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[摘 要]中国石油近年来自主研制了万米钻机及配套装备、近钻头地质导向、欠平衡/气体钻井/控压钻井、连续管作业机等核心装备,发展完善了以水平井、欠平衡钻井、钻井提速、储层改造、带压作业为核心的配套技术,有力地支撑了重点工程的实施。但与国外同行相比,在自动化钻机、钻完井装备、旋转导向系统、抗高温随钻测量仪器、抗高温螺杆、高效钻头、高温高密度油基钻井液、高压气井带压作业装备、低成本高效压裂液、无限制选择性压裂工具、完井技术等方面差距明显。研究结果认为:我国油气藏领域钻完井面临高温高压、高研磨性地层钻速低、钻井周期长、旋转导向等技术储备不足的挑战,建议在高效起下钻机、高效破岩钻头和辅助工具、旋转导向系统、井筒完整性、井下宽带信息传输技术、钻井成套装备和技术、工厂化钻完井与体积压裂一体化技术等方面开展技术攻关。
[关键词]中国石油 钻井工程 现状 油气藏 挑战 进展
中图分类号:TE21 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2014)28-0264-01
纵观近年来全球钻井技术发展动向,钻井正经历着深刻的变化。极端环境资源勘探开发正成为热点和焦点,信息技术、材料技术、通讯技术的飞速发展为克服人类极限挑战提供了种种可能,井下工具市场的进步速度已远超地质年代的变化速度,钻井的远程控制、自动化作业、工厂化作业使得人类越来越有勇气将足迹踏入到过去似乎不可触及的区域。这是个机遇与挑战并存的时代,驱动钻井技术不断创新和发展,而钻井技术创新的回报反过来再进一步驱动技术进步和创新。
1.油气工程技术发展现状
近年来中国石油油气工程技术与装备的快速发展,尤其是水平井钻完井及多段压裂增产改造技术的突破,有力地支撑了油气勘探开发业务,已经发展成为寻找油气藏、高效开发油气田最有效的手段,对增储上产和提高单井产量发挥了重要作用。随着油气资源品质劣质化、油气目标复杂化等问题的不断加深,尤其是随着勘探开发逐步转向深层、非常规油气藏等领域,工程技术与装备面临着新的挑战。
2.工程技术发展面临的挑战
当前油气勘探开发面对资源品质劣质化、油气目标复杂化、安全环保严格化等严峻挑战。全球油气勘探开发趋势正从常规油气藏向低渗透、非常规油气藏发展,从浅层向深层、超深层发展。面对勘探开发新形势,工程技术遇到了新的难题和挑战。
对比分析表明,中石油钻完井技术与国外有一定差距。主要表现在自动化钻机、钻完井装备、旋转导向系统、抗高温随钻测量仪器、抗高温螺杆、高效钻头、高温高密度油基钻井液等方面。井下作业、储层改造技术与国外差距较大,主要在高压气井带压作业装备、低成本高效压裂液、无限制选择性压裂工具等方面差距明显。工程技术长期走跟踪模仿国外先进技术的路线,与国外的先进技术始终存在一定的差距,核心关键硬件依赖进口的格局始终制约着服务保障能力和核心竞争力的提升,尤其在深层、非常规等领域的关键装备、工具、液体、软件等差距,影响工程技术发展的质量。
深井超深井钻井面临的挑战主要表现在:深度增加凸显钻机低效;深部高研磨性地层破岩效率低、钻速慢;高温高压对管柱、井下工具、仪器的损坏严重;高压地层对井控安全带来挑战;传统的随钻测量系统的信道受到制约;深层井壁失稳问题突出,超深层岩石赋存状态遵循规律不同于常规地层,常规井壁稳定理论不再适用;多层井身结构应用问题等。
非常规油气钻井面临的挑战主要表现在:工厂化作业配套装备欠缺;旋转导向系统尚不成熟,不能满足长水平段快速钻井要求;破岩效率低、钻井周期长、成本高;大功率压裂设备和高效压裂技术不成熟;井眼稳定问题突出;井筒完整性存在隐患;流体回收、处理技术与装备不完善等。
