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顺北油气田是我国第一个以“深地工程”命名的油气项目，油气藏具有超深、高温、高压的特点，储层埋藏深度均超过7300米，油气勘探开发堪称世界级难题。

惟其艰难，方知勇毅；惟其磨砺，始得玉成。西北油田以科技创新为支撑，持续推进难题攻关，建立了“中国石化立项为主+油田公司自主配套”布局构架，优化科技立项和经费管理，实现了科技项目全周期、系统化管理，形成了国内领先的深地技术系列。自发现至今，顺北油气田已有钻探深度超过8000米的油气井114口，发现4个亿吨级油气区带，建成300万吨/年产能阵地，油气单位开发成本始终保持国内领先。

在持续探索地球深部奥秘的征途中，超深层断控缝洞型油气成藏理论、超深层储层立体成像技术和缝洞体精细雕刻技术、超深层油气优快钻井技术作为最为醒目的“三朵金花”，不仅显著提升了顺北油气田的勘探效率和开发水平，而且为确保国家能源安全奠定了坚实的科技基石。

理论创新：突破“禁区”指迷津

科研人员在野外开展地质调查。徐勤琪 摄

技术亮点

超深层断控缝洞型油气成藏理论：

首次发现盆地腹部中小滑移距走滑断裂体系，创新提出“非共轴挤压，调节区域变形”发育机制；首次发现“断控缝洞型”储集体新类型，阐明其“构造破碎”成储机制；首次建立其内部“栅状”结构模型，开拓了超深层勘探新领域。

创建超深层走滑断控型油气成藏模式，拓展了油气藏保存下限深度，在低洼区发现“断-储-藏”一体油气富集样式，指导并发现了大型走滑断控型油气田——顺北油气田。

□王福全 林 波

十年蝶变 ，满眼锦绣。

2014年7月，顺北地区的第一口重点探井顺北1井完钻，揭开了塔里木盆地超深层油气勘探的“冰山一角”，由此发现和建成了被誉为“深地一号”的顺北油气田。

10年间，顺北油气田钻探深度超过8000米的油气井达114口，发现4个亿吨级油气区带，建成300万吨/年产能阵地，累计油气产量当量超过1100万吨。

“只有掌握好油气成藏的地质理论，解决‘有没有’的问题，才可能发现和建设大油气田。”西北油田副总经理、总地质师曹自成说。从顺北勘探起步开始，西北油田逐步认识到走滑断裂带为油气勘探有利区，率先突破了8000米以深超深层油气勘探“禁区”，创新形成了超深层断控缝洞型油气成藏理论，有效指导了勘探方向。

地质理论创新成为照亮勘探进程的“灯塔”

塔里木盆地埋深在6000~10000米的石油和天然气资源丰富。探索深地对于缓解西北油田油气资源短缺局面、落实战略资源接替有着重要意义。

早在2004年，西北油田就提出了“塔河之下找塔河，塔河之外找塔河”的勘探战略，力求找到新的规模储量资源阵地。

“打井采油，首先要从地质理论上明确某个区域或地层‘有没有油’。进疆40多年的勘探开发实践证明，每一次的油气大突破，都离不开地质理论的先行飞跃。”西北油田勘探开发研究院总地质师韩俊介绍。

1984年，沙参2井获得突破，拉开了塔里木盆地海相碳酸盐岩油气勘探的序幕。在生产实践中创新形成的海相碳酸盐岩缝洞型油气藏成藏理论，有力指导发现和建设了雅克拉气田等多个油气田。

1996~1997年，西北油田在奥陶系碳酸盐岩领域部署的沙46井、沙48井相继获得突破，以海相碳酸盐岩油气藏成藏理论和缝洞型油藏开发理论为指导，又发现和建成了我国最大的古生界海相油田——塔河油田，累计生产原油1.36亿吨。

在深地探索中创新形成超深层断控缝洞型油气成藏理论

2010年以后，通过一轮深入的区域地质研究，西北油田对盆地演化、烃源分布规律、油气成藏富集规律有了新认识，勘探思路由“邻近满加尔烃源区，以古隆起、古斜坡为勘探目标”转变为“立足原地烃源岩，沿着深大断裂带，以超深多成因、多类型裂缝-洞穴储集体为目标，寻找晚期原生规模轻质油气藏”。

