西南石油大學(xué)油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任
提要：向深層超深層要資源，成為緩解國(guó)內(nèi)油氣資源接替壓力的必然選擇。油氣勘探開發(fā)向深地挺進(jìn)，本質(zhì)是工程技術(shù)的系統(tǒng)性攻堅(jiān)。“十五五”時(shí)期必須堅(jiān)定不移實(shí)施以科技創(chuàng)新為引領(lǐng)的“深地工程”。
AI 閱評(píng)
本文聚焦深層超深層油氣資源在我國(guó)“十五五”時(shí)期保障國(guó)家能源安全中的戰(zhàn)略地位，分析其勘探開發(fā)面臨的復(fù)雜挑戰(zhàn)，提出關(guān)鍵技術(shù)突破方向及創(chuàng)新路徑。文章主張，唯有實(shí)現(xiàn)資源、技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的深度協(xié)同，才能將深層資源潛力切實(shí)轉(zhuǎn)化為保障能源安全的現(xiàn)實(shí)產(chǎn)能，為經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展注入新動(dòng)能。
“中國(guó)石化積極響應(yīng)習(xí)近平總書記“向地球深部進(jìn)軍”號(hào)召，先后建成順北油氣田基地、濟(jì)陽(yáng)頁(yè)巖油基地、川渝天然氣基地三大“深地工程”，充分證實(shí)我國(guó)超深層油氣資源的巨大潛力。圖為2025年9月19日，正在鉆進(jìn)的西北油 田順北SHB4-18X井。李學(xué)仁/攝
十五五”時(shí)期，深層超深層油氣勘探開發(fā)是保障我國(guó)能源安全、緩解資源接替壓力、推動(dòng)產(chǎn)業(yè)升級(jí)的戰(zhàn)略舉措。深層超深層油氣憑借巨大資源潛力，將成為國(guó)內(nèi)增儲(chǔ)上產(chǎn)的關(guān)鍵接替領(lǐng)域。然而，深地鉆井面臨極端地質(zhì)環(huán)境、裝備技術(shù)適應(yīng)性不足、安全效率難以兼顧等系統(tǒng)性挑戰(zhàn)。為此，要聚焦深地地質(zhì)力學(xué)理論研究、超高溫高壓鉆井技術(shù)與裝備攻關(guān)、智能化綠色化鉆探技術(shù)革新等方向，構(gòu)建自主可控的技術(shù)體系，將深層資源潛力轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)產(chǎn)能，為保障能源安全與高質(zhì)量發(fā)展提供堅(jiān)實(shí)支撐。
深地油氣勘探開發(fā)的戰(zhàn)略背景
自主供給是能源安全的基石。國(guó)家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，我國(guó)2024年原油對(duì)外依存度達(dá)72.2%，天然氣對(duì)外依存度42.6%，我國(guó)油氣對(duì)外依存度長(zhǎng)期處于高位，已成為能源安全體系中的關(guān)鍵風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)。當(dāng)前，全球能源格局重構(gòu)疊加地緣政治風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)一步加劇供應(yīng)不確定性。俄烏沖突引發(fā)全球能源貿(mào)易震蕩，我國(guó)進(jìn)口油氣面臨運(yùn)輸成本攀升、供應(yīng)不穩(wěn)等問題；部分國(guó)家還將能源作為地緣博弈工具，通過貿(mào)易限制、價(jià)格調(diào)控影響市場(chǎng)。
