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超深井工程受到高溫高壓、復雜地層、超長井眼、腐蝕介質等多重因素約束，其安全高效作業面臨全方位的技術挑戰。為此，超深井工程的安全高效設計控制問題該如何解決？未來深井超深井的研究發展方向是什么？日前，高德利院士研究團隊中國石油大學黃文君教授在“第二屆中國深井超深井發展論壇”上做了相關報告。本刊根據黃文君教授的報告內容編輯整理出相關內容，以供業內參考交流。
 
超深井工程的發展歷程
 
中國超深井工程始于 20 世紀 70 年代，并于 20 世紀 80 年代以來取得了長足進步。中國
于 1976 年鉆成第一口超深井（女基井，井深 6 011 m），1978 年鉆成第一口井深突破 7 000 m的超深井（關基井，井深 7 175 m），2006 年突破 8 000 m（塔深 1 井，井深 8 408 m）。
近些年，中國超深井工程進入了發展快車道，2021 年鉆成第一口突破 9 000 m 的特深井（塔
深 5 井，井深 9 017 m），2023 年 2 月分別鉆成亞洲最深直井（蓬深 6 井，垂深 9 026 m）和亞洲最深水平井（果勒 3C 井，井深 9 396 m，垂深 8 060 m，水平位移 1 561 m），2023 年10 月又刷新了最深水平井紀錄（躍進 3-3XC 井，井深 9 432 m，垂深大于 7 100 m，水平位移超過 3 400 m）。目前，我國部署的 2 口萬米科探井（塔科 1 井和川科 1 井）已分別在塔里木盆地和四川盆地開鉆，超深鉆探正在向萬米深地進軍。
 
超深井工程的挑戰與特征
 
超深井工程的主要挑戰包括有以下幾點：深層存在壓力體系復雜、必封點多、安全密度窗口窄等問題，導致井身結構設計難；深部斷層破碎帶、復合鹽膏層等復雜地層發育，漏失、縮頸等井下復雜情況和故障頻發，導致井眼失穩控制難；深部砂礫巖、石灰巖等難鉆地層硬度高、研磨性強，鉆頭破巖效 率低且進尺短，導致鉆井提速難；深部山前高陡構造、逆掩推覆體等地層的自然造斜效應大，加之高溫高壓對井下測控工具的限制，導致防斜打快測控難；超長井眼中鉆柱受力特征復雜，上部鉆柱易拉斷，下部鉆具易疲勞失效，導致鉆具優化設計控制難；超高溫高壓條件下工作液性能退化嚴重，井眼失穩、井眼不清潔等問題更加突出，井下動力鉆具、隨鉆測量系統故障頻發，導致井眼安全延伸難；深層富含硫化氫、二氧化碳等高酸性流體，套管強度與水泥環密封性退化快，導致井筒完整性控制難。
 
技術特征包括：超深井工程理論與技術的發展呈現出體系化、科學化、多學科交叉、地質與工程一體化等典型特征。首先，超深井工程面臨的并非單一挑戰，而是多種挑戰并存，需要依賴眾多理論方法和技術手段的協同配合才能實現設計目標，各類技術組合成為一個較完整的技術體系；其次，常規淺井與中深井工程技術進步較多關注經驗摸索與工藝改進，而超深井工程關鍵技術創新發展則更依賴于基礎理論研究與關鍵科學問題突破；再次，超深井工程涉及地質、力學、化學、材料、機電、信息、人工智能及工程等多學科，自動化鉆機、旋轉導向鉆井系統等關鍵技術的突破都必須通過多學科交叉研究與跨行業融合才能實現，而且這種交叉融合趨勢日益顯著；另外，深部地質環境的準確認識是超深井工程優化設計控制的前提，而超深井工程實踐又會不斷深化對地質環境的認識，地質認識與工程優化的迭代升級速率正在不斷加快。
 
超深井工程理論與技術創新
 
黃文君教授介紹了當前超深井工程理論與技術的進展情況，如超深鉆井軌跡預測與防斜打快技術；超深井鉆柱振動特性分析與減振控制技術；超深鉆井延伸極限預測與設計控制技術；超深井套管失效風險評估與安全控制技術的進展。
 
隨著超深鉆探不斷向地球更深處進軍，高溫高壓、復雜地層、超長井眼、酸性介質等客觀約束條件更加嚴苛，超深井工程面臨的技術挑戰更加嚴峻，鉆井極限問題也更加突出。如要實現超深井延伸極限的不斷突破以及工程作業的安全高效控制，就要保證基礎理論與關鍵技術持續創新發展。
 
針對未來超深井工程技術發展要加強五方面建設。第一要強化基礎科學問題研究，創新超深井工程理論和方法，為超深井工程技術創新發展提供必要的基礎理論支撐；第二要加強關鍵核心技術攻關，重點攻克“卡脖子”難題，以推動超深井技術體系不斷發展；第三要加強技術協同關系研究，注重發揮多項技術之間的協同優勢，探索更加合理的技術配置關系，以充分釋放超深井工程技術體系的內在潛力；第四要加強地質與工程一體化迭代模式與技術方法研究，提升地質認識與工程技術的迭代速率，將被動的“遭遇戰”變為主動的“殲滅戰”，以推動工程技術的持續優化升級；第五要加強多學科深度交叉融合，創新數據與機理融合驅動方法，研發智能鉆完井關鍵技術與裝備，推動超深井工程數智化轉型。
 
在全球能源供求格局不斷演變和我國油氣能源需求持續增長的背景下，加快深層超深層油氣資源勘探開發步伐，著力提升超深井工程關鍵技術裝備水平，對于保障國家能源安全具有重要的實際意義。隨著油氣儲層埋深越來越大，涉及高溫高壓、高陡構造、不穩定巖層、酸性氣層等諸多復雜地層，致使多層次復雜井身結構設計難，復雜工況井筒完整性保障難，井壁穩定、井眼軌跡控制、鉆井提速提效等超深鉆井作業面臨更大挑戰，并對鉆機裝備及管材、儀器、鉆具等井下工具儀器提出了新的更高要求。只有在基礎理論方法、關鍵核心技術、技術迭代升級模式、多學科交叉融合等方面加強攻關，不斷提升超深井工程理論與技術水平，才能為我國油氣資源開發不斷向更深層領域拓展提供有力保障。