在新思路指导下，2014~2015年，顺南4井、顺南5井、顺托1井相继获得重大油气突破，实现了由塔中隆起向顺托果勒低隆的勘探战略转移。2014年，顺北1井证实顺北地区奥陶系具备很好的成藏条件，实现了新地区、新领域的油气新发现。此后，顺北1-1H井、顺北1-2H井等7口滚动评价井均获得高产工业油流，发现了顺北1号断裂带整装亿吨级规模储量油气富集区，实现了顺北重大油气突破。

通过多年持续勘探评价，西北油田对顺北的油气地质特征有了深刻全面的认识，在前期潜山型、岩溶缝洞型油气藏的基础上，发现了国内乃至全球又一种新的油气藏类型，即断控缝洞型油气藏。

“超深层断控缝洞型油气成藏理论创新提出了克拉通内中小尺度走滑断裂带‘控储、控圈、控运、控藏、控富’五位一体油气富集模式，揭示了新的储集体类型与油气藏类型，丰富了海相碳酸盐岩成储与成藏理论，突破了‘走滑断裂带主要作为油气运移通道，不能形成规模储集体，也不作为主要勘探目标’传统地质认识的束缚，将碳酸盐岩有效储层埋深下限延深至8500米以深，拓展了超深层海相碳酸盐岩的勘探潜力。”曹自成介绍。

新理论有效指导发现了10亿吨级的顺北油气田，并实现商业开发，为西北油田长远发展奠定了基础。

在攻克难题中获得新认识，持续丰富完善创新理论

虽然同在塔里木盆地，但顺北油气田与塔河油田在烃源岩、储层成因、成藏期、油气特性、构造位置、油藏类型等方面都存在明显差异。

西北油田在攻克难题中不断获得新认识，持续丰富完善创新理论，更精准地指导油气勘探。

“顺北走滑断裂‘一体多栅’规模储集体发育模式，就是近两年取得的新认识。”西北油田勘探开发研究院顺北油气研究所所长黄诚介绍。

在勘探顺北1号断裂带过程中，当在断裂面附近钻遇到放空或漏失，研究人员通常认为找到了规模储层发育的位置，也取得了不错的油气效果。在勘探顺北5号断裂带时，研究人员却发现在断面附近发育有多个破碎储集体，“这说明顺北断裂带内部储层结构并非想象中那么简单”。他们结合野外地质考察、岩芯观察、室内实验模拟，分析4条断裂带近千个地震剖面，创新提出走滑断控缝洞型储集体“栅状结构”空间模型的新认识。

“一道‘栅栏’就像一排书架。以前，我们钻穿第一道栅栏，就认为找到了油气储藏空间。运用‘栅状结构’新认识指导生产，一次就能钻穿多道栅栏，沟通多个储集体。”黄诚说，“顺北4号断裂带、8号断裂带的34口井实现了‘少井高产’，‘栅状结构’空间模型功不可没。”

向地球深部进军，需要探索更多的地质理论无人区、开辟更多的找油找气新路径，西北油田步履未停，奋发向前。

精准勘探：“地下珠峰”寻油藏

顺北科研团队开展塔里木盆地超深断控型储集体精细刻画研究。刘洪光 摄

技术亮点

超深层储层立体成像技术和缝洞体精细雕刻技术:

将断裂识别精度从30米提高至15米，可以对地层进行360度扫描，相当于给地球深部拍“CT”，让8000米以深的油气储集体“看得清、描得精、定得准”，实现了从“摸着打”到“看着打”的转变。

□张 俊 杨 威 龚 伟

在埋深超过8000米的“地下珠峰”找油，就好比站在珠穆朗玛峰顶透过层层云雾去看清雅鲁藏布江上的游船。

“超深层储层立体成像技术和缝洞体精细雕刻技术攻克了深地领域可视化尖端难题，将复杂的地下油气藏变为实况全息影像，为顺北油气田勘探开发立下了汗马功劳。”西北油田科技部经理李柏林说。

超深层立体成像，看清顺北地下“藏宝图”

