張金成

（1.頁巖油氣富集機理與有效開發(fā)國家重點實驗室，北京 102206；2.中國石油化工股份有限公司石油工程技術研究院，北京 102206）

2020 年，我國石油對外依存度達73%，天然氣對外依存度達43%，為保障我國能源安全，亟待開展一場適合中國油氣資源安全高效開發(fā)的技術革命，助推中國夢的偉大征程［1］。第一性原理思維法是一種演繹法思維方式，不同于橫向比較的歸納法思維方式，通過“溯源、拆解、重構、迭代”的過程進行分析，對于激發(fā)顛覆性創(chuàng)新能力具有重要意義［2］。特斯拉的創(chuàng)始人埃隆·馬斯克（Elon Musk）借助第一性原理思維法，開創(chuàng)了電動汽車的新時代，提出并實施了SpaceX 可回收火箭、真空管道高鐵、星艦客運、空天互聯(lián)網等顛覆性創(chuàng)新項目［3］。頁巖氣是賦存于以富有機質頁巖為主的儲集巖系中的非常規(guī)天然氣，國土資源部調查評估結果顯示，我國頁巖氣可 采 儲 量 超 過 25×1012m3（EIA 預 測 為 31.57×1012m3）［1］，極具開采潛力。但僅靠常規(guī)的技術優(yōu)化，難以滿足大幅提產降本的需求，必須有革命性、顛覆性的創(chuàng)新來破困突圍。在我國頁巖氣革命中，基于第一性原理思維法，圍繞大幅度提高控制儲量和降低開發(fā)成本兩大目標，研發(fā)出井工廠鉆井、一趟鉆鉆井、超長水平段水平井鉆井等顛覆性創(chuàng)新技術，使鉆井周期降低50%以上，單井作業(yè)成本降低70%以上，成功實現(xiàn)了我國首個大型頁巖氣——涪陵頁巖氣田的效益開發(fā)［4］。筆者將第一性原理思維法推廣至縫洞型碳酸鹽巖儲藏和干熱巖地熱能開發(fā)領域，對開發(fā)縫洞型碳酸鹽巖儲藏，提出了采用長水平段聯(lián)通多個儲集體或采用多分支井聯(lián)通多個儲集體，從而大幅度節(jié)約超深直井段作業(yè)成本的思路；對開發(fā)干熱巖地熱能，提出了采用液氮降低井筒溫度的方式解決目前井下測量儀器及鉆井液難以耐高溫的思路。因此，運用第一性原理思維法，打破常規(guī)思維模式，進行顛覆性創(chuàng)新，是未來石油工程技術發(fā)展的重要途徑和方法。

1 埃隆·馬斯克的顛覆性創(chuàng)新

埃隆·馬斯克（Elon Musk）成功拉開了電動汽車新時代的帷幕，并在航空、網絡、交通、人工智能等領域都取得了顛覆性的創(chuàng)新成果。

在航空領域，馬斯克的SpaceX 公司研發(fā)的獵鷹9 號火箭將“龍飛船”成功送入太空并實現(xiàn)了助推火箭的完整回收及重復利用，又將143 顆衛(wèi)星同時送入預定軌道，創(chuàng)下了5 項記錄［5］。以前中國的火箭運輸成本全世界最低（10000 美元/kg），現(xiàn)在SpaceX公司的火箭運輸成本只有1300 美元/kg。

在網絡領域，馬斯克提出了星鏈計劃（Star?link），借助 SpaceX 的“一箭多星”技術，在近地軌道布置12000 顆衛(wèi)星（已成功發(fā)射1000 余顆），組成覆蓋全球的空天互聯(lián)網，實現(xiàn)大面積、無死角的信號覆蓋，不用大規(guī)模建造地面基站就可隨時隨地無線上網，同時傳輸速度更快、延遲更低［6］。

