在能源需求持续增长与环境保护要求日益严格的双重挑战下，石油工程行业正经历着前所未有的变革。随着科技飞速发展，一系列新技术、新装备如雨后春笋般涌现，不仅极大地提升了石油勘探开发效率与安全性，而且为行业的绿色可持续发展开辟了新路径。本版展示了相关企业的具体实践，敬请关注。
以往，钻井液加料配浆作业通常依靠人工完成，劳动强度大、加料效率低，尤其在井塌、溢漏等复杂条件下，十分影响井下复杂情况处理时效，而且配浆加料过程伴随有粉尘和刺激性气味，也会对员工身体健康造成影响。
胜利石油工程钻井院聚焦现场实际需求，开展广泛调研，依托中国石化“十条龙”项目，以自动化代替人工为突破点，探索将钻井液自动配浆与快速加重一体化集成，开发自动卸料、罐式储存、高效混配、精准计量、高效除尘等功能，完全代替人工加料配浆作业。经过一年多的潜心攻关，国内首台（套）“胜利天工”钻井液自动混配装置应运而生。
该装置主要由供料存储、自动混配、远程控制三大功能模块组成。其中，供料存储采用罐体封装，现场看不到堆积散落的药品袋，送料罐车到达后只需连接管路、一键操作，就能将不同类型的处理剂输进储罐。输送过程还可实时计量固、液药品重量变化，达到所需量就会自动停止，同时具备粉尘气体收集净化功能。“就像加油站的自主加油，快捷又环保。”钻井院研究人员介绍。
钻井施工过程最能体现自动混配装置的优越性。特别是发生井下复杂情况时，再也不用一群钻井工人扛着药品袋与时间赛跑，只需一个人在坐岗房里动动手指，便可遥控设备加料混浆。通过监视器，操作人员还可实时监测钻井液密度、黏度等参数。内置的预警系统能及时给出调控依据，第一时间做好应对，确保安全高效钻进。
今年4月，在丰页3HF井现场试验中，黄河钻井70798SL队使用“胜利天工”钻井液自动混配装置，功能响应正常、工序衔接顺畅，二开施工仅用两小时就完成了6吨粉体料与两吨液体料的自动配浆作业，是人工加料配浆效率的3倍以上，全过程无异味、无粉尘逸散，大幅降低了人工劳动强度与健康风险，得到了一线员工的一致认可与好评。目前，已有7支钻井队陆续装配该装置。
接下来，胜利石油工程钻井院将加快环保型自动化循环系统的研发推广，设计出适配各种型号钻机的简化版本，最终实现钻井液自动混配装置的小型化、车载化、定制化，为推动我国钻井自动化、智能化升级作出贡献。
日前，西南石油工程油田工程服务分公司自主研发的新型高抗磨耐磨带钻具在东峰场区块东峰8井应用成功。该产品创新使用了GJ7000硬质合金新材料，成功解决了东峰场须家河组地层研磨性强、钻具磨损严重、钻进效率低等问题，进一步降低了钻井成本，也为该产品在“深地工程”特殊地层大范围推广提供了有益借鉴。
近年来，随着“深地工程”不断推进，深井、水平井、多分支井、大斜度井等复杂井身结构井的应用越来越广泛，致密页岩气、海相页岩气等地层结构越来越复杂，对钻杆的防磨与减摩特性提出了更高要求。钻具接头耐磨带是保护钻杆、减少套管磨损最有效的技术措施之一。
一直以来，钻具耐磨带生产都有着森严的技术壁垒，国外知名企业始终掌握着晶态材料耐磨带技术，而国内拥有自主知识产权的耐磨带材料仍以硬质合金为主。“要解决钻井现场钻具磨损难题，必须啃下这块‘硬骨头’，推动硬质合金耐磨带晶态化发展。”西南石油工程管具中心主任郝勇说。
为破解高研磨性地层钻井的“卡脖子”难题，2023年，西南石油工程油田工程服务分公司成立专项科研攻关团队，启动高抗磨性钻具耐磨带研发，结合地质构造和钻井工况，建立了涵盖耐磨带性能影响、敷焊技术、应用材料、生产装备等在内的完整技术体系。
“选取哪种材质的耐磨材料、用哪种敷焊工艺，才能使钻杆接头耐磨带收到高抗磨性的效果？这是当时最关键的难题。”攻关团队技术骨干吕豪杰说。他们用了3个月时间，广泛调研国内外耐磨带材料、焊接技术现状，查阅行业标准规范，最终确定了以具有良好焊接性且堆焊层理化性能优异的新材料GJ7000为攻关方向。
但这种硬质合金新材料有独特的“脾气”，必须量身定制一套焊接配方和焊接工艺。此后的两个多月，攻关团队根据新型耐磨带材料的性能，积极开展焊接工艺研究，通过参数调整、可焊性试验、焊带产品理化分析等手段，不断优化改进耐磨带材料配方，成功解决了焊接工艺难题，研发了新型高抗磨耐磨带技术，并成功应用于东峰场地区钻井作业。据测算，单井至少可节约成本100万元。