“超深层储层立体成像技术类似单反相机的对焦原理，可以让复杂的地下油藏得以清晰呈现。”西北油田勘探开发研究院地球物理研究所所长杨威介绍。这项技术听起来容易，做起来却难如登天。科研团队潜心攻关多年，持续迭代技术，顺北地下8000米以深储集体的CT图才得以高清成像，断裂识别精度从30米提高为15米。

2015年，当技术人员将储层立体成像技术应用在顺北油气田时，却发现“水土不服”。不同于塔河油田的戈壁地表，顺北沙漠区地震信号接收的能量仅为激发能量的1/10，储集体成像精度低、描述难度大。

科研团队夜以继日反复研究、推导、演算，经过无数次试验论证，形成了沙漠区超深层弱信号恢复技术，并构建了以“二叠系火山岩、奥陶系碳酸盐岩、寒武系深层和走滑断裂带”为目标的高精度速度建模技术，获得了用于描述地层构造、岩性和储层的三维数据体，逐步摸清了顺北沙漠区超深层的地下含油气分布，有力支撑了顺北1号带、5号带的相继突破。

随着顺北油气田快速发展，地震勘探技术也在持续升级。科研团队将传统三维地震数据体拓展至五维数据空间，通过增加与储层相关的方向角和反射角信息，创新形成了大沙漠区超深碳酸盐岩断控型油气藏地震关键技术体系，实现了8000米以深中小尺度储集体的成像表征，断裂识别精度从30米提高为15米，为4号带、8号带的高效勘探开发提供了有力的成像技术支持。

缝洞体“精雕细刻”，练就寻油“火眼金睛”

2016年，顺北油气田发现后，科研团队明确了走滑断裂带具有控储、控藏、控富作用，但如何清晰展示前期地震资料发现的地下18条断裂带，成为高效开发急需解决的难题，这就轮到缝洞体雕刻技术大显身手了。

“缝洞体雕刻技术就像在考古现场剥离地下文物上的附着物。在地震勘探中，我们利用数字化技术来剥离地下背景，用建模数模的方式将储集体在空间以全息影像的形式展示出来，直观获取优质储油气空间影像。”顺北油气研究所副所长龚伟介绍。

顺北开发初期，科研团队围着一张张地震剖面图仔细分析讨论，在剖面人工解释断裂的基础上，采用空间插值的办法，将解释的断裂线连成一个个断裂面，直观地呈现了走滑断裂带在地下的空间展布形态，给钻井设计指明了方向。“当时的这种简单雕刻虽不太成熟，但经过地质、物探等专业的努力，还是为顺北1号带的突破和开发提供了可靠的影像支持。”龚伟说。

2018~2020年，顺北油气田处于快速增储上产阶段，但也出现了一些问题，直接按照断裂带钻井并不全是高产。经过研究，科研团队认为断裂带内部之间存在不同程度隔挡的缝洞结构，这就对缝洞体雕刻技术提出了更高的精度要求——除了展示断裂带空间形态，还需要对里面的缝洞分布进行刻画展示。

经过反复测试，科研团队对原有技术进行了迭代升级，研发了三维体Q补偿和弱反射特征提取重构增强的沙漠区超深层解释性处理技术，将具有一定规模的洞穴、孔洞、裂缝等在三维空间融合显示，直观展示了不同规模储油气空间及与断裂带的关系，推动了顺北4号带、5号带的高效开发。

2021年起，断控型油气藏内部在钻探过程中多次发生放空、漏失，说明地下断裂带内部存在“间隔分布、形如栅状”的多个破碎带。“栅状结构”储集体内部构造的雕刻描述难度前所未有，不仅需要展示缝洞位置，而且要厘清缝洞之间的连通关系。科研团队认真比对资料，进行实践分析，在方法试验的基础上，引入人工智能手段，提升了“栅状结构”储集体预测模型精度，研发了超深层断控缝洞体相控波阻抗反演技术，创新形成了“三元一体”断控缝洞体与圈闭量化雕刻技术，实现了断控“栅状结构”储集体360度无死角高清全息影像显示。

顺北42X井是第一口拥有全息影像的油气井。建成实景模型后，技术人员发现其地下空间与假设一样呈“栅状结构”，可以一井多靶，获得更高产量。

此后，缝洞体雕刻技术在顺北4号、8号、6号、10号等多条断裂带实践应用和持续迭代，规模储集体预测吻合率达88%以上，成为顺北油气田高效勘探开发的“利器”之一。

优快钻井：挺进万米探“瑰宝”

