杨明清 杨一鹏 卞玮 吴佼翰

1.中国石化石油工程技术服务有限公司；2.中国石油大学(华东)；3.四川大学匹兹堡学院；4.河北外国语学院

世界各国油气资源勘探开发逐渐向超深层发展，超深油气藏埋藏深，地质结构复杂，钻井难度大，钻井事故频发，钻井成本高［1-2］。近年来，中国陆续钻成了CCSD-1井、塔深1井、川科1井、马深1井、顺北评1井、顺北评2井、川深1井、高探1井等一系列超深井，发现了一大批油气储量，取得了一系列科研成果［3-6］。俄罗斯油气资源丰富，是世界第二大石油生产国和第一大天然气生产国，也是天然气出口量最大、天然气管道最长的国家［7］。前苏联时期，俄罗斯钻成了大批超深井，研发了系列超深井钻井技术，开发了一些大油气田［8］；俄罗斯萨哈林地区蕴藏着丰富的油气资源，俄罗斯与埃克森美孚、印度国家石油公司、日本石油公司等合作，在萨哈林地区钻成了一大批大位移水平井［9］。我国与俄罗斯在萨哈林-3项目已经开展了合作，为提高我国超深井钻井工艺水平、参与俄罗斯油田开发积累了经验［10］。

1 俄罗斯井深概况

随着勘探开发的深入，俄罗斯井深逐年增加，2009—2018年，其平均井深从2 690 m增至3 035 m(图1)。俄罗斯有三大油气产区，分别为西西伯利亚地区、伏尔加乌拉尔地区、季曼伯朝拉地区，西西伯利亚地区平均井深最大，伏尔加乌拉尔地区井深最小。2010—2014年，各地区井深逐年增加［11］(图2)。

图1 最近10年俄罗斯平均井深变化Fig.1 Change of average well depth in Russia in the last 10 years

图2 2010—2014年俄罗斯各地区井深变化Fig.2 Change of well depth in different areas of Russia during 2010—2014

2 前苏联超深井

2.1 前苏联超深井概况

前苏联时期钻成了一批超深井，典型的超深井有12口(表1)。

表1 前苏联时期超深井数据Table 1 Data of ultradeep wells in the period of former Soviet Union

表1中超深1井与超深2井位置相邻；超深3井是最深、投资最多、耗时最长、取得科研成果最多的井，其影响力与航天员加加林太空飞行相提并论；超深7井虽然钻探时间较晚，但其与超深6井相邻，因此2口井往往一并考虑，超深7井是唯一实际井深超过设计井深的超深井，也是前苏联时期最后一口超深井；超深11井钻井周期较短，当年完成［12］。

2.2 科拉超深井

科拉超深井位于穆尔曼斯克的科拉半岛，地层最老，沉积岩厚度最小，甚至缺失，距今约30亿年(地球距今约45亿年)。该井的钻井目的为研究地质构造，确定地震剖面，获取地热、地层流体、石油天然气资料，获取岩石成分及物理性质，确定花岗岩和玄武岩边界，提高超深井钻井工艺水平等。井场建有16个实验室，以及岩心库、维修厂、科研城等，约500名生产及科研人员在现场工作［13］。领导者为古别尔曼院士。

该井1965年开始设计，1968年确定井位，1970年5月24日开钻(列宁诞辰100周年)；1979年6月6日钻达井深9 884 m，打破了美国伯特·罗杰斯油井9 583 m的世界纪录；1983年12月27日钻达12 000 m；1983年底钻至12 066 m，钻井工作暂时停止，准备参加1984年在莫斯科召开的国际地质大会；1984年9月27日重新钻进，钻进不久钻具断裂，钻井被迫从7 000 m重新开始；1991年新井眼钻至12 262 m，钻具再次断裂，钻井工作被迫停止；1992年，钻井工作全面停止，将其改为“科拉超深井地球物理研究中心”，1995年，国家财政支持全部停止；1997年该井入选“人类地球钻探最深”吉尼斯世界纪录，该纪录一直保持至2008年，按照井眼长度，该纪录被卡塔尔BD-04A井打破。卡塔尔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，“科拉超深井科学生产中心”只有20名工作人员，终因穆尔曼斯克财政局领导认为其不切实际而被废弃，所有设备拆除，周围建筑逐渐损毁。2010年，“科拉超深井科学生产中心”地质研究院院长建议恢复实验仪器运行，组建新的研究机构，进行海上钻井工艺研究，根据评估，恢复成本约需要1亿卢布。目前，“科拉超深井科学生产中心”的实际管理者为位于俄罗斯东欧的雅罗斯拉夫尔市“资源科学生产中心”股份公司［15］。