在交通領域，除了全球最知名的Tesla 電動汽車以外，他還創(chuàng)立了軌道交通公司——無聊公司（Boring Company），通過建設立體的地下高速隧道系統(tǒng)和全電動、零排放的地下公共交通系統(tǒng)，徹底解決城市地面交通擁堵問題［7］。其隧道挖掘技術實現(xiàn)了顛覆性創(chuàng)新，以前挖掘1 英里（1609 m）地下隧道需要10 億美元，10 周時間，而現(xiàn)在只需要1000 萬美元，1 周時間，挖掘速度是以前的10 倍，成本是以前的1/100；同時他還開發(fā)星艦客運，從一個浮動太空港發(fā)射星艦，環(huán)繞地球軌道飛行，然后重新進入大氣層，在另一個浮動太空港降落，能夠在1 h 內到達地球上的任何地方，從紐約到上海只要39 min。他提出的Hyperloop One 超級高鐵，借助磁懸浮原理讓高鐵在一條真空管道中運行，由于沒有空氣阻力，最高速度可達 1223 km/h，比飛機還要快［3］。

在人工智能領域，馬斯克創(chuàng)辦了名為Neuralink的一家公司，致力于將人類大腦與計算機連接起來，通過向人腦植入也許未來能夠上傳下載思想的微型電極，使其能夠與計算機設備實現(xiàn)思想互動，與人工智能“共生”。

埃隆·馬斯克及其公司在航空、網絡、交通、人工智能等領域均取得了顛覆性的創(chuàng)新成果，每一個項目或產品都超越了傳統(tǒng)范疇，徹底改變了行業(yè)規(guī)則，重新塑造了市場格局，而馬斯克將其成功歸于第一性原理思維法（First principle thinking）［2］。

2 第一性原理思維法

第一性原理最早是一個哲學概念，是由古希臘哲學家亞里士多德最早提出的：“在每一系統(tǒng)的探索中都存在第一性原理，這是一個最基本的命題或假設，不能被省略或刪除，也不能被違反，從這個基本的假設或命題，可以推演出整個系統(tǒng)”［8］。第一性原理的概念由于馬斯克的推崇在近年被廣泛研究，馬斯克把它引申為解決問題的一種思維方式。馬斯克說：“運用第一性原理思維法，而不是用比較思維去思考問題是非常重要的，我們在生活中總是傾向于比較，對別人已經做過或者正在做的事情我們也都去做，這樣發(fā)展的結果只能產生細小的迭代發(fā)展，通過第一性原理思維法，把事情升華到最根本的原理，然后從最核心處開始推理，一層層撥開事物表象，看到里面的本質，再從本質一層層往上走［2］”。馬斯克所說的“第一性原理思維法”，就是回溯事物的本質，重新思考怎么做。

第一性原理思維法和經驗參數或者說歸納法分別歸屬于我們熟悉的兩種邏輯思維，即演繹法和歸納法，見圖1。第一性原理思維法是一種演繹法思維，是從最基礎的少量條件和規(guī)則出發(fā)，不依賴橫向比較和經驗結論。可以歸納為追本溯源、理性推演，由一個或多個基本定律推演出各種結果（從一般到個別）。而經驗參數是一種歸納法思維，就是用已有的知識和經驗，將陌生的、不熟悉的問題與熟悉的問題或其他相似事物進行類比，嘗試找到解決問題的辦法，或者做出結論，由N個已知的數據或現(xiàn)象，總結出一個規(guī)律（從個別到一般）。人類認識活動，總是先接觸到個別事物，而后推及一般，又從一般推及個別，如此循環(huán)往復，使認識不斷深化。

圖1 第一性原理思維法和歸納思維法的區(qū)別Fig.1 Difference between the first principle thinking method and the inductive thinking method

