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一、钻井技术的主要进展
1.随钻井下测量与评价技术。定向井中使用的MWD与近钻头测斜器(MNB)配合使用,可以随钻测得井斜角和方位角,求出井眼实时偏差矢量,实现几何导向。随钻测井(LWD)可进行地层电阻率、体积密度、中子孔隙度和自然伽马测井,已成为标准的LWD,可进行实时地面传输和井下仪器芯片内储2种记录。随钻地震(SWD)是利用钻井期间旋转钻头的振动作为井下震源,传递的振动信息经加工处理,可以实时获得各种地层参数(如层速度、钻头前方反射界面的深度等)。地质导向技术(GST)是在MWD、LWD和SWD技术基础上发展起来的一种前沿技术,是使用随钻定向测量数据和随钻地质评价测井数据以人机对话方式来控制井眼轨迹的钻井技术。
2.井下动态数据实时采集、处理与应用技术传感检测技术和微电子技术的进步,开发出了钻井动态传感检测元件和高速数据监测及处理应用系统(DDS),实现了钻井动态数据在井下采集和诊断,然后将诊断结果传输到地面,以有效地对井下钻具的运动状态进行控制。
3.井下闭环钻井技术是信息化、智能化钻井向自动化钻井迈进中发展起来的集成化钻井技术,包括以下6项工作:地面测量;井下随钻测量;数据采集和地面计算;数据整体综合解释;地面操作控制自动化;井下操作自动控制。(1)井下闭环钻井的发展阶段,井下闭环钻井的发展经历了井下开环钻井阶段、井下半闭环钻井阶段、井下闭环钻井阶段和全闭环钻井阶段。(2)井下闭环钻井的导向工具和方法:第一,滑动式导向工具。其特点是作业时钻柱不旋转。钻柱沿井壁轴向滑动,可改变井眼的井斜角和方位角,能连续控制井眼轨迹的方向。这种导向方法目前仍占主导地位。其导向工具主要有弯壳体马达或弯接头与导向动力钻具组合。第二,旋转式导向工具。由于导向时钻柱连续旋转,钻柱轴向摩阻和井眼清洁问题得到改善。典型的旋转式导向工具为可变径稳定器。通过在地面遥控操作,改变井下稳定器的直径来改变井下动力钻具组合的力学特性。但旋转导向使用可变径稳定器导向,有其使用局限,它只能用于简单的二维井身剖面(垂直井防斜和水平井导向),对于复杂轨迹和特殊井眼必须研制井下全方位可调导向工具。
4.水平井和大位移井钻井技术。(1)水平井钻井技术水平井钻井技术作为常规钻井技术,目前已应用于各类油藏。其钻井成本不断降低,甚至有的水平井钻井成本只是直井的1.2倍,而水平井产量则是直井的4~8倍。(2)大位移井钻井技术大位移井(ERD)包括大位移水平井,是指水平位移(HD)与垂直深度(TVD)的比大于2以上的定向井和水平井,当比值大于3时,则称为特大位移井。旋转导向技术及其工具——变径稳定器和可控偏心器应用,解决了钻柱摩阻增大和清除井内钻屑问题,使大位移井钻井技术得以向前发展。
5.多分支井及重入井钻井技术。多分支井是指在1口主井眼的底部钻出2口或多口进入油气藏的分支井眼(2级井眼),甚至再从2级井眼中钻出3级井眼。主井眼可以是直井、定向斜井和水平井。分支井眼可以是定向斜井、水平井或波浪式水平井。多分支井可以在1个主井筒内开采多个油气层,实现1井多靶的立体开采。多分支井可以从老井也可从新井再钻几个分支井眼(或者再钻几个分支水平井)。从老井中钻分支井眼称原井再钻(Re-entry)又称重入井钻井。重入井钻井不仅可利用老井为主井筒,又可充分利用油田已有的管网、道路、井场及其它设施,效益极高。现在已建立了多分支井分级体系,简称TAML (Technology Advancement Multi Laterals)分级体系。