跃进3-3XC井钻井作业现场。王福全 摄

技术亮点

超深层油气优快钻井技术：

深化地质工程一体化，形成了8000~9000米特深断控型油气藏钻完井技术系列，实现了从“钻得成”到“钻得快”再到“钻得优”的转变。目前，已完成8000米以深钻完井超110口，其中9000米以深安全高效钻完井7口，钻井周期由300天缩短到120天，创造了多项钻完井工程纪录。

□汤 晶 杨卫星

顺北油气田的油气资源深埋在地下近万米，如何才能将它们又快又好地钻探出来？超深层油气优快钻井技术应运而生。

一体化联动地质工程，保障效益开发

想让深埋地下几千米的油气资源到达地面，需要通过钻井作业在地面和地下深层油气藏间修建一条“高速公路”。对于超深井来说，绝非易事。

“在世界上衡量钻井难度的13项指标中，塔里木盆地有7项名列第一。当钻井打到地下9000米时，井底温度约200摄氏度，地层压力在150兆帕以上。”西北油田石油工程技术研究院党委书记王龙介绍。

面对超深复杂油气藏开发难题，西北油田构建地质工程一体化运行模式，按照“少井高产、多控长稳”的总体部署，提出逆向设计、正向优化的“五优”设计理念，努力实现地质目标最大化、工程风险最小化。

“我们通过优选靶点、方位、距离、长度、井口，避开上部复杂地层，最大程度保证破碎带井壁稳定，高效沟通多个储集体，收到‘1+1＞2’的效果。”西北油田石油工程技术研究院钻完井研究所所长于洋说。

在5000~6000米深的志留系地层，断裂裂缝发育，钻井中常发生井眼轨迹距离断裂带较近或者穿越断裂的情况，导致漏失严重，影响钻井周期。通过地质工程一体化，地质人员建立复杂地层风险预测技术，对可能出现的风险进行识别提醒，优选井口避开断裂；工程上则根据地质认识，制定防漏堵漏对策，使漏失率下降了92%。

经过多年技术攻关和现场实践，西北油田向着构建9000米特深断控型油气藏钻完井技术体系迈进，固化形成了顺北地区少井高产“七要素”设计方法及各级标准规范，全面支撑了顺北油气田勘探持续突破和开发快速建产。

高水平推进提速增效，引领深地钻井

6月22日，经过100.75天的施工，顺中6-2X井完成9134米进尺，成为百天完钻的第一口超9000米三级井身结构井。

顺北油气田压力系统复杂，为了安全成井，需要多次下套管，导致井身结构复杂，钻井周期长，常用的五级井身结构平均钻井周期达210天。

西北油田聚焦高水平提速，创新形成了顺北超深井井身结构优化设计技术、超深断裂破碎带复杂地层井筒强化技术、超深硬地层强参数钻井提速技术，研发出性能优良的钻完井工具等，大幅提高了超深井钻进速度。

针对裂缝性地层承压能力低、破碎性地层垮塌风险大等难题，技术人员构建了复杂地层井筒强化技术，采用微纳米材料阻隔压力传递，变排量使堵漏材料温和进入地层，逐级提高地层承压，实现破碎防塌，复杂时间缩短了92%。

没有金刚钻，不揽瓷器活儿。在超深井钻探过程中，由于不同地层的岩石硬度不同，需要用到大小不同的钻头10多个。面对二叠系火成岩破岩效率低、古生界深部防斜打快难的情况，技术人员应用分级破岩、预弯曲防斜理论，升级复合异型齿PDC钻头，建立预弯曲防斜能力评价图版，形成了火成岩高效破岩、易斜地层防斜打快技术，古生界硬地层机械钻速由每小时4.5米提高至8.6米。

高质量保障井筒完整，强化工程提质

近万米的钻杆在高温高压超深的地下软如面条，各种井下设备和仪器极易失效，特别是钻头上的随钻导向系统，一旦出现问题，地下钻井就像是人在黑夜中穿行，难以精准到达目标位置。

