摘要

        中-高成熟度页岩油是中国页岩油战略突破的重点领域，加强陆相页岩油勘探开发是保障国家能源供应安全的重要途径。本文详细介绍了中国石油天然气集团有限公司（简称中国石油）在鄂尔多斯、准噶尔和松辽等盆地页岩油钻井工程技术进展。包括大平台工厂化布井、水平井井身结构优化、分井段“一趟钻”、水平井高性能钻井液、一体化地质导向等关键技术。对标北美先进页岩油钻井技术，分析了国内页岩油钻井在布井方式与井身结构、地质工程一体化及导向技术、钻井提速配套技术、钻井液及固井配套技术等方面的差距和发展趋势。提出了持续推进大平台工厂化作业和优化井身结构、集成配套提速技术、加强地质工程一体化研究和加快新一代导向工具研发攻关等发展建议，以促进陆相页岩油钻井提速、降本、增效，引领页岩油革命工程目标实现。

        美国页岩革命使得本土油气产量快速增长，成为世界上最大的产油国，大幅降低了对外原油依存度，实现了能源独立。通过“水平井+水力压裂”开发，页岩油产量实现快速增长，已成为美国原油产量的第一大来源。我国油气需求快速增长，对外依存度不断攀升，2022年原油对外依存度超过73%。我国陆上页岩油资源量达283×10⁸ t，中-高成熟度页岩油是中国页岩油战略突破的重点领域，加强陆相页岩油勘探开发是保障国家能源供应安全的重要途径。通过持续勘探开发实践及理论技术攻关，在准噶尔盆地二叠系、鄂尔多斯盆地三叠系、渤海湾盆地古近系、四川盆地侏罗系、松辽盆地白垩系、苏北盆地古近系等构造取得多项重大突破和积极进展，我国已成为全球第四个实现页岩油突破的国家。2023年我国页岩油产量突破400×10⁴ t，再创新高，展现了良好的产业发展前景。

        中国石油矿权区陆相页岩油地质资源丰富，中-高成熟度页岩油地质资源量201×10⁸ t，占中国页岩油地质资源总量的71%，主体分布于鄂尔多斯、松辽、渤海湾、准噶尔等盆地。2023年中国石油陆相中-高成熟度页 岩油年产量391.6×10⁴ t，呈现了良好勘探前景。

        与美国页岩油不同，我国页岩油以陆相沉积为主，具有岩性、岩相变化快，分布不稳定，非均质性强，地层压力较低，黏土矿物含量高等特点。按照地质条件和沉积特征，中国陆相页岩层系储集层甜点大致可划分为夹层型、混积型和页岩型3类。其中夹层型页岩油甜点的典型代表为鄂尔多斯盆地延长组7段（长7段），混积型页岩油甜点的典型代表为准噶尔盆地吉木萨尔凹陷芦草沟组，页岩型页岩油甜点的典型代表为松辽盆地古龙青山口组。

        2018年以来，中国石油长庆油田在陇东地区开展页岩油国家示范工程建设，国家能源局先后批复设立了新疆吉木萨尔国家级陆相页岩油示范区和大庆古龙陆相页岩油国家级示范区。本文通过总结中国石油在鄂尔多斯、准噶尔、松辽盆地3种甜点类型陆相页岩油钻井技术进展，提出面临的挑战与发展建议，对推动页岩革命，加快陆相页岩油示范区建设，引领我国非常规油气工程技术进步具有重要的指导意义。

1. 中国石油陆相页岩油钻井技术进展

        “十三五”以来，随着水平井技术进步和页岩油的规模开发，水平井数量逐年增加。如图1所示，2019年以后中国石油页岩油水平井数量快速增长，2023年中国石油完成页岩油水平井349口，支撑了页岩油产量的快速提升和钻井技术的进步。

1.1 陇东页岩油钻井关键技术进展

        中国石油长庆油田以鄂尔多斯盆地长7段泥页岩层系中的砂岩夹层为甜点，实现了陇东地区页岩油勘探开发的重大突破，探明了10×10⁸t级的庆城页岩油大油田。2021年庆城油田页岩油产油量达到131.6×10⁴t，率先建成了中国第一个百万吨整装页岩油开发示范区，2023年页岩油产量207×10⁴t，连续五年保持30×10⁴t增长。

        鄂尔多斯盆地长7段页岩油储层为深色泥页岩中夹杂的粉砂-细砂岩，具有平面小规模、垂向多套发育的特征，且地处沟壑纵横的黄土塬地貌，钻井井场面积受限，环保压力大。通过持续攻关试验和现场实践，形成了大井丛立体式布井和小井场大井丛三维水平井钻井技术。

        通过攻关大井丛水平井钻井技术，平台完钻井数不断提高。基于纵向多小层叠合、地表沟壑特征，以“井网一次部署、井距合理优化”为原则，优化布井方式和施工工艺，形成了非常规油藏井网优化技术以及大井丛、多层系、立体式布井模式。基于摩阻扭矩最小化思路，提出了“空间圆弧+分段设计”的轨迹设计方法，形成了大偏移距三维水平井井身剖面优化技术，优化出7段制剖面。通过大偏移距三维井身剖面及轨迹精细控制，优化水平段长度1500~2000 m，合理井距400～500 m，最大偏移距由1030 m提高至1266 m，平台井数持续增加，实现单平台储量动用最大化。华H100平台完钻31口井，创国内单平台最多水平井纪录，平均水平段长2008 m，平均钻井周期17.12 d，见图2。

        攻关超长水平井钻完井技术，水平段长度持续延伸。以甲酸钠、甲酸钾为钻井液关键添加剂，钻井液固相含量低、抑制性强，岩屑回收率达到90.4%，形成了强抑制防塌钻井液体系。解决了长裸眼段井壁坍塌难题，降低钻井摩阻扭矩，水平段延伸能力大幅提高，支撑超长水平段水平井钻井。针对部分水平井的水平段存在断层漏失带的难题，采用随钻堵漏技术和阻水型可固化纤维堵漏工作液及配套堵漏工艺，对漏层实现有效封堵和固化。通过“高润滑水基钻井液、断层堵漏工艺及超长水平井下套管”等技术攻关，水平段长度逐年提升，最长达到5060 m。

        关键工具及钻井参数强化，钻井周期持续缩短。持续优选高耐磨PDC钻头、大功率长寿命螺杆、水力振荡器等关键提速工具，分段优化钻具组合，形成了以高耐磨PDC钻头与等寿命井下工具为核心的页岩油“一趟钻”技术。持续配套电动钻机、顶驱及大功率钻井泵等高性能钻完井设备，通过强化钻井参数，以“大钻压、大排量、高转速”激进钻井，建立学习曲线和提速技术模板。通过规模应用，1500m水平段钻井周期由初期的29.1d缩短至17.8d，水平段“一趟钻”比例由35.1%提高至54.9%，钻井提速效果显著。

        研发高强韧性水泥浆体系，水平井固井质量逐年提高。通过持续优选增强增韧材料，优化水泥浆体系配方，形成了高强韧性水泥浆体系，与常规降失水水泥浆、韧性水泥浆相比，该体系水泥石弹性模量降低30%，抗压强度提高40%。优选高耐压防倒浮浮箍、整体式弹性扶正器、漂浮接箍等关键工具，形成多漂浮下套管及二次漂浮技术。集成应用超长水平段安全固井技术，固井质量合格率由75%提高至81.1%。