在此背景下，提升國(guó)內(nèi)油氣自主供給能力成為保障能源安全的核心路徑。深地領(lǐng)域作為油氣資源開發(fā)的重要接替空間，其勘探開發(fā)規(guī)模的擴(kuò)大，能夠有效降低對(duì)外依存度，增強(qiáng)能源供應(yīng)體系的抗風(fēng)險(xiǎn)能力。自然資源部《“十五五”自然資源標(biāo)準(zhǔn)化工作規(guī)劃》明確提出“加快搶占深海、深地等領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)化制高點(diǎn)”，這標(biāo)志著深地資源的戰(zhàn)略價(jià)值已從潛在儲(chǔ)備升級(jí)為保障國(guó)家能源安全、塑造產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的核心載體。
深層超深層是資源接替的核心領(lǐng)域。我國(guó)淺層常規(guī)油氣開發(fā)已達(dá)成熟期，采收率逐年下降。而我國(guó)深層超深層油氣資源潛力巨大，其中石油資源量占油氣資源總量的34%，天然氣技術(shù)可采資源量占比更高達(dá)56.1%，是陸上油氣資源勘探開發(fā)中剩余資源量最豐富、發(fā)展?jié)摿ψ畲蟮念I(lǐng)域。以塔里木、準(zhǔn)噶爾盆地為核心的西部戰(zhàn)略區(qū)，是全球罕見的超8000米以深天然氣富集區(qū)，已探明多個(gè)萬億立方米級(jí)大氣田，2024年產(chǎn)量突破300億立方米，貢獻(xiàn)了當(dāng)年全國(guó)天然氣增量的40%，是我國(guó)天然氣增儲(chǔ)上產(chǎn)的“絕對(duì)主力”。四川盆地作為綜合性天然氣生產(chǎn)基地，深層頁(yè)巖氣資源潛力尤為突出，僅埋深4000～5000米的有利勘探面積即超過1.2萬平方公里，資源量突破7萬億立方米，同時(shí)其海相深層常規(guī)天然氣資源量巨大，具備多層系立體開發(fā)的優(yōu)越條件。以渤海灣盆地為代表的東部斷陷盆地，深部潛山及深層砂礫巖體資源潛力可觀，是穩(wěn)住東部原油產(chǎn)量基本盤、實(shí)現(xiàn)老油田資源接替的關(guān)鍵領(lǐng)域。這三大戰(zhàn)略區(qū)資源總量雄厚，開發(fā)前景廣闊，構(gòu)成了保障國(guó)家能源安全的深層資源基石。
此外，在開發(fā)深地油氣的同時(shí)，可同步推進(jìn)地下空間二氧化碳封存、地?zé)崮荛_發(fā)等項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)“一井多能”的綜合開發(fā)模式。例如，新疆某深層油田通過伴生二氧化碳回注地層技術(shù)，不僅降低了碳排放強(qiáng)度，還使原油采收率提升5至8個(gè)百分點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了資源開發(fā)與生態(tài)保護(hù)的協(xié)同發(fā)展。
深地勘探開發(fā)是產(chǎn)業(yè)升級(jí)的重要引擎。油氣勘探開發(fā)向深地挺進(jìn)，本質(zhì)是工程技術(shù)的系統(tǒng)性攻堅(jiān)。深地油氣勘探開發(fā)面臨極端地質(zhì)環(huán)境挑戰(zhàn)，超高溫（地下溫度超200攝氏度）、超高壓（壓力系數(shù)達(dá)2.0以上）條件對(duì)技術(shù)與裝備提出了遠(yuǎn)超常規(guī)開發(fā)的要求。目前我國(guó)在深地探索已獲突破，在鉆井液技術(shù)方面，成功研發(fā)出耐230攝氏度高溫的高性能水基鉆井液，打破國(guó)外技術(shù)壟斷，建立了具有自身特色的超深—特深層油氣勘探開發(fā)工程技術(shù)與裝備體系，支撐保障了超深—特深層勘探突破和規(guī)模效益建產(chǎn)，有效提高了鉆井成功率，截至2025年10月，中國(guó)石化已完成8000米以深超深井183口。