钻井技术现状、特点和发展趋势

1、钻井技术现状、特点和发展趋势前 言一、对钻井的认识 1、在石油工业中的地位 是石油工业的支柱，是油气勘探和开发取得突破的手段。 2、作用 钻井的作用不再是单纯的创造油气通道，而且是提高油气产量和提高采收率的重要手段。 特殊工艺井的应用给石油工业的发展开辟了崭新的局面，带来了巨大的经济效益。 3、特点 钻井工程是一项高投入、高风险、技术密集的系统工程。4、要求 安全、快速、低成本、高效益。 迫使钻井向高新技术发展 I3 信息化、集成化、智能化。 INFORMATION INTEGRATION INTELLIGETIZE油气钻井的主要工艺过程 定井位 修公路 平井场 设备搬家安装 钻进 固井完井主

2、要内容钻井技术发展历史回顾影响钻井技术发展的因素钻井技术发展趋势一、钻井技术发展历史回顾 （以旋转钻井为例）国外把旋转钻井技术的发展分为四个时期1、概念阶段（1901-1920） 开始把钻井和洗井两个过程联系在一起，并使用了牙轮钻头和注水泥封固套管的工艺。 2、发展阶段（1920-1948） 这个时期的钻井工艺、固井工艺、牙轮钻头、钻井液等得到进一步发展，同时出现了大功率钻井设备。 3、科学化钻井阶段（1948-1968） 这个阶段开展了大量的钻井理论研究研究，使钻井工程设计与施工有了科学依据，钻井技术得以迅速发展。科学化钻井前年突出的技术成就有：高压喷射钻井 、高效牙轮钻头 （镶齿、滑动密封

3、轴承钻头）和优质钻井液（低固相、无固相不分散体系钻井液），在这三大技术的基础上提出了优选参数钻井（优选钻压、转速和水力参数） 以上技术使钻井速度产生了大的飞跃。科学化钻井后年突出的技术成就有：地层压力检测技术、油气井压力控制技术、钻井液固相控制技术，在这三大技术成就的基础上发展了平衡压力钻井技术。平衡压力钻井技术的应用使钻井速度又一次产生了大的飞跃。4、自动化钻井阶段 （1968至今）这个时期主要体现电子信息技术和计算机技术在钻井工程中的应用。例如：地面钻井参数的自动采集与处理技术、井下随钻测量及数据传输技术等。由于以上技术的应用，才得以发展自动化钻井。钻井技术现状 以美国钻井技术发展为例，尽

4、管自上世纪60年代末期至今为自动化钻井时期，但国外于上世纪90年代才成功研制出完全自动化钻机，真正使钻井成为无人操作的全自动控制过程，实现了钻井自动化。完全自动化钻井仅仅是钻井技术发展水平的象征，自动化钻机在目前条件下尚不可能推广应用，所以目前钻井技术现状仍然是科学化钻井，只不过是电子信息技术、计算机技术和其它先进技术的应用不断把科学化钻井技术推向更高的水平，象水平井、分支井、大位移井、自动导向钻井等钻井新技术就是在这种形势下应运而生的。 科学化钻井 钻井工程是一项投资大、风险大、技术密集、多学科交叉的系统工程，钻井工程设计和施工的合理性直接关系到钻井工程的成败或工程的质量。现代钻井所追求的目

5、标是保护油气层、解放油气层、加快钻井速度、降低钻井成本、提高钻井的整体经济效益。所谓科学化钻井就是优化钻井工程设计和施工措施，科学地进行钻井工程施工，达到钻井工程所追求的最终目标。 科学化钻井的内容的内容主要包括以下几个方面： 1、科学化钻井设计 钻井工程设计是一口井成败的关键，必须依据钻井工程地质环境条件进行科学化设计。设计内容主要包括： 井身结构设计、套管柱设计、钻柱设计、钻进参数设计、钻井液设计、固井完井设计等。 2 、 科学化钻井施工 钻井工程的每一个环节都要采用最优措施，并用必要的手段对钻井工程的全过程进行实时监控。 几项配套技术 地层压力随钻监测技术 油气井压力控制技术 钻井液固相