3 独联体时期超深井

3.1 萨哈林项目

独联体时期超深井主要集中在萨哈林地区，萨哈林地区是俄罗斯远东油气开采最发达的地区之一，共有4个含油气盆地，分别为北萨哈林盆地、西萨哈林盆地、边界盆地、南萨哈林盆地［16］。19世纪20年代开始，萨哈林地区开发了74个海上油气田，包括12个油田，17个气田，7个凝析气田，22个含气油田，5个含油气田，11个含油凝析气田［17］。专家将萨哈林海上油气田划分为9个项目，分别为萨哈林-1~萨哈林-9项目，萨哈林-1项目自2005年开始进行系统开发，萨哈林-2及萨哈林-3项目处于开发初级阶段，萨哈林-4~萨哈林-9项目待开发［18］。

3.2 萨哈林-1项目

萨哈林-1项目位于萨哈林岛东北海岸7~50 km，水深20~50 m，油气层深度为1 200~2 600 m，包括柴沃油田、奥多普图油田和阿尔库通-达吉油田。3个油田分别于2005年、2010年、2015年开始开发，目前萨哈林-1项目已形成稳定可靠的生产网络［19］。萨哈林-1项目共4台钻机，包括2座海上钻井平台和2台陆地钻机，2003年6月至2013年9月，柴沃与奥多普图油田共钻51口大位移水平井，并5次打破井深世界纪录［20］。2013年9月至2019年1月，该项目又钻了约30口井，并2次打破井深世界纪录［21］。萨哈林-1项目超深井中，斜深10 000~15 000 m，垂深1 500~2 600 m，水平位移8 000~14 000 m。萨哈林破世界纪录超深井数据见表2［22］。目前，萨哈林-1项目钻出了世界上最深12口井中的11口井［23］，另一口井为卡塔尔的BD-04A井。

表2 萨哈林-1项目破世界纪录超深井数据Table 2 Data of the ultradeep well with new world record in Sakhalin-1 project

4 俄罗斯超深井技术进步

4.1 科拉超深井技术成果

科拉超深井主要取得了4项超深井钻井技术成果：(1)超深井钻机研发及应用技术。该井0~7 263 m应用“乌拉尔机械-4I”钻机，7 263 m至井底改用“乌拉尔机械-15000”钻机，都为前苏联国产超深井钻井设备。(2)多级油浴涡轮钻具研发与应用技术。研发了带减速器的多级油浴涡轮钻具，总长46 m，提高了机械钻速，此后，俄罗斯陆续研发了大直径涡轮钻具、小直径涡轮钻具、抗高温涡轮钻具等系列产品。(3)轻质铝合金钻杆研发及应用技术。传统钢制钻杆密度大，自身重量大，钻杆内部及环空摩阻大，为此，研发了轻质铝合金钻杆，该井2 000 m至井底采用该种钻杆，该钻杆密度小、自身重量轻，钻杆内部及环空摩阻小。(4)新型取心工具研发与应用技术。由于井底温度及压力过大，岩心在上提过程中容易破碎，收获率很低，为此，研发了可拆卸的取心筒涡轮钻具一体化取心工具，取心收获率大大增加，用此种方法，全井共取心900箱［24］。