但面對(duì)更深、更復(fù)雜的目標(biāo)，仍需推動(dòng)科研與技術(shù)工程化深度融合。從產(chǎn)業(yè)聯(lián)動(dòng)效應(yīng)來看，深地勘探開發(fā)對(duì)高端裝備制造、新材料、人工智能等領(lǐng)域的拉動(dòng)作用顯著。例如，深地鉆井所需的高強(qiáng)度鉆桿推動(dòng)特種鋼材產(chǎn)業(yè)技術(shù)迭代，智能勘探所用的AI算法可應(yīng)用于礦產(chǎn)資源勘探、地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警等場(chǎng)景。據(jù)行業(yè)預(yù)測(cè)，深地勘探開發(fā)相關(guān)產(chǎn)業(yè)將形成萬億級(jí)市場(chǎng)規(guī)模，成為“十五五”時(shí)期經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的新動(dòng)力，助力我國(guó)在全球能源技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)優(yōu)勢(shì)地位。
因此，深地油氣勘探開發(fā)既是保障國(guó)家能源安全的戰(zhàn)略舉措，也是緩解資源接替壓力的現(xiàn)實(shí)路徑，更是推動(dòng)產(chǎn)業(yè)升級(jí)的重要機(jī)遇。“十五五”時(shí)期，通過持續(xù)深化深地勘探開發(fā)，將進(jìn)一步夯實(shí)我國(guó)能源安全基礎(chǔ)，為經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展與綠色轉(zhuǎn)型提供有力支撐。
深井超深井鉆完井面臨的系統(tǒng)性挑戰(zhàn)
深井超深井鉆完井工程是觸及地球深部未知領(lǐng)域的極限作業(yè)，面臨的挑戰(zhàn)已超越常規(guī)工程范疇，演變?yōu)榧刭|(zhì)不確定性、極端物理化學(xué)環(huán)境與工程技術(shù)瓶頸于一體的系統(tǒng)性難題。
極端復(fù)雜的工程地質(zhì)環(huán)境與不確定性挑戰(zhàn)。深層超深層鉆遇的地質(zhì)體呈現(xiàn)多重復(fù)雜性耦合特征，構(gòu)成了難以預(yù)測(cè)的“地下迷宮”。主要表現(xiàn)為：多壓力系統(tǒng)并存且動(dòng)態(tài)變化，導(dǎo)致窄密度窗口（如塔里木盆地僅0.01~0.02克/立方厘米），井涌與井漏風(fēng)險(xiǎn)交織。地層巖性與流體性質(zhì)復(fù)雜，同一裸眼段可能鉆遇高壓鹽水層、高含硫（H2S）氣層、巨厚鹽膏層及堅(jiān)硬礫石層，對(duì)鉆井液性能與井筒穩(wěn)定性構(gòu)成嚴(yán)峻考驗(yàn)。深部地應(yīng)力場(chǎng)復(fù)雜且難以精準(zhǔn)預(yù)測(cè)，在高陡構(gòu)造區(qū)（地層傾角可達(dá)87°）極易導(dǎo)致井眼失穩(wěn)與軌跡控制失效。這些不確定性使得鉆井設(shè)計(jì)從“確定性規(guī)劃”轉(zhuǎn)變?yōu)?ldquo;高風(fēng)險(xiǎn)博弈”，任何地質(zhì)模型的偏差都可能導(dǎo)致工程失利，甚至無法鉆達(dá)地質(zhì)目的層。
極限工況下的工程技術(shù)裝備適應(yīng)性挑戰(zhàn)。在超過6000米，尤其是8000米以深的領(lǐng)域，高溫（>190攝氏度，部分>210攝氏度）、高壓（>130兆帕，部分>150兆帕）的極端工況，使得現(xiàn)有技術(shù)、裝備的性能面臨“天花板”。例如井身結(jié)構(gòu)層次不足，難以有效封隔多套復(fù)雜壓力層系和流體單元；井下工具與測(cè)量系統(tǒng)可靠性急劇下降，高溫導(dǎo)致電子元器件失效、密封材料老化，高壓加劇工具磨損與疲勞；鉆井液與固井水泥漿體系性能極限，在高溫高壓下流變性失控、穩(wěn)定性變差，喪失攜巖與護(hù)壁功能；破巖與提速工具效率低下，面對(duì)巨厚礫石層、高含石英巖等堅(jiān)硬地層，機(jī)械鉆速極低，鉆頭磨損嚴(yán)重，導(dǎo)致鉆井周期被大幅延長(zhǎng)。
