效果的减少井下复杂事故，实现快速高效建井。虽然这项新技术的优点不少，但在“最后一公里”固井施工中，也存在井筒质量未知、井下环境不明晰等诸多施工难点。
在陈23-更27井、陈23-斜更29井的施工中，固井技术服务中心攻关小组科学诊断影响固井质量的因素，精准制定优化实施工程的方案。考虑到施工井周围的注水井不停注、地层流体不间断对井筒造成干扰，易引发固井质量上的问题和井控安全风险，攻关小组通过研究论证、井下模拟计算和配方优选，创新采用低温早强水泥浆体系，全面保证了低温条件下的水泥石强度；采用抗干扰水泥浆体系，防止周边注水井或地层水等井下流体对水泥浆的侵蚀；优选控压固井技术，大大降低了注水泥过程中发生井涌或水浸风险，最终实现两口井固井施工全套工艺流程一次成功率100%。其中，陈23-更27井固井质量达到双界面优质，得到甲方高度认可。（王 宁 整理）
