国内外新兴钻井技术发展现状

国内外新兴钻井技术发展现状

摘要：为满足勘探开发的要求，提高钻井工程效率、降低钻井成本，达到提高勘探开发整体效益的目的，国内外新兴起来了旋转导向钻井、垂直钻井、套管钻井、实体膨胀管、控压钻井和随钻测井等钻井新技术。详细介绍了国内外各种新兴钻井技术的发展状况、现场试验及应用情况，分析了各种新兴钻井新技术的技术优势及国内外的差距。最后建议我国应加快新兴钻井技术的研究和研制开发具有自主知识产权的钻井新工具，以缩小与国外先进钻井技术的差距，推动我国石油勘探开发的快速发展。

关键词：导向钻井；垂直钻井；套管钻井；膨胀管；控压钻井；随钻测井

中图分类号：TE242 文献标识码：B 文章编号：1001—0890(2008)04—0005—07

近年来，为了提高钻井速度及钻井综合效益，国内外不断地进行科研攻关，推出了一系列钻井新技术，例如旋转导向钻井、垂直钻井、套管钻井、实体膨胀管技术等，使钻井技术水平不断提高。笔者综述了6种钻井新技术国内外发展现状，指出了我国与国外先进钻井技术存在的差距，给出了我国钻井技术的发展方向。

1 旋转导向钻井技术

旋转导向是相对于滑动导向而言的，即可以在旋转钻井方式下实现井斜角和方位角的调整，从而克服了滑动导向的缺点；同时，与先进的随钻测量技术和井下控制技术配合，通过双向通讯方式，在实时反馈井下测量信息的同时，可以自动调整井下工具的造斜能力，从而实现井眼轨迹的连续、自动控制，使复杂井眼轨迹的实现能力得到极大的提高，并能大大提高钻井效率和开发效率Ⅲ1。]。静态偏置指向钻头式。3种不同工作方式旋转导向

工具系统性能的对比见表1。AutoTrak RCLS是目前技术最成熟、应用最广

泛的旋转导向钻井系统，是贝克休斯INTEQ公司与Agip公司在早期的垂直钻井系统(VDS)和直井钻井装置(SDD)基础上研制的旋转闭环钻井系统。

1．2 国内现状

胜利油田承担国家“863”计划“旋转导向钻井系统关键技术研究”后，与西安石油大学联合开发了3 套旋转导向钻井井下工具系统样机，进行了20多次的地面试验，2006年8月在营12一斜225井上进行了包括旋转导向钻井井下工具、MWD随钻测量系统、信息上传系统和地面监控系统在内的整个旋转导向钻井系统的联合现场试验，获得了成功。这表明我国自主研发的旋转导向系统经过攻关，完成了关键技术研究及样机开发阶段，下一步将进入技术完善阶段，为商业化应用奠定了基础。

1·1国外现状 2 垂直钻井技术

近年来，旋转导向钻井系统的研究与应用取得了突破性进展。目前国外最成熟且应用广泛的旋转导向钻井系统主要有贝克休斯INTEQ公司的Au—toTrak、斯伦贝谢公司的PowerDrive和哈里伯顿公司的Geo—Pilot。旋转导向钻井系统的核心是旋转导向钻井井下工具系统。旋转导向钻井井下工具系统按工作方式分为静态偏置推靠钻头式、动态偏置靠钻头式和随着勘探开发领域的不断拓展与深入，高陡构造、大倾角地层的勘探开发工作量越来越大，井斜问动态偏置推靠钻头式静态偏置指向钻头式全旋转外筒不旋转高中高由存在消除题在一定程度上成了制约这些区域勘探开发工作的质量、效益乃至成败的关键。为了更好地解决直井防斜问题，国内外一直致力于新型防斜钻具与技术的研究与开发[i0-iz]。2．1 Verti Trak闭环直井钻进系统口]VertiTrak闭环直井钻进系统是贝克休斯IN—TEQ公司推出的一种先进的垂直钻井工具，可在常规钻井需要多次纠斜的地区或地质条件下使用，包括大倾角地层或断层，以及墨西哥湾或北海的盐层，因为在这些地区，很难控制PDC钻头的定向特性。另外，由于该系统不旋转，适于在井壁稳定性差的井段应用。2．1．1 Verti Trak的结构