工程安全、效率與完整性保障的綜合挑戰(zhàn)。復(fù)雜地質(zhì)與極限工況的疊加，使得鉆井作業(yè)在安全、效率和質(zhì)量控制上陷入多重矛盾。施工風(fēng)險(xiǎn)劇增，“溢漏同存”等復(fù)雜情況頻發(fā)，安全密度窗口的精確控制成為世界級(jí)難題；井筒完整性保障難度大，從鉆井、完井到全生命周期生產(chǎn)，超深井的套管載荷、水泥環(huán)密封性能在高溫高壓及酸性介質(zhì)（H2S）環(huán)境下經(jīng)受嚴(yán)峻考驗(yàn)；提速提效與安全優(yōu)質(zhì)之間的矛盾突出，在追求機(jī)械鉆速的同時(shí)，難以兼顧井眼質(zhì)量與地層保護(hù)，導(dǎo)致后續(xù)完井與試采作業(yè)困難；全周期技術(shù)方案不成熟，從超深小井眼作業(yè)、高溫高壓固井到長(zhǎng)期完整性監(jiān)測(cè)，尚缺乏經(jīng)過大規(guī)模驗(yàn)證的成套解決方案，制約了深層資源的規(guī)模化、效益化開發(fā)。
關(guān)鍵技術(shù)突破方向與創(chuàng)新路徑
面對(duì)深層超深層鉆井的諸多挑戰(zhàn)，“十五五”時(shí)期必須堅(jiān)定不移實(shí)施以科技創(chuàng)新為引領(lǐng)的“深地工程”，構(gòu)建自主可控、智能綠色的新一代技術(shù)體系，將宏偉的戰(zhàn)略藍(lán)圖轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力。
一是深化深地地質(zhì)力學(xué)與工程基礎(chǔ)理論研究。向深層超深層進(jìn)軍，首要挑戰(zhàn)來自對(duì)極端環(huán)境下巖石力學(xué)行為認(rèn)知的不足。當(dāng)前的理論模型多基于中淺層經(jīng)驗(yàn)，難以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)高溫（>200攝氏度）、高壓（>200兆帕）、高地應(yīng)力及復(fù)雜地質(zhì)力學(xué)環(huán)境下井壁的失穩(wěn)機(jī)理與破巖效率。未來研究的核心是構(gòu)建中國(guó)特色的復(fù)雜深地地質(zhì)力學(xué)理論體系。
加大深層原位環(huán)境實(shí)驗(yàn)裝置的自研力度與規(guī)模，必須突破國(guó)外技術(shù)壟斷，自主研制能夠真實(shí)模擬深層溫—壓—應(yīng)力—化學(xué)多場(chǎng)耦合條件的超大尺度、超高參數(shù)巖石力學(xué)測(cè)試系統(tǒng)。大力發(fā)展高精度數(shù)值模擬與智能地質(zhì)力學(xué)建模方法，基于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)，研發(fā)耦合熱—流—固—化多物理場(chǎng)的地質(zhì)力學(xué)模擬平臺(tái)。該平臺(tái)需能集成地震、測(cè)井、鉆井等多源信息，實(shí)現(xiàn)從區(qū)域地應(yīng)力場(chǎng)到井周微觀損傷的跨尺度精準(zhǔn)預(yù)測(cè)。重點(diǎn)攻克復(fù)雜構(gòu)造帶地應(yīng)力非均勻分布、深層縫洞型儲(chǔ)層井壁坍塌壓力動(dòng)態(tài)演化，以及基于人工智能的巖性識(shí)別與力學(xué)參數(shù)隨鉆反演等前沿算法。深化深地地質(zhì)特征的系統(tǒng)性科學(xué)認(rèn)識(shí)，理論研究不能脫離地質(zhì)實(shí)際，需開展專項(xiàng)研究，厘清我國(guó)主要深地勘探靶區(qū)的巖石礦物組成、地層壓力系統(tǒng)、天然裂縫網(wǎng)絡(luò)與地應(yīng)力場(chǎng)的空間分布規(guī)律。特別要關(guān)注深層高溫高壓條件下，巖石脆塑性變化臨界點(diǎn)、鉆井液化學(xué)作用誘發(fā)的井周強(qiáng)度劣化等關(guān)鍵科學(xué)問題。
