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超深井工程受到高温高压、复杂地层、超长井眼、腐蚀介质等多重因素约束，其安全高效作业面临全方位的技术挑战。为此，超深井工程的安全高效设计控制问题该如何解决？未来深井超深井的研究发展方向是什么？日前，高德利院士研究团队中国石油大学黄文君教授在“第二届中国深井超深井发展论坛”上做了相关报告。本刊根据黄文君教授的报告内容编辑整理出相关内容，以供业内参考交流。
 
超深井工程的发展历程
 
中国超深井工程始于 20 世纪 70 年代，并于 20 世纪 80 年代以来取得了长足进步。中国
于 1976 年钻成第一口超深井（女基井，井深 6 011 m），1978 年钻成第一口井深突破 7 000 m的超深井（关基井，井深 7 175 m），2006 年突破 8 000 m（塔深 1 井，井深 8 408 m）。
近些年，中国超深井工程进入了发展快车道，2021 年钻成第一口突破 9 000 m 的特深井（塔
深 5 井，井深 9 017 m），2023 年 2 月分别钻成亚洲最深直井（蓬深 6 井，垂深 9 026 m）和亚洲最深水平井（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纪录（跃进 3-3XC 井，井深 9 432 m，垂深大于 7 100 m，水平位移超过 3 400 m）。目前，我国部署的 2 口万米科探井（塔科 1 井和川科 1 井）已分别在塔里木盆地和四川盆地开钻，超深钻探正在向万米深地进军。
 
超深井工程的挑战与特征
 
超深井工程的主要挑战包括有以下几点：深层存在压力体系复杂、必封点多、安全密度窗口窄等问题，导致井身结构设计难；深部断层破碎带、复合盐膏层等复杂地层发育，漏失、缩颈等井下复杂情况和故障频发，导致井眼失稳控制难；深部砂砾岩、石灰岩等难钻地层硬度高、研磨性强，钻头破岩效 率低且进尺短，导致钻井提速难；深部山前高陡构造、逆掩推覆体等地层的自然造斜效应大，加之高温高压对井下测控工具的限制，导致防斜打快测控难；超长井眼中钻柱受力特征复杂，上部钻柱易拉断，下部钻具易疲劳失效，导致钻具优化设计控制难；超高温高压条件下工作液性能退化严重，井眼失稳、井眼不清洁等问题更加突出，井下动力钻具、随钻测量系统故障频发，导致井眼安全延伸难；深层富含硫化氢、二氧化碳等高酸性流体，套管强度与水泥环密封性退化快，导致井筒完整性控制难。
 
技术特征包括：超深井工程理论与技术的发展呈现出体系化、科学化、多学科交叉、地质与工程一体化等典型特征。首先，超深井工程面临的并非单一挑战，而是多种挑战并存，需要依赖众多理论方法和技术手段的协同配合才能实现设计目标，各类技术组合成为一个较完整的技术体系；其次，常规浅井与中深井工程技术进步较多关注经验摸索与工艺改进，而超深井工程关键技术创新发展则更依赖于基础理论研究与关键科学问题突破；再次，超深井工程涉及地质、力学、化学、材料、机电、信息、人工智能及工程等多学科，自动化钻机、旋转导向钻井系统等关键技术的突破都必须通过多学科交叉研究与跨行业融合才能实现，而且这种交叉融合趋势日益显著；另外，深部地质环境的准确认识是超深井工程优化设计控制的前提，而超深井工程实践又会不断深化对地质环境的认识，地质认识与工程优化的迭代升级速率正在不断加快。
 
超深井工程理论与技术创新
 
黄文君教授介绍了当前超深井工程理论与技术的进展情况，如超深钻井轨迹预测与防斜打快技术；超深井钻柱振动特性分析与减振控制技术；超深钻井延伸极限预测与设计控制技术；超深井套管失效风险评估与安全控制技术的进展。
 
随着超深钻探不断向地球更深处进军，高温高压、复杂地层、超长井眼、酸性介质等客观约束条件更加严苛，超深井工程面临的技术挑战更加严峻，钻井极限问题也更加突出。如要实现超深井延伸极限的不断突破以及工程作业的安全高效控制，就要保证基础理论与关键技术持续创新发展。
 
针对未来超深井工程技术发展要加强五方面建设。第一要强化基础科学问题研究，创新超深井工程理论和方法，为超深井工程技术创新发展提供必要的基础理论支撑；第二要加强关键核心技术攻关，重点攻克“卡脖子”难题，以推动超深井技术体系不断发展；第三要加强技术协同关系研究，注重发挥多项技术之间的协同优势，探索更加合理的技术配置关系，以充分释放超深井工程技术体系的内在潜力；第四要加强地质与工程一体化迭代模式与技术方法研究，提升地质认识与工程技术的迭代速率，将被动的“遭遇战”变为主动的“歼灭战”，以推动工程技术的持续优化升级；第五要加强多学科深度交叉融合，创新数据与机理融合驱动方法，研发智能钻完井关键技术与装备，推动超深井工程数智化转型。
 
在全球能源供求格局不断演变和我国油气能源需求持续增长的背景下，加快深层超深层油气资源勘探开发步伐，着力提升超深井工程关键技术装备水平，对于保障国家能源安全具有重要的实际意义。随着油气储层埋深越来越大，涉及高温高压、高陡构造、不稳定岩层、酸性气层等诸多复杂地层，致使多层次复杂井身结构设计难，复杂工况井筒完整性保障难，井壁稳定、井眼轨迹控制、钻井提速提效等超深钻井作业面临更大挑战，并对钻机装备及管材、仪器、钻具等井下工具仪器提出了新的更高要求。只有在基础理论方法、关键核心技术、技术迭代升级模式、多学科交叉融合等方面加强攻关，不断提升超深井工程理论与技术水平，才能为我国油气资源开发不断向更深层领域拓展提供有力保障。