3.工程技术发展方向和趋势
3.1 工程技术发展方向
分析国外油公司和服务公司对工程技术的创新研究发现,国外工程技术创新都具有高投入、广储备、引领方向、长期坚持、持续完善等特点。在工程技术发展方向上,始终坚持高效服务勘探开发,用钻井手段提高单井产量、提高采收率、提高发现率,降低吨油成本;提高技术竞争能力,掌握核心利器,降低作业服务成本;逐步实现科学化、自动化、智能化、“工厂化”等。
针对中石油主营业务发展中的深井、非常规等钻完井关键技术瓶颈问题,梳理攻关方向,对提升工程技术的服务保障能力和核心竞争力都具有重要意义。
1)深层工程技术发展方向:高效起下钻机(连续运动钻机)、高效破岩与提速工具、自动垂直钻井工具、井下宽带信息传输技术(有缆钻杆)、新型钻杆(隔热、抗硫防腐、铝/钛合金)、膨胀管堵漏技术、单一井径钻井技术、随钻地震前探技术、高温钻井液、固井材料、成套测试设备、大型压裂设备与抗高温压裂液等。
2)非常规油气工程技术需求:自动化钻机、高效破岩工具、长水平段水平井钻井、水平井多级压裂、整体破碎压裂、健康安全环保。具体发展方向为:工厂化作业装备、技术配套;工厂化钻完井与体积压裂一体化技术;长水平段水平井钻完井技术(旋转导向、油基钻井液等);高效破岩钻头与工具;微裂缝监测技术;整体破碎压裂技术;流体回收利用及水处理技术等。
3.2 钻完井技术发展趋势
钻完井技术在今后一段时间的发展趋势:①钻井装备向大型化、自动化、模块化、专用钻机、液压钻机和无钻机方向发展,钻井装备向更可靠、更安全、高效起下方向发展,配套装备也随之快速发展;②自动化、智能化、信息化钻井高新技术向更高、更快、更准的方向快速发展,逐步实现远程专家支持;③用钻井新技术提高油气井产量、剩余油采收率和开发效益已成为钻井发展的主导方向;④不断研发钻井高新技术,新型破岩技术不断涌现,实现优快钻井,达到及时发现和保护油气层、降低“吨油”钻井成本,已成为国外钻井发展的主流;并储备反循环钻井、等离子和激光等非接触式钻井新技术;⑤井下测量、控制仪器和工具朝信息传输大容量、多通道、快速精确、抗高温高压、智能化、自动化进一步发展;⑥钻井液固井液系列化发展,体系和添加剂产品种类多样、性能稳定、抗温抗复杂能力强,并出现了仿生钻井液和智能水泥;⑦复杂结构井纵深发展,多分支井向六级以上完井和最大储层有效进尺(MRC)、钻向储层(DTO)、极大储层钻进(ERC)方向发展,鱼骨井和大位移井水平位移向12km以上发展;⑧连续管钻井、套管钻井、膨胀管钻井技术配套完善,技术和应用呈现快速发展趋势,并朝单一井径井方向发展;⑨页岩气、致密油、致密气等非常规钻井完井技术不断突破,并发展储层穿越20km长的鱼骨井,不断提高开发效益,水平井将逐步成为常规技术得以规模普及;⑩技术整合集成钻测录控一体化,向未来一口井一趟钻方向发展。
4.工程技术发展建议
1)对非常规油气技术:面临水平井的快速发展,加快对自动化钻机、大型压裂装备、旋转导向、油基钻井液、高效钻头和抗高温长寿命螺杆、新型压裂液、流体回收处理技术等研究力度,尽快形成产业优势。
2)对深层油气勘探开发:研发提高钻井效率的钻机及井口自动化设备,研发高温高压试油测试装备、高钢级抗腐蚀油套管、研发油基钻井液和抗高温压裂液、井筒完整性评价技术、研发高效钻头和抗高温长寿命螺杆等。
参考文献
[1] 中国石油天然气集团公司.中国石油“十二五”钻井科技发展规划[R].北京:中国石油天然气集团公司科技管理部,2010.