6、控制技术3、 油气层保护 油气层保护是科学化钻井的一项重要内容，在钻井过程中主要从以下两方面做好油气层保护工作： （1）选择合适的钻井液体系，使之与地层配伍； （2）调整好钻井液性能，减少滤液向地层的渗滤； （3）搞好固相控制，减轻固相对地层的堵塞； （4）尽量减少钻井液对裸眼井段的浸泡时间； （5）尽量减轻井筒液柱的压力波动。 二、影响钻井技术发展的因素 1、油气勘探和开发的要求在世界范围内油气供需的矛盾日益突出，国内外都在加大油气勘探开发的力度。从油气勘探的角度而言，为不断增加储量，勘探领域已经扩大到海洋、沙漠、戈壁等环境条件较为恶劣的区域；从油气开发而言，也千方百计的挖掘油气藏产能，增加

7、产量，提高采收率。无论是油气勘探或油气开发，国内外各相关企业或部门都力求用低成本高效益的手段达到油气勘探开发的目标，各种钻井新技术正是在这种形势的要求下而相继产生。 典型的钻井新技术有 水平井、大位移井、欠平衡压力钻井、分支井、小井眼井、自动导向钻井等。 2、科学技术发展的影响 电子信息技术、计算机技术的迅猛发展有力拖动了钻井技术的发展，电子计算机技术在钻井工程中的应用使钻井工程走向智能化有了可能。典型的技术有：钻井数据的实时采集（地面的综合录井仪、井下MWD、LWD、FEWD、DWD、SWD、IWD）、数据的传输和井眼轨迹的自动控制等。 三、国外钻井技术发展趋势 钻井工程是一项高投入、高风险

8、、技术密集的系统工程。要求钻井工程安全、快速、低成本、高效益。 钻井工程向三化发展 （I3 ） 信息化、集成化、智能化。 INFORMATION INTEGRATION INTELLIGETIZE 钻井技术的发展趋势主要集有以下几方面 1、特殊工艺井钻井技术 根据油气勘探开发的要求，水平井、大位移井、分支井等特殊工艺井的技术水平在继续发展。 目前的纪录 水平井段长度已超过7000米； 一口分支井井眼总长度达11342米。 2、提高钻速、降低成本 提高机械钻速、降低钻井成本是钻井工作者永恒的主题。目前来看提高机械钻速（特别是深井超深井）的主要途径有： （1）欠平衡压力钻井 欠平衡压力钻井是提高机

9、械钻速的有效手段，特别是气体钻井，较常规钻井液钻井机械钻速提高的幅度更大。 控制压力钻井 （2）复合钻 动力钻+旋转钻，提高钻头旋转的速度。 （3）超高压钻井 高压射流直接冲击破碎岩石，或辅助钻头破岩。 直接采用超高压泵； 应用井下增压器（对常规压力泥浆进行井下增压）。（4）高性能钻头（高钻速、长寿命） 国外主要研制硬地层PDC钻头。（5）应用空气锤、泥浆锤 泥浆锤的机械钻速是普通钻头的2-3倍。（6）垂直钻井系统 对于直井易斜井段应用垂直钻井系统，可加压钻进，提高机械钻 速，也可通过底部钻具组合进行防斜钻进（另述）。（7）优选钻井液体系 特别对深井超深井而言，优选钻井液体系至关重要，可有效稳

10、定 井壁，避免或减轻井下复杂情况，缩短钻井周期。（8）小井眼钻井技术 （应用小井眼钻机或连续软管钻机） 与常规井相比，小井眼钻井可节约成本25%75%。小井眼钻井占地 面积小，钻前费用低，钻井器具少，消耗的材料少，是降低开发成 本的有效手段。 近几年国外开始了微小井眼钻井技术（井径1-3/8- 2-3/8）的 研究，主要目的就是降低钻井成本。（9）套管钻井技术 套管钻井节约了起下钻时间、下套管时间，节省了钻柱。连续软管钻机目前连续软管钻机在部分取代常规钻机3 、深井超深井钻井、海洋深水钻井 深井超深井、海洋深水钻井是永恒的挑战。 高温高压、井壁稳定、井下复杂、深部地层的机械钻速等一直是深井超深

11、井面临的技术难题。 我国深水海域是油气资源的重要接替区,是今后一段时间勘探开发的重点，国外深水钻井记录已超过3000米，我国正在建造水深3000米的钻井平台。4、钻井智能化 钻井智能化技术的发展还是集中在井下测量和控制工具方面，如旋转导向、地质导向系统。 在井下数据传输方面主要解决长井筒和气体钻井的数据传输问题，国外在研究利用钻柱作为数据的载体，使钻杆智能化。5、前沿、储备技术 （1）激光钻井 作为一种革命性的钻井方式，国外从上世纪80年代就开始了激光钻井技术的研究，目前在激光破岩机理、激光钻井系统设计、激光钻井清岩等方面的研究取得了一定进展。 （2）单一直径井(MONO-DIAMETER)技

