钻井技术现状及未来

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1、现代钻井技术讲座现代钻井技术讲座周广陈周广陈中国石油大学中国石油大学(华东华东)主要内容主要内容钻井技术现状及未来钻井技术现状及未来油气田开发中的特殊工艺井油气田开发中的特殊工艺井大位移井实例大位移井实例欠平衡压力钻井欠平衡压力钻井前前 言言一、对钻井的认识一、对钻井的认识 1、在石油工业中的地位、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是石油工业的支柱，是油气勘探和开发取得突破的手段。段。2、作用、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。气产量和提高采收率的重要手段。特殊工艺

2、井的应用给石油工业的发展开辟了崭新的局面，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。带来了巨大的经济效益。3、特点、特点 钻井工程是一项高投入、高风险、技术密集的系统工程。钻井工程是一项高投入、高风险、技术密集的系统工程。4 4、要求、要求 安全、快速、低成本、高效益。安全、快速、低成本、高效益。迫使钻井向高新技术发展迫使钻井向高新技术发展 I I3 3 信息化、集成化、智能化。信息化、集成化、智能化。information integration information integration intelligetizeintelligetize钻井技术现状及未

3、来钻井技术现状及未来周广陈周广陈中国石油大学石油工程学院中国石油大学石油工程学院主要内容主要内容钻井技术发展历史回顾钻井技术发展历史回顾影响钻井技术发展的因素影响钻井技术发展的因素钻井技术发展趋势钻井技术发展趋势一、钻井技术发展历史回顾一、钻井技术发展历史回顾 （以旋转钻井为例）（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国外把旋转钻井技术的发展分为四个时期1、概念阶段、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。泥封固套管的工艺。2、发展阶段、发展阶段（1920-

4、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。发展，同时出现了大功率钻井设备。3、科学化钻井阶段、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。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、高效牙轮钻头钻头（镶齿、滑动密封轴承钻头）和优质钻井液（低固相、

5、无固相不分（镶齿、滑动密封轴承钻头）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）压、转速和水力参数）以上技术使钻井速度产生了大的飞跃。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了平衡压力钻井技术。平

6、衡压力钻井技术的应用使钻井速度又一次产生使钻井速度又一次产生了大的飞跃。了大的飞跃。4、自动化钻井阶段、自动化钻井阶段（1968至今）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。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。由于以上技术的应用，才得以发展自动化钻井。钻井技术现状钻井技术现状 以美国钻井技术发展为例，尽管自上世纪以美国钻井技术发展为例，尽管自上世纪6060年代末期至

7、年代末期至今为自动化钻井时期，但国外于上世纪今为自动化钻井时期，但国外于上世纪9090年代才成功研制出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。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

8、学化钻井技术推向更高的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。新技术就是在这种形势下应运而生的。科学化钻井科学化钻井 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标是保护油气层、解放油气层、加快钻井速质量。现代钻井所追求的目标是保

9、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。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：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、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：件进行科学

10、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。计、固井完井设计等。2、科学化钻井施工科学化钻井施工 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。工程的全过程进行实时监控。几项配套技术几项配套技术 地层压力随钻监测技术地层压力随钻监测技术 油气井压力控制技术油气井压力控制技术 钻井液固相控制技术钻井液固相控制技术3、油气层保护油气层保护 油气层保护是科学化钻井的一项重要内容，在钻井过程

11、中主要从以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：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；）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；）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；）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；）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。）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二、影响钻井技术发展的因素 1、油气勘探和开发的要求、

12、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，增加产量，提高采收率。无论是油气勘探或油方百计的挖掘油气藏产能，增加产量，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气开发，国内

13、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，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。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、水平井、大位移井、欠平衡压力钻井、分支井、小井眼井、小井眼井、自动导向钻井等。自动导向钻井等。2、科学技术发展的影响、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。典电子计算机技术在钻

14、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、FWED、DWD、SWD、IWD）、数据的传输和井眼轨迹的自动控）、数据的传输和井眼轨迹的自动控制等。制等。三、钻井技术发展的趋势三、钻井技术发展的趋势 1、特殊工艺井钻井技术、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。实际上，钻井的作用不再是单纯的构建油气通的技术水平在继续发展。实际上，钻井的作用不再是单纯

