油气田开发，定向钻井“劳苦功高”

高德利 中国科学院院士、油气钻探与开采专家

石油和天然气是当今世界能源的两大支柱，尤其是石油，仍占比最高。石油和天然气在哪里？实际上，它们都埋藏在地下深处的盆地构造里，地域分布广阔，从陆地到海洋都有。

想把石油和天然气从地下找到并开采出来，需要一种称为“油气井”的通道，它既是物质通道，也是信息通道。近年来，为了满足油气田高效绿色开发的要求，人们对油气井型进行了很多技术创新。

开采地下“宝藏”，定向钻井功不可没

简单来讲，油气井有定向井、水平井、大位移井、多分支井及复杂结构井等诸多井型。所谓定向钻井，就是控制钻头按照不同井的设计轨道或地质环境定向破岩钻进的一种三维钻井模式，要求安全高效钻达地下目标，是油气井工程关键核心技术之一。通过实施定向钻井，可以基于同一个作业平台有效扩大油气田的开发控制半径及泄流面积，提高油气田的综合开发效益以及采收率，也有利于降本增效、保护环境、节约工程作业平台及维护国家海洋权益等。

从1975年至今，我国在钻井技术方面的攻关研究一直没有停止过，如“七五”期间的“定向井、丛式井钻井技术研究”，“八五”期间的“石油水平井钻井成套技术”，“九五”期间开始重视大位移钻井技术，以及“十一五”开始将“复杂结构井优化设计与控制关键技术”列为国家科技重大专项攻关内容，等等，我国油气领域的定向钻井技术就是沿着这样的时序和路线创新发展的。

大位移钻井是挑战定向钻井极限的前沿技术。目前，我国的大位移钻井实践已超过了8公里水平位移，垂直钻井超过了9公里垂深，而全世界最大水平位移超过11公里，最大垂深超过12公里。当然，这里面存在工程作业极限问题，国内外一直都在努力研究与实践，但要突破极限并非易事。比如说，从地表向地球里画出一个圆柱体，其长度和圆半径均为12公里，目前全人类的定向钻井能力还难以钻达触及到这个圆柱体一半的空间范围。12公里只占地球半径的0.2%，也就是说全人类的钻井能力仍很有限，迄今只钻破了地球的“一层皮”。可以说上天难，其实“入地、下海”也不容易，甚至更难。

随着我国浅层的、常规的油气资源开采程度越来越高，深层、深水、非常规等难开采油气资源对于保障能源安全的重要性愈加凸显。而海洋定向钻井在海洋油气田高效绿色开发中已获显著应用实效，比如我国近海最大的油田——渤海油田，通过实施定向钻井与丛式井开发工程，实现了优快作业目标，取得了显著的综合开发效益。统计显示，南海东部在西江、惠州、番禺、流花、恩平、陆丰等六大油气区实施了130多口大位移井工程，其经济社会效益也很显著。

我国山区（如四川盆地）蕴藏着丰富的页岩气资源，但是其地表环境和地质条件都比较复杂，使这里的页岩气开发工程面临诸多重大技术挑战。通过实施大位移定向钻井可以建设大型丛式水平井组，有利于“节约土地、安全环保、增效降本”，以实现山区页岩气田高效绿色开发，我国的相关研究与实践目前已取得重大进展。

绿色低碳减排，“地下工厂”应时而生

作为油气钻采工程领域的一场技术革命，“页岩革命”使原本没有开采价值的页岩气、页岩油等非常规油气资源得以经济有效地开发。另外，我国是一个煤炭大国，煤层气资源量巨大，至少与常规天然气资源相当。在过去的采煤过程中，煤层气（俗称“瓦斯”）会产生两大危害：一是被释放到大气中导致的温室效应远大于二氧化碳；二是容易发生煤矿瓦斯爆炸，导致极大的生命和财产损失。

煤气层地面开发，亦即“先采气后采煤”，这不仅能够减少煤矿开采过程中的瓦斯灾害，保护大气环境，而且还能增加天然气的供给，缓解我国天然气供求矛盾。所以，应该积极探索与创建深地煤炭与煤层气一体化绿色高效开发模式及其技术装备支撑体系，此举有望成为中国特色能源绿色低碳转型的重大战略举措之一。

于是，“地下工厂”应时而生。所谓“地下工厂”，就是在地下建设真正的工厂，或者叫复杂结构井工厂，有别于地面上搭建的相关工厂。“地下井工厂”具有立体化、多功能、多井型丛式井等基本特征，其应用领域非常广泛，除了煤炭地下气化之外，稠油、油页岩、页岩油等非常规石油高效绿色开发都有重大需求。

（以上稿件由科普时报记者胡利娟整理）