12、术 单一直径井(MONO-DIAMETER/SINGLE-DIAMETER)技术是指在井眼内下入多级同一尺寸膨胀管并固井，从表层套管鞋到目的层形成单一直径井眼的建井技术。单一直径井技术不仅能够解决由于渐缩式井身结构导致的尾管尺寸小、影响产油能力的问题，也可以在不牺牲井眼直径尺寸的情况下封隔复杂地层，减少限制井眼水平位移的摩阻力，从而提高钻井速度，大幅度减少钻完井时间，降低钻井成本。 单一直径井技术是在实体膨胀管系统350次商业应用后诞生的。1999年ENVENTURE公司开始单一直径技术的实验室研究。2007年7月26日，ENVENTURE公司使用其最新单一直径井技术，在俄克拉何马一口现场评价

13、井中成功地将3节尾管膨胀至同一内径，膨胀总长度达1750英尺，使“单一直径井”从概念变为现实。目前，单一直经技术还没有大范围的投入商业应用，主要集中的研发和实验阶段。 钻具及打捞工具 1、常规技术组合的垂直钻井系统 该项技术立足于常规技术进行底部钻具组合，而起到自动垂钻系统所起的作用，如下图。 该垂直钻系统使用可靠的满眼钻具组合再加上一个容积式马达。近钻头的一个旋转扩眼器/稳定器对钻头井斜控制提供帮助。人造金刚石（PDC)可以选择性的用在扩眼器和其它BHA接触点上，以提供有效的井壁支持，减少磨损和磨擦，在顶部再加一个DEI扩眼器，以帮助系统避免或减少悬挂问题。有人造金刚石保护的扩眼器划出来的井

14、眼光滑、质量又高。容积式马达可提供强而稳定的动力。 2、减轻钻柱振动的活性减振器 在深井钻井中，钻速是决定一口井最终成本的重要因素之一，而振动则阻碍钻速的提高。当钻头产生振动时，它就不能以最大的效率进行工作，有的时候甚至是一点效率都没有。钻头的冲击会缩短钻头寿命，而组合钻柱的振动导致MWD工具、马达、其它装置的提前报废从而会增加起下钻的次数。机械钻速降低，起下钻次数频繁直接影响到深井钻井项目的可行性，甚至于影响原油价格。虽然大部分情况下震击器能够减少这些问题的发生，但是偶尔也会产生共振使得问题更加严重。 新型磁流变液减振器可有效避免共振。 减振器的结构跟震击器相似，缓冲器中面装的是磁流变液而不

15、是液压油。受磁场的影响，磁流变液的粘度瞬间增加。用一系列线圈感应产生强大的电磁场通过液体间隙，阻尼系数在几毫秒间增加7到10倍。直线运动的探测器根据钻头运动提供反馈来控制减振器。3、井下高频振击器专为连续软管打捞而设计，其工作原理可借鉴。本工具的操作准则跟法拉利599GTB Fiorano的悬架（图）是一样的，其马达铭牌是这样说的：被叫作SCM的悬架上的每个轮子是由装有特殊液体的减振器控制的；液体的粘度可以通过电磁场瞬间改变，每个轮子当中有一个感应器，随时监测轮子的情况和车身的运动；电脑根据路况能在一毫秒的时间内做出反应。法拉利称SCM相比575M而言，能够减少冲击的垂直偏差达30%。4、水平

16、井中无流体循环打捞MWD工具 井眼牵引器的动力部分是电力马达和水力泵，并不需要流体循环。只需在地面上提供电力电缆。井眼牵引器技术只需要用很少的时间定位识别井下工具。5、新型无反扭矩的钻头总成 为真正地消除采用马达定向钻井过程中所产生的反扭矩，美国设计了一种新型钻井工具，并进行了试验应用。使用这种被称为“行星钻头驱动”的新型工艺，工具面可以快速容易地设置到预定方位，并且，在不考虑钻井参数，钻井工况或者地层等因素的条件下，可以沿着该方位持续地钻进。其他技术1、液态水泥（LCP） 为了简化固井过程，一种全新概念，使用液态水泥预混合液已经开发出来。 液态水泥的特点 液态水泥预混合液是一种预先混合并且能够储存的水泥浆，它能够以液态的形式储存相当长的时间。液态水泥能够减少对环境的影响，提高了对固井质量的控制，能够减轻甚至消除对设备的胶结，消除了水泥的掺混过程，减少施工人员数量和大量的作业时间。 液态水