走进涪陵页岩气田焦页5扩平台的控制室，在“智慧大脑”压裂主控平台的主导下，主压区、混砂区、液罐区等区域12台5000型电动压裂橇、8个变频房通过各种高、低压管线相连，正在进行“静音模式”的电驱压裂施工。
2020年，在国家能源战略的指引下，江汉石油工程井下测试公司引进了中国石化第一代单机双泵5500型电动压裂橇，并成功在涪陵工区开展全电动平台压裂试验，拉开了从柴驱到电动压裂的大幕。
随着技术装备的升级，软件系统如何快速适应现场压裂施工需要，成为亟待解决的问题。江汉石油工程联合江汉油田、石化机械等单位，先后攻克了变频房升温快、输砂装置不稳定、远控阀门响应慢等多项技术瓶颈，经过探索实践，于2021年攻关完成了国内首套智能化全电动压裂系统。“该系统拥有中国石化自主知识产权，已申请相关专利48项，在涪陵页岩气田绿色高效开发中发挥了关键作用，引领了国内工厂化压裂技术发展。”江汉石油工程井下测试公司经理向少华介绍。
相比传统柴驱压裂，电动压裂设备单机功率大、体积小，能源消耗显著降低、占地面积相应减少，可通过“电代油”全面实现零碳排放、低噪声。自电动压裂使用以来，江汉石油工程累计减少碳排放近两万吨。
创新永无止境。聚焦提高施工质量和效率，江汉石油工程先后开展了自动输砂装置、远程泄压装置、低压自动供液系统等电动压裂装备成熟配套应用，实现了24小时连续压裂施工，让施工效率有了质的飞跃。2022年以来，井下测试公司先后引进了第二套、第三套5000型压裂机组，实现了24台电动压裂橇同时施工。
随着装备和技术的成熟，江汉石油工程着力推动技术工艺和软件系统领跑，探索构建新型“人机互动＋精准定位＋智能协同”运行管理模式，实现了井场高压电监测与预警、压裂流程监测、压裂参数控制、数据采集及传输、视频监控等五大功能的应用，在国内率先形成了页岩气全电动压裂提速提效“V3.0技术”，完成了从低压供液到高压泵注“一键联动”全自动化压裂的转变，智能化达到国内领先水平。
截至目前，江汉石油工程已在焦页11东建设了中国石化首个页岩气全电动压裂标准化、自动化示范平台，并在焦页12扩平台应用最新电动压裂系统，仅用50余天就完成了303段压裂施工，刷新了国内页岩气压裂5项施工纪录，创造了页岩气领域低成本、规模化、绿色施工的“中国样本”。近日，该公司又联合江汉油田，在焦页69平台启动“电动压裂示范工程”，持续助力涪陵页岩气田绿色低碳开发。
近日，由经纬公司西南测控公司和地质测控技术研究院联合开发的“井工厂”录井仪，顺利完成金石103平台3HF、4HF、8HF、9HF等4口井的录井施工任务，共计钻厚9344米，发现油气层76层。该录井仪基于拉曼气体分析技术，具有光谱成像快速、简便，检测速度快、分辨率高、自动化程度高等优点，能大幅提升油气层发现率和有毒有害气体检测能力。这是中国石化首次采用拉曼激光气体分析技术前置于井口的“井工厂”录井新模式。
录井是油气勘探开发中最基础的技术之一，而气体检测技术是录井的关键。随着油气勘探开发地质条件日趋复杂，“低、深、隐、难”（孔隙度和渗透率低、油气层埋藏深、油气藏隐蔽、勘探开发难度大）等问题越来越突出，传统的录井气体检测技术难以满足实际作业需求。尤其是薄层、裂缝性油气显示发现，过平衡钻井条件下弱油气显示发现，以及气体钻条件下通过检测气体判断井下燃爆情况……这些油气勘探开发中遇到的难题，急需找到新的解决办法。
为此，经纬公司拉曼激光气体分析技术研发团队经过长期攻关，创新采用光栅、狭缝等技术，成功研发出全球首台狭缝分光拉曼样机，并通过持续的产品升级和技术迭代，推出第二代拉曼激光气体分析仪。“此次基于拉曼气体分析技术的‘井工厂’录井新模式，打破了传统的‘一机一井’录井模式，实现了‘一机多井’高效作业。”经纬公司西南测控公司副经理、总工程师梁波介绍。
