西南石油大學油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程全國重點實驗室副主任
提要：向深層超深層要資源，成為緩解國內(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，本質(zhì)是工程技術(shù)的系統(tǒng)性攻堅。“十五五”時期必須堅定不移實施以科技創(chuàng)新為引領(lǐng)的“深地工程”。
AI 閱評
本文聚焦深層超深層油氣資源在我國“十五五”時期保障國家能源安全中的戰(zhàn)略地位，分析其勘探開發(fā)面臨的復雜挑戰(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轉(zhuǎn)化為保障能源安全的現(xiàn)實產(chǎn)能，為經(jīng)濟高質(zhì)量發(fā)展注入新動能。
“中國石化積極響應習近平總書記“向地球深部進軍”號召，先后建成順北油氣田基地、濟陽頁巖油基地、川渝天然氣基地三大“深地工程”，充分證實我國超深層油氣資源的巨大潛力。圖為2025年9月19日，正在鉆進的西北油 田順北SHB4-18X井。李學仁/攝
十五五”時期，深層超深層油氣勘探開發(fā)是保障我國能源安全、緩解資源接替壓力、推動產(chǎn)業(yè)升級的戰(zhàn)略舉措。深層超深層油氣憑借巨大資源潛力，將成為國內(nèi)增儲上產(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)實產(chǎn)能，為保障能源安全與高質(zhì)量發(fā)展提供堅實支撐。
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。國家統(tǒng)計局數(shù)據(jù)顯示，我國2024年原油對外依存度達72.2%，天然氣對外依存度42.6%，我國油氣對外依存度長期處于高位，已成為能源安全體系中的關(guān)鍵風險點。當前，全球能源格局重構(gòu)疊加地緣政治風險，進一步加劇供應不確定性。俄烏沖突引發(fā)全球能源貿(mào)易震蕩，我國進口油氣面臨運輸成本攀升、供應不穩(wěn)等問題；部分國家還將能源作為地緣博弈工具，通過貿(mào)易限制、價格調(diào)控影響市場。
在此背景下，提升國內(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)模的擴大，能夠有效降低對外依存度，增強能源供應體系的抗風險能力。自然資源部《“十五五”自然資源標準化工作規(guī)劃》明確提出“加快搶占深海、深地等領(lǐng)域標準化制高點”，這標志著深地資源的戰(zhàn)略價值已從潛在儲備升級為保障國家能源安全、塑造產(chǎn)業(yè)競爭力的核心載體。
深層超深層是資源接替的核心領(lǐng)域。我國淺層常規(guī)油氣開發(fā)已達成熟期，采收率逐年下降。而我國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)，已探明多個萬億立方米級大氣田，2024年產(chǎn)量突破300億立方米，貢獻了當年全國天然氣增量的40%，是我國天然氣增儲上產(chǎn)的“絕對主力”。四川盆地作為綜合性天然氣生產(chǎn)基地，深層頁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，可同步推進地下空間二氧化碳封存、地熱能開發(fā)等項目，實現(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度，還使原油采收率提升5至8個百分點，實現(xiàn)了資源開發(fā)與生態(tài)保護的協(xié)同發(fā)展。
深地勘探開發(fā)是產(chǎn)業(yè)升級的重要引擎。油氣勘探開發(fā)向深地挺進，本質(zhì)是工程技術(shù)的系統(tǒng)性攻堅。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2.0以上）條件對技術(shù)與裝備提出了遠超常規(guī)開發(fā)的要求。目前我國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，中國石化已完成8000米以深超深井183口。但面對更深、更復雜的目標，仍需推動科研與技術(shù)工程化深度融合。從產(chǎn)業(yè)聯(lián)動效應來看，深地勘探開發(fā)對高端裝備制造、新材料、人工智能等領(lǐng)域的拉動作用顯著。例如，深地鉆井所需的高強度鉆桿推動特種鋼材產(chǎn)業(yè)技術(shù)迭代，智能勘探所用的AI算法可應用于礦產(chǎn)資源勘探、地質(zhì)災害預警等場景。據(jù)行業(yè)預測，深地勘探開發(fā)相關(guān)產(chǎn)業(yè)將形成萬億級市場規(guī)模，成為“十五五”時期經(jīng)濟增長的新動力，助力我國在全球能源技術(shù)競爭中占據(jù)優(yōu)勢地位。