15、的构建油气通道，而已成为挖掘产能、提高油气产量和提高采收率的重要手段。道，而已成为挖掘产能、提高油气产量和提高采收率的重要手段。2、提高钻速、降低成本、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、降低钻井成本是钻井工作者永恒的主题。目前来看提提高机械钻速（特别是深井超深井）的主要途径有：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 欠平衡压力钻井是提高机械钻速的有效手段，特别是气体钻井，较常欠平衡压力钻井是提高机械钻速的有效手段，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。规钻井液钻井机械钻速提高的

16、幅度更大。（2）复合钻）复合钻 动力钻动力钻+旋转钻，提高钻头旋转的速度。旋转钻，提高钻头旋转的速度。（3）超高压钻井）超高压钻井 高压射流直接冲击破碎岩石，或辅助钻头破岩。高压射流直接冲击破碎岩石，或辅助钻头破岩。（4）高性能钻头（高钻速、长寿命）高性能钻头（高钻速、长寿命）降低钻井成本降低钻井成本（1）小井眼钻井技术（应用小井眼钻机或连续软管钻机）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与常规井相比，小井眼钻井可节约成本25%75%。小井眼钻井。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，是降低开发占地面积小，钻前费用低，钻井器具少，

17、消耗的材料少，是降低开发成本的有效手段。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）的研究，主要目的就是降低钻井成本。究，主要目的就是降低钻井成本。（2）套管钻井技术）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。套管钻井节约了起下钻时间、下套管时间，节省了钻柱。3、深井超深井钻井、海洋深水钻井、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。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高温高压、井壁稳定、井下复杂、深部地层的机械钻

18、速等一直是深井超深井面临的技术难题。是深井超深井面临的技术难题。4、钻井智能化、钻井智能化 数据采集数据采集 地面（综合录井仪、工程参数仪）地面（综合录井仪、工程参数仪）地下地下 MWD、LWD、FEWD、SWD、DWD、PWD、IWD。数据传输数据传输 有线、无线、电磁波、声波，解决长井筒和气体钻有线、无线、电磁波、声波，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。的载体，使钻杆智能化。决策控制决策控制 数据存储数据存储、分析处理、分析处理、决策决策 分析、反馈控制。分析、反馈控制。5、新概念钻井、新概念

19、钻井钻井方式的彻底变革钻井方式的彻底变革（激光钻井、核能钻井）。（激光钻井、核能钻井）。现代钻井技术是各项新技术的综合集成，是领域的拓宽，是学现代钻井技术是各项新技术的综合集成，是领域的拓宽，是学科的交叉与复合。现代科技将把油气钻井带入更高更新的水平。科的交叉与复合。现代科技将把油气钻井带入更高更新的水平。20世纪的世纪的10项重大技术项重大技术欠平衡压力钻井（欠平衡压力钻井（UBD）1859年年 现代现代UBD1970S牙轮钻头牙轮钻头1909年年水平井钻井水平井钻井1925年年电测井电测井1927年年水力射孔水力射孔1932年年海洋钻井海洋钻井1945年年水力压裂水力压裂1947年年反射地震反射地震1950S连续管技术连续管技术1970年年顶驱顶驱1990S钻井技术水平钻井技术水平评价的标准评价的标准1 1、钻井装备与工具、钻井装备与工具、钻井装备与工具、钻井装备与工具 装备装备装备装备 电动钻机电动钻机 顶部驱动系统顶部驱动系统 连续软管钻机连续软管钻机 工具工具工具工具 钻头钻头 各种井下工具等各种井下工具等 2 2、智能化水平、智能化水平、智能化水平、智能化水平 测量测量 传输传输 控制控制 MWD/LWD/FEWD/DWD3 3、特殊工艺井技术特殊工艺井技术特殊工艺井技术特殊工艺井技术4 4、管理水平、管理水平、管理水平、管理水平