“打得快，更要打得优。高精度命中地质靶点，提升固井质量，保障井筒完整性，实现长期稳定生产，这是顺北油气田超深井钻井工程的最终目标。”西北油田工程技术管理部副经理李双贵说。

针对深地仪器故障率高、轨迹控制难度大、定向效率低的问题，西北油田逐步构建了超深超高温断控型储层高效定向技术，充分利用中国石化联合创新平台升级仪器，成功研发出国内首套耐温200摄氏度、耐压172兆帕以上的高精度随钻测量仪器，能实时控制地下钻头钻进方向，实现了地下万米“指哪儿打哪儿”，地质靶点精准命中率100%。

在亚洲超深水平井位移最长纪录跃进3-3XC井，钻井技术再一次创造纪录。工程技术人员采用超深大位移水平井安全高效钻井技术，在3公里以外垂直钻进7200米后，再转弯进行横向钻进，直至油气所在的地层，兼顾了油气生产和生态保护，为生态红线区储量高效动用提供了有力的技术支撑。

有找得到油的本事，更要有拿得到油的能力。目前，西北油田超深层油气优快钻井技术已攻克超高强度套管、钻杆、钻井液、测控仪器等关键领域，探索形成了具有顺北特色的9000米级复杂超深层井身结构设计方案和配套技术、设备及标准规范，实现了由“打得成”到“打得快、打得准”的重大跨越。

突破传统理论认识，拓宽油气勘探视野

石油勘探开发研究院西北地区勘探开发研究中心经理 邓 尚

问：超深层断控缝洞型油气成藏理论是如何突破传统认识的？这一理论对全球超深层油气资源评估有哪些深远影响？

答：在前人认为油气难以聚集的区域（低隆区-斜坡区）、不利于油气聚集的空间（走滑断裂带），超深层断控缝洞型油气成藏理论的提出指导实现了油气勘探的重大理论和技术突破，不仅引领了海相碳酸盐岩断控领域的油气勘探，而且为重新审视超深层油气资源分布、寻找新的资源增长级提供了解决方案。

超深层断控缝洞型油气成藏理论突破，思路创新是基础。在塔里木盆地，古隆起长期以来被认为是油气聚集的有利区，已发现了塔河、塔中等大型油气田。而在两大古隆起之间的低隆区，由于平均埋藏深度大（＞7300米），一直被视作勘探“禁区”，但根据油气资源分布规律，深层资源可占总资源的34%。因此，在埋藏更深的斜坡区-低隆区寻求新的油气突破，是实现战略接替的必由之路。2012年以来，西北油田与石勘院研究团队坚持在低隆区-斜坡区探索，在顺托低隆区识别出若干高陡断裂带，垂向沟通深部烃源，是油气输导的重要通道，并进一步坚信，精确识别和刻画此类断裂，是实现勘探往深层走的重要抓手。

超深层断控缝洞型油气成藏理论突破，认识创新是关键。在世界范围内，早期走滑断裂研究集中于超大-大尺度的板缘或盆缘边界断裂，板内或盆内弱变形区，由于远离挤压碰撞边界，传统认为断裂欠发育。攻关团队依托大量三维连片地震资料，在盆地腹部首次发现并系统厘定了“大面积展布、多体系并存”的中小滑移距走滑断裂体系，揭示了弱变形区走滑断裂发育的普遍性，为走滑断控油气藏勘探的全面展开提供了阵地。前人针对断裂控藏作用的研究，更关注其对油气的输导性能，而研究团队基于大量野外、钻井测录及分析测试等资料，从岩石的破裂机理出发，提出了走滑断裂改造致密碳酸盐岩直接成储等新认识。油气在断裂带内部聚集，具有“控储、控圈、控藏、控富”作用，极大拓展了油气储集空间与圈闭类型。

超深层断控缝洞型油气成藏理论突破，技术创新是保障。走滑断控油气藏勘探面临超深层断裂隐蔽性强、识别解析难，储集结构复杂、目标刻画难，控藏要素多样、勘探靶点优选难等世界级难题，研究团队坚持从问题出发，攻关形成了克拉通内中小尺度走滑断裂精细解析、超深层碳酸盐岩走滑断裂立体成像、量化描述与目标落实等关键技术序列，实现了断裂与目标的精细表征，支撑了走滑断控油气藏高质量勘探。