只有建立對(duì)地質(zhì)環(huán)境深刻理解基礎(chǔ)上的力學(xué)理論，才能為井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化、鉆井液性能設(shè)計(jì)、鉆頭選型與參數(shù)優(yōu)化提供堅(jiān)實(shí)支撐，最終實(shí)現(xiàn)從“被動(dòng)應(yīng)對(duì)復(fù)雜”到“主動(dòng)設(shè)計(jì)安全”的根本轉(zhuǎn)變，支撐超深層油氣資源的安全、高效、經(jīng)濟(jì)開發(fā)。
二是攻關(guān)超高溫高壓鉆井關(guān)鍵技術(shù)與井下裝備?；A(chǔ)理論的突破必須落地為可靠的關(guān)鍵技術(shù)與裝備。向地球深部進(jìn)軍，每一次下鉆都面臨著高溫、高壓、高應(yīng)力及復(fù)雜地質(zhì)體的極限挑戰(zhàn)。因此，構(gòu)建一套自主可控、性能可靠、技術(shù)領(lǐng)先的超深層鉆井技術(shù)體系，是支撐“十五五”深部攻堅(jiān)戰(zhàn)略、破解“卡脖子”難題的核心工程。
其一是超高溫井筒工作液技術(shù)的革命性突破。工作液是鉆井的“血液”，其在極端環(huán)境下的性能直接決定作業(yè)成敗。針對(duì)超過230攝氏度、壓力200兆帕的井下工況，必須突破傳統(tǒng)材料的性能極限。須攻克耐超高溫抗鹽鈣污染的高性能水基/合成基鉆井液配方，確保其在長(zhǎng)期高溫下流變穩(wěn)定。攻關(guān)重點(diǎn)在于研發(fā)超高溫抗鹽鈣的合成基/高性能水基鉆井液體系、抗超高溫高性能堵漏與封堵材料。這背后依賴的是超高溫聚合物、納米復(fù)合材料等前沿新材料的創(chuàng)新，需要聯(lián)合材料科學(xué)、化學(xué)工程等領(lǐng)域進(jìn)行協(xié)同攻關(guān)。
其二是高溫高壓井下工具與測(cè)量系統(tǒng)的自主化與可靠性提升。旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)（RSS）、隨鉆測(cè)量系統(tǒng)（LWD/MWD）、高性能鉆頭、耐壓完井封隔器等是鉆探深地的關(guān)鍵。當(dāng)前，適用于200攝氏度以上環(huán)境的耐高溫隨鉆測(cè)量芯片、高可靠性井下大功率電機(jī)、長(zhǎng)壽命軸承等核心電子元器件和精密機(jī)械部件仍大量依賴進(jìn)口。必須集中力量發(fā)展高溫儲(chǔ)能與發(fā)電技術(shù)、研發(fā)新型耐磨抗腐合金材料，打造全鏈條自主可控的超高溫高壓井下工具，確保深地鉆井作業(yè)的自主權(quán)與成本可控性，真正將技術(shù)優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)化為產(chǎn)能優(yōu)勢(shì)和經(jīng)濟(jì)效益，培育驅(qū)動(dòng)行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的新質(zhì)生產(chǎn)力。
三是引領(lǐng)智能化與綠色化的鉆探技術(shù)革命。面對(duì)深部攻堅(jiān)，傳統(tǒng)的鉆探模式已難以應(yīng)對(duì)極端工況與降本增效的雙重挑戰(zhàn)。以智能化與綠色化為雙核心的技術(shù)革命，正驅(qū)動(dòng)鉆井作業(yè)向更安全、更高效、更可持續(xù)的下一代范式轉(zhuǎn)型。