例如：在開始設計飛機時，大多數人認為如果人類想要飛行的話，就需要像鳥類一樣扇動翅膀，結果基于這一歸納法思維模式的設計和嘗試全都失敗了。但萊特兄弟基于空氣動力學原理（第一性原理），而不是仿生學（比較思維），將飛機的機翼變更成帆形獲取升力，從而取得了成功。在石油工業(yè)中，由于全球發(fā)現(xiàn)的3 萬多個油氣田絕大多數都在海相地層中，美國由此依據歸納提出了“唯海相地層生油論”，而在中國，陸相地層發(fā)育而海相沉積相對缺乏，美國和日本從1910—1940 年多次鉆探都一無所獲，得出了“中國貧油論”這一說法。然而，李四光通過新的地質力學理論，成功發(fā)現(xiàn)了大慶、勝利、江漢、大港、華北、南陽、中原等諸多油田，這些油氣田的儲層都是陸相地層，證明了歸納法得出的“中國貧油論”是不科學的。

第一性原理思維法的要求是在解決問題時，勇于打破知識的藩籬，回歸事物的本質，去思考最基礎的要素，在不參照經驗或其它的情況下，直接從事物最本源出發(fā)尋求突破口，逐步完成論證，通過“溯源、拆解、重構、迭代”的過程進行創(chuàng)新。采用第一性原理思維法可以正確推理出所有解決路徑，且技術難度反而可能會降低，實現(xiàn)顛覆性創(chuàng)新。

3 第一性原理思維法在頁巖氣革命中的實踐應用

常規(guī)油氣系統(tǒng)中，油氣要經過“生儲蓋”的過程。通常認為頁巖“鐵板一塊”，孔隙度和滲透率很低，只能作為蓋層而非儲集層，這一理論致使頁巖一直成為油氣勘探開發(fā)的“禁區(qū)”［9］。而事實上，頁巖氣成藏具有自生、自儲、自蓋的特點，其自身起到了“生儲蓋”組合的作用，具備大面積連續(xù)型成藏特點［10］。頁巖氣革命改變了傳統(tǒng)認知，運用第一性原理思維法，圍繞著大幅度提高控制儲量和大幅度降低開發(fā)成本兩大目標，將所有可能的技術路徑全部找出來，并權衡相互的影響和利弊，找到所有最優(yōu)方案，最終安全高效地把頁巖氣規(guī)?；拈_采出來，使“源巖油氣”成為新的油氣系統(tǒng)，助推世界石油工業(yè)再發(fā)展150 年以上。

3.1 大幅度提高控制儲量的技術途徑

基于第一性原理思維法，從最大限度提高單井產量、提高資源動用率和提高整體效益的方向出發(fā)，尋找大幅度提高頁巖氣控制儲量的技術路徑。

3.1.1 發(fā)展超長水平段水平井鉆井技術

針對頁巖氣儲層的特點，采用超長水平段水平井鉆井技術是提高產量的最佳途徑，見圖2。在前期頁巖氣開發(fā)實踐中，水平段長設計為1500 m，壓裂半徑為150 m，則單井控制區(qū)域為45×104m2，理論上認為控制住了該區(qū)域內的資源量，如果壓裂半徑不變，水平段長增加到3000 m 時，一口井就可控制前期2 口井的儲量，水平段長增加到4500 m 時，一口井就可控制前期3 口井的儲量，通過不斷增加水平段的長度可實現(xiàn)大幅度提高單井控制儲量的目的。美國是世界上頁巖油氣水平井鉆井技術能力最強的國家，水平段長度逐年增加，Utica 頁巖水平井平均水平段長度為4970 m，最長水平段長度達6366 m，已有73%的井水平段長度＞4921 m。我國涪陵頁巖氣開發(fā)調整階段水平井平均水平段長度已達到了2078 m，完成2500 m 以上長水平段水平井19 口，平均水平段長2738 m，2800 m 以上水平段水平井7口，但是3000 m 以上的井僅1 口，同美國尚存在較大的差距，因此應進一步發(fā)展超長水平段水平井鉆井技術［11］。

圖2 超長水平段水平井提高單井產量Fig.2 Increasing single well production by horizontal wells with ultra?long horizontal sections