[2] 汪海阁.转变发展方式 促进钻探企业做大做强[J].石油科技论坛,2013,32(3):1-5.
[关键词]中国石油 钻井工程 现状 油气藏 挑战 进展
中图分类号:TE21 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2014)28-0264-01
纵观近年来全球钻井技术发展动向,钻井正经历着深刻的变化。极端环境资源勘探开发正成为热点和焦点,信息技术、材料技术、通讯技术的飞速发展为克服人类极限挑战提供了种种可能,井下工具市场的进步速度已远超地质年代的变化速度,钻井的远程控制、自动化作业、工厂化作业使得人类越来越有勇气将足迹踏入到过去似乎不可触及的区域。这是个机遇与挑战并存的时代,驱动钻井技术不断创新和发展,而钻井技术创新的回报反过来再进一步驱动技术进步和创新。
1.油气工程技术发展现状
近年来中国石油油气工程技术与装备的快速发展,尤其是水平井钻完井及多段压裂增产改造技术的突破,有力地支撑了油气勘探开发业务,已经发展成为寻找油气藏、高效开发油气田最有效的手段,对增储上产和提高单井产量发挥了重要作用。随着油气资源品质劣质化、油气目标复杂化等问题的不断加深,尤其是随着勘探开发逐步转向深层、非常规油气藏等领域,工程技术与装备面临着新的挑战。
2.工程技术发展面临的挑战
当前油气勘探开发面对资源品质劣质化、油气目标复杂化、安全环保严格化等严峻挑战。全球油气勘探开发趋势正从常规油气藏向低渗透、非常规油气藏发展,从浅层向深层、超深层发展。面对勘探开发新形势,工程技术遇到了新的难题和挑战。
对比分析表明,中石油钻完井技术与国外有一定差距。主要表现在自动化钻机、钻完井装备、旋转导向系统、抗高温随钻测量仪器、抗高温螺杆、高效钻头、高温高密度油基钻井液等方面。井下作业、储层改造技术与国外差距较大,主要在高压气井带压作业装备、低成本高效压裂液、无限制选择性压裂工具等方面差距明显。工程技术长期走跟踪模仿国外先进技术的路线,与国外的先进技术始终存在一定的差距,核心关键硬件依赖进口的格局始终制约着服务保障能力和核心竞争力的提升,尤其在深层、非常规等领域的关键装备、工具、液体、软件等差距,影响工程技术发展的质量。
深井超深井钻井面临的挑战主要表现在:深度增加凸显钻机低效;深部高研磨性地层破岩效率低、钻速慢;高温高压对管柱、井下工具、仪器的损坏严重;高压地层对井控安全带来挑战;传统的随钻测量系统的信道受到制约;深层井壁失稳问题突出,超深层岩石赋存状态遵循规律不同于常规地层,常规井壁稳定理论不再适用;多层井身结构应用问题等。
非常规油气钻井面临的挑战主要表现在:工厂化作业配套装备欠缺;旋转导向系统尚不成熟,不能满足长水平段快速钻井要求;破岩效率低、钻井周期长、成本高;大功率压裂设备和高效压裂技术不成熟;井眼稳定问题突出;井筒完整性存在隐患;流体回收、处理技术与装备不完善等。
3.工程技术发展方向和趋势
3.1 工程技术发展方向
分析国外油公司和服务公司对工程技术的创新研究发现,国外工程技术创新都具有高投入、广储备、引领方向、长期坚持、持续完善等特点。在工程技术发展方向上,始终坚持高效服务勘探开发,用钻井手段提高单井产量、提高采收率、提高发现率,降低吨油成本;提高技术竞争能力,掌握核心利器,降低作业服务成本;逐步实现科学化、自动化、智能化、“工厂化”等。