6.欠平衡压力钻井技术。欠平衡压力钻井又称有控制的负压钻井。欠平衡压力钻井具有以下优点:(1)避免井内液体进入地层,减少对油气层的污染和损害;(2)及时发现新的油气层,特别是低压低渗油气层;(3)消除了钻井时井内液柱压力对岩屑的“压持效应”,可大幅度提高机械钻速,并避免钻井液漏入地层和粘附卡钻事故;(4)可边钻井,边开采油气,提早使油气井投产。但采用欠平衡钻井是有条件的,主要条件是:(1)应有完善的井控设施;(2)无水层;(3)井壁稳定性良好。
7.连续油管和小井眼钻井技术。(1)连续油管钻井技术连续油管(简称CT)钻井技术是为了适应多分支井、原井重钻(包括老井加深、侧钻)、过油管钻井、小井眼钻井和欠平衡压力钻井需要发展起来的新技术。其优点主要是:设备简单,起下钻容易,不接单根,井控安全,投资少和钻井成本低。目前已研制出高强度大直径(89mm 和127mm)连续油管、小直径井下马达、高扭矩导向工具、井下钻具组合和多路传输接头等工具,为连续油管钻井创造了条件,与普通侧钻方法相比,费用可节省40%。(2)小井眼钻井技术最初小井眼钻井的目的主要是减小钻头尺寸,相应减小套管尺寸和钻柱尺寸,有利于减小钻机负荷,从而节约钻井成本并提高钻井速度。但随着钻井技术的发展一大批先进的钻井工艺技术问世,给小井眼钻井技术赋予了新的技术内涵,使小井眼钻井进入了新的高潮时期。
二、石油钻井的技术发展趋势
综合当今国际石油工业的发展趋势和钻井技术的发展,不难看出石油钻井技术的发展趋势主要有:以提高勘探开发的综合效益为目标,向有利于发现新油气藏和提高油田采收率方向发展;以信息化、智能化为特点,向自动化钻井方向发展。
1.随钻井下测量与评价技术。定向井中使用的MWD与近钻头测斜器(MNB)配合使用,可以随钻测得井斜角和方位角,求出井眼实时偏差矢量,实现几何导向。随钻测井(LWD)可进行地层电阻率、体积密度、中子孔隙度和自然伽马测井,已成为标准的LWD,可进行实时地面传输和井下仪器芯片内储2种记录。随钻地震(SWD)是利用钻井期间旋转钻头的振动作为井下震源,传递的振动信息经加工处理,可以实时获得各种地层参数(如层速度、钻头前方反射界面的深度等)。地质导向技术(GST)是在MWD、LWD和SWD技术基础上发展起来的一种前沿技术,是使用随钻定向测量数据和随钻地质评价测井数据以人机对话方式来控制井眼轨迹的钻井技术。
2.井下动态数据实时采集、处理与应用技术传感检测技术和微电子技术的进步,开发出了钻井动态传感检测元件和高速数据监测及处理应用系统(DDS),实现了钻井动态数据在井下采集和诊断,然后将诊断结果传输到地面,以有效地对井下钻具的运动状态进行控制。
3.井下闭环钻井技术是信息化、智能化钻井向自动化钻井迈进中发展起来的集成化钻井技术,包括以下6项工作:地面测量;井下随钻测量;数据采集和地面计算;数据整体综合解释;地面操作控制自动化;井下操作自动控制。(1)井下闭环钻井的发展阶段,井下闭环钻井的发展经历了井下开环钻井阶段、井下半闭环钻井阶段、井下闭环钻井阶段和全闭环钻井阶段。(2)井下闭环钻井的导向工具和方法:第一,滑动式导向工具。其特点是作业时钻柱不旋转。钻柱沿井壁轴向滑动,可改变井眼的井斜角和方位角,能连续控制井眼轨迹的方向。这种导向方法目前仍占主导地位。其导向工具主要有弯壳体马达或弯接头与导向动力钻具组合。第二,旋转式导向工具。由于导向时钻柱连续旋转,钻柱轴向摩阻和井眼清洁问题得到改善。典型的旋转式导向工具为可变径稳定器。通过在地面遥控操作,改变井下稳定器的直径来改变井下动力钻具组合的力学特性。但旋转导向使用可变径稳定器导向,有其使用局限,它只能用于简单的二维井身剖面(垂直井防斜和水平井导向),对于复杂轨迹和特殊井眼必须研制井下全方位可调导向工具。