3.1.2 創(chuàng)新應用了“交叉型+魚鉤形+合理井距”的提高資源動用率的布井方法

采用常規(guī)布井方式的頁巖氣儲層動用率不足80%。在涪陵頁巖氣田改變了常規(guī)布井方式，創(chuàng)新提出了“交叉型+魚鉤形+合理井距”的布井方法，圖3 中常規(guī)布井的特點是1 個平臺6 口井，南北方向各布置3 口井，工程難度適中，平均單井占用井場面積小，但靶前距的存在造成較大一部分面積的儲量沒有動用[12]，若將靶前距控制到350 m，則有700 m寬的區(qū)域不能動用，如圖3（a)所示，儲層動用率為81.08%。魚鉤形布井的特點是井眼軌道設計成魚鉤形，工程難度較大，靶前距可進一步縮小，能夠充分 動 用 資 源［13]，如 圖 3（b)所 示 ，儲 層 動 用 率 為91.89%。交叉布井的特點是南北方向各3 口井，將靶前距增大到800 m，1 平臺下面1600 m 寬未控區(qū)域，由相鄰2 平臺的井所控制，兩水平段首末端僅相距50 m，如圖3（c)所示，儲層動用率為97.3%，幾乎達到全部動用。由于魚鉤形布井方式鉆井難度比交叉型布井方式大，因此在涪陵主體區(qū)全部采用交叉型布井方法，只在區(qū)域的邊緣采用魚鉤形布井方法，儲層動用率平均提高到95%以上。涪陵頁巖氣田初期井間距設計為600 m，后經檢測發(fā)現(xiàn)，兩井中間區(qū)域沒有被壓裂波及到，無法實現(xiàn)最大化的資源利用，因此在兩井中間再打一口加密井，將井間距縮小至300 m，使儲層資源動用率最大化［4］。

圖3 “交叉型+魚鉤形+合理井距”布井方法提高資源動用率Fig.3 “Cross type + fishhook type + proper well spacing”well layout method to improve the resource utilization rate

3.1.3 采用大型叢式井平臺多套層系立體開發(fā)模式

多層立體開發(fā)模式就是采用叢式水平井在一個井場同時開發(fā)多個儲層，增加單個平臺作業(yè)井數，實現(xiàn)頁巖油氣的多層立體開發(fā)。多層立體開發(fā)能夠減小井場占地面積，通過共用土地、鉆井設備、泥漿罐等降低作業(yè)成本。美國是采用該模式最早的國家，在橫向和縱向上探索適合油藏條件的最優(yōu)井間距，使井組內井數不斷增加，井間距不斷縮小。美國QEP 資源開發(fā)公司在Permian 盆地采用了多層立體開發(fā)，在3 個層位布置了64 口井（見圖4），井網橫向間距由200 m 縮小到85～145 m，井網縱向間距85 m，相比傳統(tǒng)單層開發(fā)模式，鉆完井成本降低19%。美國二疊紀盆地Wolfcamp 儲層采用V 字形布井，3個儲層同時開發(fā)，井間垂距為76 m，水平間距為100 m。

涪陵頁巖氣田焦石壩區(qū)塊2013～2016 年采用一次井網部署，主要部署在下部優(yōu)質頁巖層段①～③號小層，采收率僅12.6%。為提高采收率，實現(xiàn)氣田穩(wěn)產，2017 年進入了“①～③號小層加密，⑦～⑨號小層開發(fā)，④～⑥號小層評價”的立體開發(fā)階段。通過攻關試驗，實現(xiàn)了涪陵頁巖氣田由“單層”向“兩層”的突破，并推動了國內首次實現(xiàn)三層立體開發(fā)的探索，焦石壩區(qū)塊采收率從12.6%提高到23.3%，實現(xiàn)整體翻番，其中三層立體開發(fā)區(qū)采收率達39.2%，與北美相當（見圖4）。

圖4 多層立體開發(fā)模式提高整體效益Fig.4 Multi?layer and three?dimensional development pattern to improve the overall benefit

3.2 大幅度降低開發(fā)成本的技術途徑

基于第一性原理思維法，樹立“非常規(guī)思想”，打破專業(yè)籬笆，重構流程工序，采用井工廠鉆井模式，發(fā)展清水強鉆、一趟鉆等優(yōu)快鉆井技術和快速中完技術，推動鉆井裝備的自動化和智能化，大幅度降低開發(fā)成本。