因此，深地油氣勘探開發(fā)既是保障國家能源安全的戰(zhàn)略舉措，也是緩解資源接替壓力的現(xiàn)實路徑，更是推動產(chǎn)業(yè)升級的重要機遇。“十五五”時期，通過持續(xù)深化深地勘探開發(fā)，將進一步夯實我國能源安全基礎(chǔ)，為經(jīng)濟高質(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、極端物理化學環(huán)境與工程技術(shù)瓶頸于一體的系統(tǒng)性難題。
極端復雜的工程地質(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)多重復雜性耦合特征，構(gòu)成了難以預測的“地下迷宮”。主要表現(xiàn)為：多壓力系統(tǒng)并存且動態(tài)變化，導致窄密度窗口（如塔里木盆地僅0.01~0.02克/立方厘米），井涌與井漏風險交織。地層巖性與流體性質(zhì)復雜，同一裸眼段可能鉆遇高壓鹽水層、高含硫（H2S）氣層、巨厚鹽膏層及堅硬礫石層，對鉆井液性能與井筒穩(wěn)定性構(gòu)成嚴峻考驗。深部地應力場復雜且難以精準預測，在高陡構(gòu)造區(qū)（地層傾角可達87°）極易導致井眼失穩(wěn)與軌跡控制失效。這些不確定性使得鉆井設(shè)計從“確定性規(guī)劃”轉(zhuǎn)變?yōu)?ldquo;高風險博弈”，任何地質(zhì)模型的偏差都可能導致工程失利，甚至無法鉆達地質(zhì)目的層。
極限工況下的工程技術(shù)裝備適應性挑戰(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雜壓力層系和流體單元；井下工具與測量系統(tǒng)可靠性急劇下降，高溫導致電子元器件失效、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，喪失攜巖與護壁功能；破巖與提速工具效率低下，面對巨厚礫石層、高含石英巖等堅硬地層，機械鉆速極低，鉆頭磨損嚴重，導致鉆井周期被大幅延長。
工程安全、效率與完整性保障的綜合挑戰(zhàn)。復雜地質(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。施工風險劇增，“溢漏同存”等復雜情況頻發(fā)，安全密度窗口的精確控制成為世界級難題；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)受嚴峻考驗；提速提效與安全優(yōu)質(zhì)之間的矛盾突出，在追求機械鉆速的同時，難以兼顧井眼質(zhì)量與地層保護，導致后續(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)、高溫高壓固井到長期完整性監(jiān)測，尚缺乏經(jīng)過大規(guī)模驗證的成套解決方案，制約了深層資源的規(guī)?；?、效益化開發(fā)。
關(guān)鍵技術(shù)突破方向與創(chuàng)新路徑
面對深層超深層鉆井的諸多挑戰(zhàn)，“十五五”時期必須堅定不移實施以科技創(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)略藍圖轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實生產(chǎn)力。
一是深化深地地質(zhì)力學與工程基礎(chǔ)理論研究。向深層超深層進軍，首要挑戰(zhàn)來自對極端環(huán)境下巖石力學行為認知的不足。當前的理論模型多基于中淺層經(jīng)驗，難以準確預測高溫（>200攝氏度）、高壓（>200兆帕）、高地應力及復雜地質(zhì)力學環(huán)境下井壁的失穩(wěn)機理與破巖效率。未來研究的核心是構(gòu)建中國特色的復雜深地地質(zhì)力學理論體系。