智能化革命的核心，在于構(gòu)建一個(gè)“感—知—決—控”一體化的自主系統(tǒng)。其基礎(chǔ)是通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將地面裝備、井下工具、循環(huán)系統(tǒng)等全要素實(shí)時(shí)互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)海量工程數(shù)據(jù)的高速采集與匯聚。以此為基礎(chǔ)，融合地質(zhì)、地震、鉆井歷史等多源信息，構(gòu)建涵蓋“地面—井下”“地質(zhì)—工程”的動(dòng)態(tài)數(shù)字孿生體。這個(gè)虛擬鏡像能超前模擬井下工況，實(shí)現(xiàn)鉆井過程的透明化與前瞻性預(yù)演。依托行業(yè)大模型的迭代與人工智能算法，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)智能地質(zhì)建模與井眼軌跡的自主實(shí)時(shí)優(yōu)化，并建立復(fù)雜工況的智能預(yù)警與決策閉環(huán)，推動(dòng)作業(yè)從“經(jīng)驗(yàn)驅(qū)動(dòng)”邁向“數(shù)據(jù)與模型驅(qū)動(dòng)”的新階段。配套的自動(dòng)化鉆機(jī)與機(jī)器人系統(tǒng)，則從硬件層面為實(shí)現(xiàn)少人化、無人化的“智能鉆井新范式”奠定基礎(chǔ)。
綠色化革命則貫穿鉆探作業(yè)的全生命周期，旨在實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)與資源循環(huán)。其首要路徑是源頭替代，即研發(fā)推廣全生物降解、低毒性的高性能環(huán)保型鉆井液體系，從根本上降低作業(yè)的環(huán)境足跡。更為關(guān)鍵的是過程控制與末端治理，必須大力發(fā)展鉆井巖屑與壓裂返排液的隨鉆處理與資源化利用技術(shù)，通過高效分離、無害化處理及產(chǎn)物的高價(jià)值轉(zhuǎn)化，最終目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)廢棄物的近零排放。同時(shí)，作業(yè)過程的低碳化勢(shì)在必行，全面推廣電驅(qū)鉆機(jī)，并結(jié)合智能化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)能耗的動(dòng)態(tài)優(yōu)化，是降低碳排放的直接舉措。
智能與綠色的深度融合，正將深層鉆探從傳統(tǒng)的“經(jīng)驗(yàn)驅(qū)動(dòng)、風(fēng)險(xiǎn)疊加”模式，重塑為“數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)、風(fēng)險(xiǎn)可控、環(huán)境友好”的智慧作業(yè)新范式。通過將實(shí)時(shí)環(huán)境數(shù)據(jù)與工程參數(shù)智能耦合，系統(tǒng)能同步優(yōu)化鉆井效率與資源循環(huán)。例如，數(shù)字孿生根據(jù)井下工況動(dòng)態(tài)調(diào)整鉆井液配方，在保障井壁穩(wěn)定的同時(shí)最小化化學(xué)劑消耗與廢棄物產(chǎn)生；智能控制系統(tǒng)則匹配鉆機(jī)負(fù)荷與地層可鉆性，實(shí)現(xiàn)“鉆進(jìn)—能耗”動(dòng)態(tài)平衡。這一變革不僅提升了超深井作業(yè)的安全與效率，更構(gòu)建了資源開發(fā)與環(huán)境保護(hù)相協(xié)調(diào)的工程新形態(tài)，為深地工程的可持續(xù)、效益化開發(fā)提供了核心驅(qū)動(dòng)力。
