近日，中国石油大学（华东）蔡文晖硕士生领衔、王金堂教授指导的科研团队，在非常规天然气钻井提速领域取得关键技术突破。团队研发的非常规天然气钻井提速一体化技术，成功攻克钻进阻力大、破岩效率低、人工决策慢三大行业痛点，经涪陵、川南、永川等页岩气田现场验证，钻井效率、节能减排与经济效益实现多重提升，为我国非常规天然气规模化高效开发提供了全新技术支撑。
非常规天然气是我国构建清洁低碳安全高效能源体系的重要支撑，也是实现“双碳”目标的关键抓手。国家持续加大非常规天然气开发扶持力度，２０２６年清洁能源发展专项资金提前下达３０．２７亿元支持非常规天然气开采利用，相关规划明确推动页岩气稳产增产、鼓励社会资本参与油气领域开发。我国页岩气储量达３１．６万亿ｍ³居世界首位，但开采效率偏低成为制约产业发展的核心问题，钻速慢、产量低直接影响清洁能源消费占比提升，研发高效钻井提速技术成为行业发展的迫切需求。
紧扣国家能源安全战略与行业实际需求，该团队历时１０００余天潜心攻关，坚持理论研究与现场实践深度融合。为精准把握油田钻井实际工况与技术瓶颈，团队自２０２１年９月起深入全国１７家大型油田，对４５口页岩气井开展实地调研，覆盖川南、渝东、鄂尔多斯、松辽四大主力页岩气产区，系统分析１３３份调研材料，形成多维度专项调研成果。通过调研，团队明确了不同区域地质条件下的技术差异与个性化需求，锁定钻井液高温润滑性能不足、钻头结构设计不合理、钻井液配方人工试错成本高等核心问题，确定高效破岩工具、智能随钻监测、钻井液性能优化等六大技术突破方向，为后续研发筑牢实践根基。
研发过程中，团队累计开展５００余次性能试验、１００余次工艺优化，检索核心论文６０余篇，请教石油工程、智能算法领域１１位专家学者，通过理论筑基、仿真验证、实验室试验、现场调试的全流程研发，构建起三大核心创新技术体系，实现对行业痛点的针对性破解。针对钻进阻力大问题，团队创新构建抗超高温核壳结构，研发刚柔并济的核壳结构纳米润滑剂，打造超润滑钻井液体系。该体系以抗超高温纳米颗粒为内核、热敏性改性树脂为外壳，可实现２２０℃超高温稳定工作，抗温能力较行业龙头企业提升２２．２％，最大摩擦系数降至０．０７６，较市场最高水平降低７７．９％，能满足我国９０％以上页岩气开发的润滑需求，从根源上降低钻具与地层摩阻，解决了钻井液高温润滑性能不足导致的机械钻速低、钻具寿命短等问题。
针对破岩效率低的行业难题，团队创新设计阶梯式内凹钻头，通过应力诱导卸荷、分级切削布齿、环形凹槽导屑等创新设计，与高压水射流协同形成卸荷－预裂－破碎一体化高效破岩机制。经模拟与试验双重验证，该钻头使机械钻速提升８９％，钻头中心区Ｍｉｓｅｓ应力峰值降低６１．５％，耐磨性提升５８．８６％，钻头损耗周期从４．４天延长至６．９９天，大幅提升破岩效率与钻头使用寿命，有效解决了现有钻头结构设计缺乏系统考量导致的破岩效率低问题。
为破解人工决策慢、钻井液配方试错成本高的痛点，团队引入机器学习技术，搭建钻井工况智能辅助系统，实现随钻测井数据采集、地层岩性智能识别与润滑剂配比动态优化，可精准适配非常规天然气所有地层。该系统彻底改变了钻井液配方依赖人工实验试错的现状，较传统人工调配耗时缩短７２％，单井钻井成本降低３５％，实现了钻井决策的智能化、高效化，大幅降低了配方调控周期与配制成本。
２０２５年３月，该一体化技术在国内核心页岩气田完成现场验证，应用成效显著：钻井周期平均缩短３７％，钻井１００米耗时从４２小时大幅降至９．７小时；节能减排效果突出，燃油消耗降低７７．０３％、电能消耗降低７６．８８％、ＣＯ₂排放降低７７．０４％。以７０钻机为例，技术应用后钻速提升５９％，钻井周期最大缩短２０天，单台钻机单日可减少二氧化碳排放１２．７６吨，在胜利油田应用后累计节省成本２１００万元；同时可实现年减少燃油消耗９０９吨、节省电量４１１万ｋＷ·ｈ，减排量相当于２５２２亩森林一年的碳吸收量，实现了开发效率提升与绿色低碳发展的有机统一。
当前，我国非常规页岩气市场规模已超３６８０亿元，提速工具市场预计以８－１０％的年复合增速持续扩张，智能化装备、国产化技术成为行业发展主流趋势。中国石油大学（华东）这支团队研发的钻井提速一体化技术，实现了钻井液、破岩工具与智能决策的一体化创新，核心技术指标达到行业领先水平，不仅为我国页岩气高效开发提供了实用技术方案，更推动了钻井装备的国产化替代与深层技术迭代，对提升我国油气安全保障能力、优化能源结构、加快“双碳”目标实现具有重要现实意义。
下一步，团队将持续深化技术迭代与优化，针对不同油气田地质条件开展技术适配升级，推动该钻井提速一体化技术在更多非常规天然气开发区块规模化落地，让高校科创成果持续赋能我国油气产业高质量发展，以青年科研力量与技术创新成果，为国家能源事业发展贡献石大智慧与青春力量。