问：在超深地层条件下，如何利用这一新理论指导勘探实践？是否已有成功案例可以分享，这些发现对我国能源安全有何意义？

答：以走滑断裂“控储、控圈、控藏、控富”作用为指导，中国石化发现了我国第一个走滑断控缝洞型大油气田——塔里木盆地顺北油气田，建立了“寒武多期供烃、构造破裂控储、原地垂向输导、晚期成藏为主、走滑断裂控富”油气成藏模式，实现了“隆起-斜坡-构造低洼区”的拓展，落实了大面积连片展布的有序成藏富集区，推动了“深地一号”工程建设，并推广应用于准噶尔盆地车排子、鄂尔多斯盆地杭锦旗、镇泾-彬长、四川盆地綦江、井研等地区，支撑断控缝洞型油气藏勘探在塔里木、四川、鄂尔多斯、准噶尔等盆地实现全面突破，证实了该类型油气藏在全国各大盆地发育的普遍性与规模性。超深层断控缝洞型油气成藏理论的突破，为打造走滑断控油气藏领域原创技术策源地，从深海、深空迈入深地，保障国家能源安全提供了科技支撑。（程力沛 提供）

提升断裂识别精度，重塑油气勘探格局

石油物探技术研究院西北支撑中心经理 田建华

问：超深层储层立体成像技术的突破性在于哪些方面？断裂识别精度从30米提升到15米，对油气勘探的精确度带来了怎样的变革？

答：超深层断控缝洞型油气藏平均埋藏深度大（>7300米），地震品质相对差，油气藏物探响应特征弱，国内外可借鉴的研究案例少。每条断裂带、每口钻井的突破，都在不断刷新常规油气勘探地质认识。前期研究存在成像模糊、分辨率较低的问题，对地球物理深层勘查技术带来了巨大挑战。

立体成像技术的出现很好地解决了超深层断控储集体成像的难题。物探科研人员开展了多项技术创新研究：在地震速度建模方面，引入了VSP井控各向异性校正技术，实现了全方位速度建模，模型精度大幅提升；研发了全方位角度域成像及QRTM成像技术，更清晰地展现了地下地质体，大幅提升了断裂识别能力。断裂识别精度由原先的30米提升到15米，能更加准确地探查油气富集区域，对钻井轨迹设计、靶点选择具有重要意义。断控规模油气藏钻遇率由71%大幅提升至87.5%，有效降低了勘探风险、节约了钻井成本。

问：在进行超深层地质结构的“CT扫描”时，面临哪些技术挑战？物探院如何应对这些挑战，确保数据的准确性和可靠性？

答：超深层储层埋藏深，走滑断裂带垂直发育，能接收到的有效信号较弱，地质结构的尺度也比较小，给地震勘探工作带来了巨大困难。

物探院科研人员勇担科技战略力量的重要使命，迎难而上，集智攻关，研发形成了多项针对性技术。针对储层埋藏深的问题，研发了宽频宽方位处理技术，很好地获取了地下深层丰富的地震信号；针对有效信号弱的问题，研发了全方位速度建模技术，提高了资料信噪比，储集体地震特征显著增强；针对超深层储层地质结构预测和精准入靶问题，研发形成了缝洞体尺度预测及校正、小尺度“栅状结构”储层结构预测等特色技术，实现了准确的地质结构“CT扫描”，精度比常规方法提高2~3倍，为井位部署和油气突破提供了强有力的支撑，在现场应用中取得了良好的效果。

问：未来物探技术的发展趋势是什么？尤其是在深地探测方面，有哪些新技术或方法正在研发中，可进一步提升勘探效率和精度？

答：未来物探技术的发展趋势令人充满期待。针对深地工程探测，物探技术将逐步实现从定性分析到定量预测的转变、从单一学科到多学科融合的转变，以进一步提高勘探效率和精度。

目前，在地震成像技术方面，业内正在研发弹性波FWI技术，可进一步提升陡倾角走滑断裂带成像精度，实现地下地质结构高清晰度识别；在地质工程一体化技术方面，正在研发岩石力学参数预测、近井点声波探测技术，提升井位部署支撑能力和钻井成功率；在人工智能技术方面，正在研发基于多源信息联合约束下的连通性定量评价技术，可更好地为制定油气田开发方案提供依据。（朱博华 提供）