针对中石油主营业务发展中的深井、非常规等钻完井关键技术瓶颈问题,梳理攻关方向,对提升工程技术的服务保障能力和核心竞争力都具有重要意义。
1)深层工程技术发展方向:高效起下钻机(连续运动钻机)、高效破岩与提速工具、自动垂直钻井工具、井下宽带信息传输技术(有缆钻杆)、新型钻杆(隔热、抗硫防腐、铝/钛合金)、膨胀管堵漏技术、单一井径钻井技术、随钻地震前探技术、高温钻井液、固井材料、成套测试设备、大型压裂设备与抗高温压裂液等。
2)非常规油气工程技术需求:自动化钻机、高效破岩工具、长水平段水平井钻井、水平井多级压裂、整体破碎压裂、健康安全环保。具体发展方向为:工厂化作业装备、技术配套;工厂化钻完井与体积压裂一体化技术;长水平段水平井钻完井技术(旋转导向、油基钻井液等);高效破岩钻头与工具;微裂缝监测技术;整体破碎压裂技术;流体回收利用及水处理技术等。
3.2 钻完井技术发展趋势
钻完井技术在今后一段时间的发展趋势:①钻井装备向大型化、自动化、模块化、专用钻机、液压钻机和无钻机方向发展,钻井装备向更可靠、更安全、高效起下方向发展,配套装备也随之快速发展;②自动化、智能化、信息化钻井高新技术向更高、更快、更准的方向快速发展,逐步实现远程专家支持;③用钻井新技术提高油气井产量、剩余油采收率和开发效益已成为钻井发展的主导方向;④不断研发钻井高新技术,新型破岩技术不断涌现,实现优快钻井,达到及时发现和保护油气层、降低“吨油”钻井成本,已成为国外钻井发展的主流;并储备反循环钻井、等离子和激光等非接触式钻井新技术;⑤井下测量、控制仪器和工具朝信息传输大容量、多通道、快速精确、抗高温高压、智能化、自动化进一步发展;⑥钻井液固井液系列化发展,体系和添加剂产品种类多样、性能稳定、抗温抗复杂能力强,并出现了仿生钻井液和智能水泥;⑦复杂结构井纵深发展,多分支井向六级以上完井和最大储层有效进尺(MRC)、钻向储层(DTO)、极大储层钻进(ERC)方向发展,鱼骨井和大位移井水平位移向12km以上发展;⑧连续管钻井、套管钻井、膨胀管钻井技术配套完善,技术和应用呈现快速发展趋势,并朝单一井径井方向发展;⑨页岩气、致密油、致密气等非常规钻井完井技术不断突破,并发展储层穿越20km长的鱼骨井,不断提高开发效益,水平井将逐步成为常规技术得以规模普及;⑩技术整合集成钻测录控一体化,向未来一口井一趟钻方向发展。
4.工程技术发展建议
1)对非常规油气技术:面临水平井的快速发展,加快对自动化钻机、大型压裂装备、旋转导向、油基钻井液、高效钻头和抗高温长寿命螺杆、新型压裂液、流体回收处理技术等研究力度,尽快形成产业优势。
2)对深层油气勘探开发:研发提高钻井效率的钻机及井口自动化设备,研发高温高压试油测试装备、高钢级抗腐蚀油套管、研发油基钻井液和抗高温压裂液、井筒完整性评价技术、研发高效钻头和抗高温长寿命螺杆等。
参考文献
[1] 中国石油天然气集团公司.中国石油“十二五”钻井科技发展规划[R].北京:中国石油天然气集团公司科技管理部,2010.
[2] 汪海阁.转变发展方式 促进钻探企业做大做强[J].石油科技论坛,2013,32(3):1-5.