Verti Trak主要由导向装置、MWD传感器、高性能马达等组成。其导向装置主要靠3个可

伸缩的导向翼肋工作，每个导向翼肋可传递高达30 kN的推力。Verti Trak的动力段采用了纳维钻具(Navi～Dril1)技术，从而使其输出功率、扭矩比常规钻井马达高60 。由于采用了贝克休斯INTEQ公司专有的定子加工工艺使马达中的橡胶成分减少了90 ，提高了效率，降低了摩擦，减少了变形，从而提高了马达的可靠性，延长了下井使用时间。Verti Trak

的MWD控制模块可提供精确的井斜角测量结果(0．1。)，并能与地面进行双向通讯。涡轮驱动的发电机和液压泵可向每个导向翼肋提供导向压力，以便通过连续的井下纠斜保持井眼垂直。此外，Verti Trak的传感器还可提供温度测量数据、工具状态读数(导向、旋转)、交流发电机电压输出等。

2．1．2 应用实例

在加拿大阿尔伯塔省西部的Foothills地区应用Verti Trak钻了一口井，最大井斜角0．60。，全井井斜角平均只有0．11。，最大全角变化率仅为1．65。／30m，平均0．24。／30m。而邻井使用常规定向马达组合钻进，定向纠斜前井斜角却高达4．()()。，局部全角变化率高达8．5。／30m。2．2 Power V旋转导向自动垂直钻井系统斯伦贝谢公司研制的Power V是一套全自动化旋转导向垂直钻井系统，利用可靠的旋转导向技术实现旋转钻进时对井斜角的连续控制，能在确保井眼垂直的前提下最大程度地提高机械钻速。

2．2．1 Power V的结构和工作原理[ ]

Power V主要由电子控制(识别)系统(CU)和机械纠斜装置(BU)两大部分组成，两者之间还配有一个加长短节。电子控制系统是Power V的指挥中枢，内装钻井液驱动的发电机、陀螺和各种传感器，不受钻铤的制约。机械纠斜装置是一个纯机械执行机构，下接钻头，上接电子控制系统，主要由一个钻井液导流阀和3个伸缩块(或叫推力块)组成。伸缩块的伸缩动力由钻井液提供，并由导流阀分配，即控制伸缩块的伸缩。

2．2．2 应用实例

Anadarko C5井位于美国德州的Robertson 县，Power V垂直钻井系统下井前，井斜角已达8．5。，该系统下井后在122 m的进尺内自动将井斜角降至1。之内，并钻完剩余的井段。Power V垂直钻井系统的总进尺439 m，平均机械钻速17、2 m／h 时间25．5 h，节省了2 d的钻机时间。2．3 机械式自动垂直钻井工具为了有效提高直井钻井的速度和井眼质量，胜利石油管理局研制了机械式自动垂直钻井工具。其原理是适时感应井斜的重力信号，由重力驱动机构，建立钻柱内外高低压流体间的通道，利用二者间的压差，在钻柱旋转的情况下，驱动侧向推靠机构靠在井壁高边，井壁的反作用力将钻头推向低边，而在井眼的其他位置，侧向推靠机构不工作，实现在钻进过程中井斜的自动感应和修正。机械式自动垂直钻井工具具有结构简单、可靠等特点，能在实现主动、适时防斜的同时，有效解放钻压，提高钻速和井眼质量，降低施工风险。2007年在四川I盆地川东北的雷北1井进行了机械式自动垂直钻井工具现场试验，试验井段(1 034．56～1 137．56 m)为须家河组地层，地层倾角30。～50。，岩性为灰黑色泥岩夹灰色细砂岩，质地坚硬，岩石可钻性差，易井斜。试验时钻压加至18 ～2O0 kN，井斜角控制在2．5。～3．0。，与可比井段(须家河组3段)相比机械钻速提高了97．34 。起钻观察，机械式自动垂直钻井工具的外观、推靠巴掌及密封等部件均正常。试验结果表明：机械式自动垂直钻井工具的工作原理正确，结构可靠，经电子单点测斜验证，井斜角控制精度在3．0。以内。

3 套管钻井技术

套管钻井是指：在钻进过程中，直接用油井套管取代传统的钻杆向井下传递机械能量和水力能量，边钻进边下套管，完钻后作钻柱用的套管留在井内用来完井。套管钻井技术把钻进和下套管合并成一个作业过程，钻头和底部钻具组合的起下用钢丝绳在套管内完成，不再需要常规的起下钻作业口。

3．1 Tesco公司的可更换钻头套管钻井系统