加大深層原位環(huán)境實驗裝置的自研力度與規(guī)模，必須突破國外技術(shù)壟斷，自主研制能夠真實模擬深層溫—壓—應力—化學多場耦合條件的超大尺度、超高參數(shù)巖石力學測試系統(tǒng)。大力發(fā)展高精度數(shù)值模擬與智能地質(zhì)力學建模方法，基于實驗數(shù)據(jù)和大數(shù)據(jù)驅(qū)動，研發(fā)耦合熱—流—固—化多物理場的地質(zhì)力學模擬平臺。該平臺需能集成地震、測井、鉆井等多源信息，實現(xiàn)從區(qū)域地應力場到井周微觀損傷的跨尺度精準預測。重點攻克復雜構(gòu)造帶地應力非均勻分布、深層縫洞型儲層井壁坍塌壓力動態(tài)演化，以及基于人工智能的巖性識別與力學參數(shù)隨鉆反演等前沿算法。深化深地地質(zhì)特征的系統(tǒng)性科學認識，理論研究不能脫離地質(zhì)實際，需開展專項研究，厘清我國主要深地勘探靶區(qū)的巖石礦物組成、地層壓力系統(tǒng)、天然裂縫網(wǎng)絡(luò)與地應力場的空間分布規(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、鉆井液化學作用誘發(fā)的井周強度劣化等關(guān)鍵科學問題。
只有建立對地質(zhì)環(huán)境深刻理解基礎(chǔ)上的力學理論，才能為井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化、鉆井液性能設(shè)計、鉆頭選型與參數(shù)優(yōu)化提供堅實支撐，最終實現(xiàn)從“被動應對復雜”到“主動設(shè)計安全”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。向地球深部進軍，每一次下鉆都面臨著高溫、高壓、高應力及復雜地質(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，確保其在長期高溫下流變穩(wěn)定。攻關(guān)重點在于研發(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、納米復合材料等前沿新材料的創(chuàng)新，需要聯(lián)合材料科學、化學工程等領(lǐng)域進行協(xié)同攻關(guān)。
其二是高溫高壓井下工具與測量系統(tǒng)的自主化與可靠性提升。旋轉(zhuǎn)導向系統(tǒng)（RSS）、隨鉆測量系統(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。當前，適用于200攝氏度以上環(huán)境的耐高溫隨鉆測量芯片、高可靠性井下大功率電機、長壽命軸承等核心電子元器件和精密機械部件仍大量依賴進口。必須集中力量發(fā)展高溫儲能與發(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)勢轉(zhuǎn)化為產(chǎn)能優(yōu)勢和經(jīng)濟效益，培育驅(qū)動行業(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。面對深部攻堅，傳統(tǒng)的鉆探模式已難以應對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“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)等全要素實時互聯(lián)，實現(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”的動態(tài)數(shù)字孿生體。這個虛擬鏡像能超前模擬井下工況，實現(xiàn)鉆井過程的透明化與前瞻性預演。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時優(yōu)化，并建立復雜工況的智能預警與決策閉環(huán)，推動作業(yè)從“經(jīng)驗驅(qū)動”邁向“數(shù)據(jù)與模型驅(qū)動”的新階段。配套的自動化鉆機與機器人系統(tǒng)，則從硬件層面為實現(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)物的高價值轉(zhuǎn)化，最終目標是實現(xiàn)現(xiàn)場廢棄物的近零排放。同時，作業(yè)過程的低碳化勢在必行，全面推廣電驅(qū)鉆機，并結(jié)合智能化系統(tǒng)實現(xiàn)能耗的動態(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)驗驅(qū)動、風險疊加”模式，重塑為“數(shù)據(jù)驅(qū)動、風險可控、環(huán)境友好”的智慧作業(yè)新范式。通過將實時環(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)井下工況動態(tài)調(diào)整鉆井液配方，在保障井壁穩(wěn)定的同時最小化化學劑消耗與廢棄物產(chǎn)生；智能控制系統(tǒng)則匹配鉆機負荷與地層可鉆性，實現(xiàn)“鉆進—能耗”動態(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)動力。