4.2 萨哈林-1超深井技术进步

萨哈林-1项目超深井主要应用了10项钻井技术：(1)低温钻机研发及应用技术。萨哈林地区属于亚北极区，气候寒冷，钻机采用全密闭、暖风机加热、电加热等方式，保证钻机在低温下正常运行［25］。(2)快速钻井技术。该技术为埃克森美孚的Fast Drill钻井技术，也称之为钻井过程数字实时分析技术，适用于任何硬度岩石及任何井身结构，井壁光滑，井眼稳定，该技术使钻井速度提高一倍［26］。(3)涡轮转盘复合钻井技术。Ø311 mm井段采用“涡轮钻具+转盘”复合钻进，Ø215.9 mm井段采用转盘钻进，有效提高了机械钻速。(4)井身结构优化技术。全井采用五段式，例如在O-14井中，深度分别为导眼2 522.30 m、导管85.00 m、表套780.69 m、技套5 246.01 m、尾管4 866.00 m［27］。(5)旋转导向钻井技术。部分井运用了旋转导向钻井技术，如第11口井和第12口井(№216井和№217井)在Ø311 mm井段和Ø215.9 mm井段运用了旋转导向钻井技术，在每米成本不变的情况下，机械钻速增加了25%~32%［28］。(6)大功率顶驱钻井技术。钻井全程采用TDX1250大功率顶驱，提高了钻井效率，保证了钻井安全。(7)钻具自动输送技术。钻具放置在井场的库房内，在库房及井口处安装钻具自动输送装置，包括摆管机、液压猫道机、铁钻工等，将钻具快速送至井内，提高了钻井速度［29］。(8)水平段减阻技术。水平段采用油基钻井液或高润滑性水基钻井液，减小摩阻。(9)安全保障技术。埃克森美孚倡导“大脑紧随行动”理念，制定了5×5安全生产制度，任何一项工作开始前，用5 min、分5步评价这项工作，充分识别作业中的风险，有效避免各类安全事故［30］。2016年，萨哈林-1项目获得了“高质量生产成就奖”，实现该奖项的三冠王。(10)环保技术。在海上平台周围设置防护栏，包括普通防护栏、充气防护栏、紧急围油栏等。

5 对我国的启示

5.1 加强技术引进

总的来看，俄罗斯井筒技术稍逊于我国，但其局部有其亮点，包括低温钻机研发及应用技术、涡轮钻具研发及应用技术、轻质铝合金钻具研发及应用技术等，建议引进俄罗斯相关技术，加强与俄罗斯合作研究，提高我国井筒技术水平，更好的服务勘探开发。

5.2 为俄罗斯提供工程技术服务

近些年，俄罗斯在随钻测量、测井、录井、储层改造等领域技术进展放缓，在超深井、大位移井、非常规开发等领域需要技术引进［31］。O-14井完井后，俄油负责人伊戈尔表示，这口井是他们一系列成绩的延续，并感谢埃克森美孚提供了先进的钻井技术。近几年，我国在该领域技术发展较快，与俄罗斯相比具有一定优势，可以邻近的萨哈林为切入点为俄罗斯超深井提供部分井筒技术服务。

5.3 参与俄罗斯油田开发

萨哈林油田在20世纪70年代已经开始开发，受资金和技术的限制，开发进展缓慢，直到20世纪90年代，与美国、日本、印度等石油公司开展合作，开发进程迅速推进［32］。中俄在萨哈林-3项目的合作，为中俄合作提供了经验。近些年，俄罗斯一直寻找合作伙伴共同开发萨哈林油田，为我国提供了契机。我国可以考虑在萨哈林-1~萨哈林9项目与俄罗斯开展合作，共同开发萨哈林油田，以此为突破口，共同开发俄罗斯其他油田，促进我国石油工程技术发展，增加我国权益油产量。

6 认识及建议

(1) 俄罗斯超深井钻井起步较早，20世纪60—80年代钻成了一大批超深井，积累了超深井钻井经验，研发了一系列超深井钻井技术，走在了世界超深井钻井前列，为其他国家超深井钻井起到了引领作用。

(2)近些年，俄罗斯通过合资合作的方式大规模开发萨哈林油田，利用陆地钻机和海上钻井平台进行水平井钻井，钻成了一大批大位移水平井，应用了大量世界先进的钻井技术，带动了俄罗斯钻井工艺整体水平提高，增加了油气产量。

(3)建议引进低温钻井、涡轮钻具、轻质铝合金钻杆等俄罗斯特色钻井技术，提高我国钻井工艺技术水平；参与俄罗斯超深井钻井，为其提供我国钻井技术服务，包括水平井井眼控制技术、地球物理测井技术、固井技术、钻井液技术等，用钻井技术服务带动石油工程服务，石油工程服务带动油气田合作开发，分层次逐步进入俄罗斯石油市场。