3.2.1 采用井工廠鉆井模式

井工廠鉆井模式是指按照順序批量完成多口井的表層、直井段和水平井段的鉆井作業(yè)，通過采用流水線作業(yè)，減少搬家停等時間和搬家費用，大幅度降低鉆井周期，鉆井、固井、測井、LWD 和旋轉導向等設備無停等，最大限度提高設備利用率，大幅度降低設備占用費及工程服務價格。該技術的合理應用可減少施工步驟，提升施工效率，如在第一次井架移動時就完成導眼及一開鉆進、第二次移動完成二開、第三次移動完成三開、第四次移動完成通井和試壓，該模式可減少鉆機拆遷與安裝、減少鉆具甩接次數、減少泥漿罐清洗次數、減少組合防噴器次數［14］。另外，通過重構工序，將傳統(tǒng)流程中一口井打完再打另外一口井優(yōu)化為井工廠流程中的打完所有井的一開次再打所有井的二開次，后續(xù)再打三開次，該方法可將固井水泥漿候凝和固井質量檢測施工工序從占用鉆機中剝離出來，減少占用鉆機的時間，提高鉆機的使用率。焦頁30 平臺4 口井工廠化鉆井試驗中，平均鉆井周期為42.22 d，同期同區(qū)塊共計完鉆58 口井，平均鉆井周期60.75 d，同比縮短了18.53 d，鉆井周期降低了 30.53%，增效顯著［15］。

3.2.2 推廣應用優(yōu)快鉆井技術系列

3.2.2.1 適于溶洞暗河地層的清水強鉆鉆井技術

涪陵頁巖氣田地表復雜（喀斯特地貌），淺表地層溶洞、暗河、裂縫發(fā)育，這些特征導致常規(guī)鉆井中常常發(fā)生失返性漏失且堵漏失敗。強行堵漏建立鉆井液循環(huán)的常規(guī)鉆井做法難以實現(xiàn)，見圖5。因此基于第一性原理思維法，顛覆了常規(guī)的鉆井液循環(huán)模式，采用大排量清水鉆進，讓清水把鉆屑帶入溶洞、暗河、大裂縫，而不是攜帶到地面，由此形成了適于溶洞暗河地層的清水強鉆鉆井技術，清水既廉價易得，又不污染淺層水系和江河，還省去了大量的堵漏時間和堵漏成本，為溶洞暗河地層鉆井找到了一種行之有效的主打技術，已在涪陵頁巖氣田全面推廣應用，大大提高了鉆井效率［16］。

圖5 清水強鉆鉆井技術Fig.5 Fresh water forced drilling technology

3.2.2.2 基于全井段的“PDC+螺桿”復合鉆井技術

在導眼鉆井中，使用水力加壓器、超重鉆鋌和頂驅組合的水力機械雙加壓鉆井技術；一開和二開直井段鉆井中，使用基于 PDC 鉆頭、0.5°～1°的大功率螺桿的大井眼鉆井技術；二開和三開造斜段鉆井中，使用基于混合鉆頭、1°～1.5°螺桿和低密度鉆井液結合的快速定向鉆井技術；三開水平段鉆井中，推廣了PDC 鉆頭、1.25°耐油螺桿和水力振蕩器結合的水平段鉆井技術。在全井段推廣使用了PDC 鉆頭和帶彎角螺桿鉆井技術，顛覆了“牙輪鉆頭+轉盤驅動”的傳統(tǒng)鉆井時代，全面開啟了基于全井段的“PDC+螺桿”復合鉆井提速技術的時代，機械鉆速大幅度提高［17］。