协同高效破岩提速，刷新钻井工程纪录

石油工程技术研究院钻井工程领域高级专家 张进双

问：超深层油气优快钻井技术中，具有顺北油气田特色的技术创新点有哪些？这些技术在实际应用中如何显著缩短钻井周期、不断刷新钻井工程纪录？

答：针对顺北油气田超深硬地层破岩效率低、钻头易磨损崩齿、井下工具输出能量不足等问题，我们提出了以“高效的破岩方式、适应地层的钻头、足够的破岩能量、稳态的井下工况”为主控要素的协同高效破岩提速技术方法，建立了分层段钻头破岩门限参数计算模型，研制了适用于二叠系火山岩的高效PDC钻头、扭力冲击器、复合冲击器、旋冲螺杆等提速工具，开发了超大扭矩动力钻具提高破岩扭矩；针对奥陶系上统防斜、提速、降本难题，形成了硬地层低成本防斜打快技术，机械钻速由4.5米/小时提高到8.6米/小时，并基于人工智能大数据分析，形成了“高效钻头+大能量破岩工具+钻机装备升级+强化钻井参数”的一体化钻井提速配套技术，制定了顺北油气田钻井提速提效技术推荐做法。2023年，顺北油气田完钻23口井，平均钻井周期由184天缩短为139天，其中，顺北6-4斜井完钻井深8316.58米，钻井周期97.08天，创顺北油气田超深井钻井周期最短纪录。

问：在复杂超深层井身结构设计中，面临最大的工程技术难题是什么？工程院是如何通过技术创新解决这些问题，确保钻井作业安全高效的？

答：顺北油气田储层埋藏深、断裂发育，地层岩性、流体、压力体系复杂，长裸眼段钻井作业安全密度窗口窄，地质必封点、工程必封点多，井壁失稳、地层漏失、气侵溢流等复杂情况频发，给井身结构优化设计带来极大挑战。为提高待钻地层预测精度，工程院以中完测井、录井信息为约束条件，随钻更新地震速度，形成了基于井震信息的地质力学参数超前预测方法；利用近实时修正的钻头前方三维地震数据体，采用多尺度相干技术、蚂蚁体追踪技术，精确定位待钻地层断裂、裂缝带位置，为套管下深、钻井液性能控制等提供指导。以地质目标最大化、工程风险最小化为原则，我们建立了工程地质要素耦合的一体化技术方法，形成了以“二叠系火成岩反演、志留系断裂检测、侵入岩量化描述、储层异常高压识别”为核心的工程地质风险预测技术，指导井口位置优选与风险预案制定，构建了适应不同地质条件的井身结构优化设计系列，为复杂超深油气井安全高效成井奠定了基础。

问：未来深地钻井技术的发展方向和重点研究领域是什么？特别是在高温高压极端工况条件下安全成井方面，有哪些前瞻性的规划和技术展望？

答：向地球深部进军是国家战略性科技问题，是油气上游原创技术策源地的建设方向。开拓万米油气资源新领域，探寻深地油气赋存极限，是新时期石油行业的“超级工程”。

随着勘探开发向更深层推进，不确定因素增多，井底温度突破240摄氏度、压力突破200兆帕，特深、重载、高温高压、酸性环境、强烈振动等恶劣工况耦合，超出了现有钻机装备、井下工具、井筒流体的耐受极限，井底钻头破岩能力不足、钻机装备难以满足需求、工具仪器故障率高、钻井液性能调控困难、高压油气井井控风险大、井筒长期完整性无法保障等一系列技术难题陆续出现。

深地油气钻探是一项复杂的系统工程，需创新复杂地层油气钻完井工程理论方法，研制特深井智能化重载钻机、特高压井口设备、大功率固井泵等关键装备，研发适用于超高温高压极端工况环境的井下工具仪器，开发高温高密度条件下性能稳定的工作液流体，构建涵盖“基础理论、工程设计、钻井装备、钻井液、固井、完井、改造、测试”等各环节的深地油气钻探关键技术体系，提升工程技术与装备保障能力。