4.水平井和大位移井钻井技术。(1)水平井钻井技术水平井钻井技术作为常规钻井技术,目前已应用于各类油藏。其钻井成本不断降低,甚至有的水平井钻井成本只是直井的1.2倍,而水平井产量则是直井的4~8倍。(2)大位移井钻井技术大位移井(ERD)包括大位移水平井,是指水平位移(HD)与垂直深度(TVD)的比大于2以上的定向井和水平井,当比值大于3时,则称为特大位移井。旋转导向技术及其工具——变径稳定器和可控偏心器应用,解决了钻柱摩阻增大和清除井内钻屑问题,使大位移井钻井技术得以向前发展。
5.多分支井及重入井钻井技术。多分支井是指在1口主井眼的底部钻出2口或多口进入油气藏的分支井眼(2级井眼),甚至再从2级井眼中钻出3级井眼。主井眼可以是直井、定向斜井和水平井。分支井眼可以是定向斜井、水平井或波浪式水平井。多分支井可以在1个主井筒内开采多个油气层,实现1井多靶的立体开采。多分支井可以从老井也可从新井再钻几个分支井眼(或者再钻几个分支水平井)。从老井中钻分支井眼称原井再钻(Re-entry)又称重入井钻井。重入井钻井不仅可利用老井为主井筒,又可充分利用油田已有的管网、道路、井场及其它设施,效益极高。现在已建立了多分支井分级体系,简称TAML (Technology Advancement Multi Laterals)分级体系。
6.欠平衡压力钻井技术。欠平衡压力钻井又称有控制的负压钻井。欠平衡压力钻井具有以下优点:(1)避免井内液体进入地层,减少对油气层的污染和损害;(2)及时发现新的油气层,特别是低压低渗油气层;(3)消除了钻井时井内液柱压力对岩屑的“压持效应”,可大幅度提高机械钻速,并避免钻井液漏入地层和粘附卡钻事故;(4)可边钻井,边开采油气,提早使油气井投产。但采用欠平衡钻井是有条件的,主要条件是:(1)应有完善的井控设施;(2)无水层;(3)井壁稳定性良好。
7.连续油管和小井眼钻井技术。(1)连续油管钻井技术连续油管(简称CT)钻井技术是为了适应多分支井、原井重钻(包括老井加深、侧钻)、过油管钻井、小井眼钻井和欠平衡压力钻井需要发展起来的新技术。其优点主要是:设备简单,起下钻容易,不接单根,井控安全,投资少和钻井成本低。目前已研制出高强度大直径(89mm 和127mm)连续油管、小直径井下马达、高扭矩导向工具、井下钻具组合和多路传输接头等工具,为连续油管钻井创造了条件,与普通侧钻方法相比,费用可节省40%。(2)小井眼钻井技术最初小井眼钻井的目的主要是减小钻头尺寸,相应减小套管尺寸和钻柱尺寸,有利于减小钻机负荷,从而节约钻井成本并提高钻井速度。但随着钻井技术的发展一大批先进的钻井工艺技术问世,给小井眼钻井技术赋予了新的技术内涵,使小井眼钻井进入了新的高潮时期。
二、石油钻井的技术发展趋势
综合当今国际石油工业的发展趋势和钻井技术的发展,不难看出石油钻井技术的发展趋势主要有:以提高勘探开发的综合效益为目标,向有利于发现新油气藏和提高油田采收率方向发展;以信息化、智能化为特点,向自动化钻井方向发展。