3.2.2.3 “一趟鉆”鉆井技術

美國在頁巖水平井鉆井中普遍推行一趟鉆，單井段一趟鉆已成為常態(tài)，雙井段一趟鉆得到推廣應用，單次一趟鉆創(chuàng)造的進尺紀錄突破了5500 m。一趟鉆的推廣應用，促進了美國頁巖油氣水平井鉆井周期持續(xù)縮短，井深4000～5000 m 的水平井平均鉆井周期已縮短到10 d 左右。同時美國正在發(fā)展“超級一趟鉆”技術，2017 年在懷俄明州DJ 盆地一口頁巖水平井中，一趟鉆完成了“二開直井段+造斜段+水平段”三個井段，總進尺4651.55 m，水平段2895.6 m，用時僅19.5 d；在Marcellus 油田產區(qū)日進尺最快1774.2 m/d，單趟鉆4597.6 m，平均1.12 趟鉆完成水平段；2016 年在俄亥俄州Utica 頁巖氣產區(qū)鉆成了一口總井深達8244.2 m 的水平井，頁巖層埋深2000 m 左右，一趟鉆完成長度為5652.2 m 的水平段，創(chuàng)造了美國陸上一趟鉆水平段長度新紀錄。美國西南能源公司在Appalachia 水平井施工中，“超級一趟鉆”技術應用效果顯著，其中鉆井周期從2010年的25.6 d 下降到2016 年的9 d，鉆井成本從2011年的 700 萬美元下降到 2016 年的 530 萬美元［17］。

涪陵頁巖氣田2020 年累計44 口井實現(xiàn)了水平段一趟鉆，一趟鉆覆蓋率42.7%。三開普遍可以二趟鉆完成，使用混合鉆頭，從掃塞、造斜，到A 靶點，一趟鉆完成；水平段一趟鉆完成。由于一趟鉆鉆井技術的應用，鉆井周期降低21.0%，故障復雜時效降低54.9%，平均單井成本同比降低15.7%，單井鉆井費用平均下降約350 萬元。

3.2.3 發(fā)展快速中完作業(yè)技術

2019 年涪陵地區(qū)頁巖氣井的平均中完和完鉆時間為27 d，威榮地區(qū)中完與完鉆時間33 d，中完作業(yè)時間占鉆井周期的24%～36%，比例偏高。中完作業(yè)時間主要取決于候凝整改，即生產組織、生產銜接、并行或交叉作業(yè)的效率和質量，因此在技術層面，采用快速候凝水泥漿技術，縮短候凝時間；采用泡沫水泥漿固井技術，減少提高地層承壓能力作業(yè)時間及成本；采用“鉆刮通洗”一體化工藝技術，優(yōu)化“鉆刮通洗”一體化工具串（滑套開關、液壓刮壁器和通徑規(guī)），解決了傳統(tǒng)3 趟鉆作業(yè)才能完成的鉆水泥塞、刮管、通井和洗井工作。在管理層面，不做地層承壓試驗，減少承壓堵漏時間；去掉測井項目，基準井單井降費26 萬元，非基準井單井降費48 萬元；減少鉆塞施工，使用混合鉆頭一趟鉆完成鉆塞并鉆至A 靶點，水平段再一趟鉆；采用清水替漿；采用易鉆除附件。通過以上技術和管理手段，可將中完時間縮短10～15 d，實現(xiàn)快速中完作業(yè)。

3.2.4 推動鉆井裝備自動化智能化

“工欲善其事，必先利其器”，推動鉆井裝備自動化和智能化升級是實現(xiàn)頁巖氣開發(fā)進一步提效降本的關鍵。如德國的全液壓智能鉆機TI-350T，能夠實現(xiàn)：（1）全液壓智能精確控制，實現(xiàn)了高度自動化、全液壓驅動、無天車、游車、絞車、大鉤、鋼絲繩的自動鉆井模式；（2）鉆具連接與上下鉆臺全自動化，鉆具在地面擺放，采用雙根鉆桿作業(yè)模式，整個起下鉆作業(yè)只需3 人完成；（3）鉆機自動化快速運移，可實現(xiàn)X/Y軸的雙向移動，液壓泵站安裝有單獨的平移系統(tǒng)，鉆井泵和固控系統(tǒng)不需要移動。