拉曼激光分析技术利用拉曼效应原理，通过对气体分子与激光相互作用的拉曼光谱进行分析，仅需20秒即可快速准确地检测出井口返出气的气体组分含量，与传统色谱仪的检测速度相比，快了两分多钟，为及时发现和保护油气层、预防地质异常提供了宝贵的时间窗口。现场应用显示，基于拉曼激光分析技术的“井工厂”录井新模式所需附属设备少、气路简洁、操作方便，不仅显著提高了检测速度，而且实现了数据无线传输、油气层连续在线分析，在薄层油气层和弱油气层的检测上具有独特的技术优势，特别是在油基钻井液条件下的油气检测效果极佳，不会受所加柴油影响。借助拉曼激光气体分析仪的无线传输技术，“井工厂”录井仪还可以实时向云端平台上传数据，实现无人值守、全过程智能化控制、远程监测、温度和压力自我修正及报警等功能。
“下一步，经纬公司将加快成果转化和推广应用，为优快、安全钻井提供更坚实的技术保障。”经纬公司录井装备管理专家夏杰介绍，这项技术不仅适用于油气勘探开发领域，而且可用于输油气井站、管道、炼油、化工等重点作业环节和行业各种气体成分连续快速在线检测，为减少碳排放、实现碳中和作出贡献。
问：在油价波动的背景下，哪些新技术或新装备的应用能有效帮助石油工程企业控制成本、提升效率和安全性？
答：能有效帮助石油工程企业控制成本、提升效率和安全性的技术大致可分为五类。一是提高工程施工决策质量的技术，可提升井型选择、作业方式等决策的科学性、预见性和实时性，避免投资浪费。二是优快钻井技术装备，如高性能破岩工具、旋转导向钻井系统等，以保证施工质量、降低作业投资。三是深层复杂油气藏所需的高端材料及技术装备，深层复杂油气藏的超高温超高压环境对钻井装备工具、井筒工作流体的性能与质量提出了更高的要求，耐温耐压耐腐蚀的装备仪器、耐高温高密度流体可降低工具失效、垮塌、漏失等施工风险。四是“远程决策+自动化作业装备”可减少施工现场人员、降低成本，提高HSE管理水平。五是减少能耗及二氧化碳排放的技术。
答：新一代信息技术已渗透石油工程的各个环节，能够通过提高储层认识优化生产，增加油气发现和可采储量；通过精细化管理和流程优化、钻井参数实时优化，减少非生产时间、降低工程投资；通过优化压裂参数，提高油气单井产能、降低吨油成本。数字化技术与石油工程技术的融合发展，催生了一系列智能化自动化技术。司钻导航仪系统实现了钻井远程可视化监测、复杂故障智能预警；“一键式”固井系统可实现固井作业远程全流程自动化控制；远程决策系统具备了井场数据远程汇聚、云端共享、决策指令远程传递和“井场-后方-井场”全流程在线决策、协同闭环管控。这些技术推动了石油工程产业加速转型升级，成为产业变革的新引擎。
问：在石油工程技术装备的研发与应用过程中，产学研用各方应如何结合，以更好地促进技术创新和产业升级？
答：发展新质生产力、加强创新策源，已成为产学研用各方共同面临的一项重大而紧迫的任务。密切合作加速技术发展，也成为大家的共识。要推进跨领域、跨系统、跨专业协同创新，强化战略层面的持续合作，建立稳定的合作关系，确保创新活动的连续性和稳定性；要构建利益保障机制，解决合作过程中的利益分配问题，确保各方权益；要构建完善的产业孵化培育体系，打通从基础研究到应用研究再到科技成果转化的全产业链条，实现创新链、产业链、资金链、人才链“四链”深度融合。
问：展望未来，石油工程行业面临哪些新的挑战和机遇？如何在技术装备创新方面持续发力，实现高质量可持续发展？
答：一方面，各国能源安全战略的执行为石油工程行业的发展提供了稳定的市场空间。另一方面，新一代信息技术迅猛发展，加速驱动石油工程的绿色低碳和数智化转型，给石油工程高质量发展带来了新动能。同时，石油工程行业也面临着油气资源品质劣质化、作业环境复杂化、环境保护升级等多重挑战，新一轮科技催生新生产方式和新组织方式，转型过程中还需克服技术、安全、合规等诸多难题。
要实现高质量可持续发展，石油工程创新要坚持问题导向，有的放矢搞研发，紧盯油田勘探开发的难点和需求，集中优势资源，实现精准发力；要围绕构建创新生态进行管理创新，利用数字技术促进技术融合创新，重构业务模式、管理模式和商业模式；要积极探索氢能、储能等新领域新方向，彰显工程技术作为能源产业链重要因素的价值和职责。（蒋琳琳 整理）