在涪陵頁巖氣田白馬區(qū)塊施工的70232JH 隊，在70D 加強型鉆機基礎上，增配了管柱自動化處理裝置、多功能機具、負壓振動篩、鉆井液智能注入控制系統(tǒng)等裝備。二層臺排管器實現(xiàn)二層臺無人化操作；鉆臺機械手實現(xiàn)起下鉆替代鉆工推扶鉆具，方便快捷；動力貓道替代場地人員滾鉆具，輸送效率高，有效保護鉆具。鐵鉆工代替正副鉗工自動上扣卸扣操作；負壓振動篩減少鉆井液損耗，降低鉆屑質量，減少環(huán)保末端處理量，單井降本約25 萬元。先進裝備的配備不但實現(xiàn)了鉆井的自動化智能化，而且提高了鉆井效率，減輕了勞動強度。

4 第一性原理思維法在其他領域的應用展望

4.1 縫洞型碳酸鹽巖油氣藏的高效低成本開發(fā)方法

塔河油田位于塔里木盆地北部，屬于碳酸鹽巖縫洞型油氣藏，埋深5500～7000 m，以巖溶縫洞為主，包括大型溶洞、溶蝕孔洞和裂縫。前期采取“一井一洞、逐洞開發(fā)”模式，大洞大斷裂已經實現(xiàn)基本全控制，現(xiàn)在縫洞規(guī)模變小，溶洞儲量減少，仍采取“一井一洞”模式難以實現(xiàn)效益開發(fā)。

實現(xiàn)該類油氣藏效益開發(fā)的第一性原理是一井溝通多個縫洞體，因此可以采用分支井連通多個儲集體，或者采用長水平段實現(xiàn)“一井多靶”輔以壓裂溝通的方法，大幅度增加單井產量。由于超深井直井段成本約占90%以上，重復利用成本高昂的直井段井眼，可大幅降低鉆井工程成本，這與馬斯克的火箭回收利用實現(xiàn)大幅度降本有異曲同工之妙，見圖6。

圖6 縫洞型碳酸鹽巖油氣藏高效開發(fā)的途徑Fig.6 Efficient development ways for fracture cave carbonate rock reservoirs

4.2 干熱巖地熱資源的高效開發(fā)方法

據報道，干熱巖的開發(fā)潛力巨大。干熱巖的溫度超過200 ℃，然而在油氣鉆井過程中，極少遇到地溫超過200 ℃的情況。目前，干熱巖鉆井中，采用提升鉆井液和測量儀器的耐溫能力的傳統(tǒng)做法，收效甚微，致使干熱巖鉆井機械鉆速低，鉆井周期長，投資成本高，亟需探尋顛覆性創(chuàng)新技術?；诘谝恍栽硭季S法，干熱巖鉆井的根本難題在于高溫影響井下測量儀器的壽命及常規(guī)鉆井液的性能，而最好的解決辦法是降低井筒溫度，因此建議使用液氮來降低井筒溫度，同時低溫氮氣可循環(huán)利用，液氮汽化后在地面壓縮后再注入井內循環(huán)，氮氣對環(huán)境也沒有污染，滿足環(huán)保要求。通過這一方法能夠突破傳統(tǒng)石油鉆井溫度200 ℃限制，適用于更加高溫地層的鉆井施工。

5 結語

第一性原理思維法為演繹法思維模式，首先追根溯源，準確找到第一性原理，然后找出所有可能的解決途徑，再通過技術攻關，就可能實現(xiàn)顛覆性創(chuàng)新。涪陵頁巖氣田開發(fā)實踐表明，站在勘探開發(fā)一體化的高度，打破各專業(yè)界限，通過溯源、拆解、重構、迭代，不斷實現(xiàn)顛覆性創(chuàng)新，就能夠實現(xiàn)大幅度增產降本的目的。在其他油氣領域，善于利用第一性原理思維法，也能達到“山重水復疑無路，柳暗花明又一村”的境界，助推石油工程技術的顛覆性創(chuàng)新。