国内外钻井新技术

钻头
连续管钻井技术
4、连续管钻井底部钻具组合的重大突破
2）电动底部钻具组合 由为了最终实现连续管的智能闭环钻井，美 国XL技术公司、TSL技术公司等近年来开发出一 种电动连续管钻井系统，该系统的底部钻具组 合用电潜泵马达取代了原来的容积式马达。
由于电动马达可实现完全直接控制，速度 的变化可由操纵杆控制或由键盘指令设定。通 过设定与极限钻压相关的极限电流，马达的失 速问题几乎可以完全避免。
3）Hydril 500系列楔形套管螺纹接头
特制的可钻掉钻头
新型张开式钻头
三、国外创新钻井技术
（一）自动化（闭环）钻井技术
（二）套管钻井技术
（三）连续管钻井技术
（四）实体膨胀管技术
（五）三维可视化钻井技术
（六）反循环钻井技术
连续管钻井技术
1、概况
1） 连续管钻井技术的发展与应用保持着强劲的增长势头，连 续管钻井的应用领域和技术优势不断增加； 2） 美国目前是应用连续管钻井最多且技术领先的国家，世界 上主要连续管及连续管作业机制造公司均集中在美国；
MWD WLMWD
革命性 进步
30' 40' 50' 60' 70' 80' 90' 2000'
年代
滑动导向
旋转导向代替了传
统的滑动导向
提高机械钻速 增强井眼净化效果 克服极限位移限制
井下闭环自动导向， 与地质导向结合，可大大提高轨迹控制精度
旋导闭环系统可不起下钻自动调整钻具导向性能
提高钻井效率和轨迹控制的灵活性
• 解决漏失和复杂地层的封隔问题；
• 延长常规套管长度，减少井眼锥度； • 提高油井产能，将探井升级为生产井； • 可为不同钻井环境提供成本低廉的应急方案。
可 膨 胀 裸 眼 尾 管 系 统 作 业 演 示
2.套管井可膨胀衬管系统（CHL)
该技术主要用于修补损
坏的套管段或密封射孔段， 尤其适合修补大段损坏的 套管，并使套管内径的减 小达到最小程度。 2002年9月，Enventure 公司在马来西亚的一口气 井中安装并膨胀了1373m 的衬管。
复合材料连续管剖面
连续管钻井技术
5、连续管钻井技术应用
1）连续管过油管侧钻超小井眼水平井技术
2）连续管欠平衡钻井技术
3）连续管超高压射流钻井技术
连续管钻井技术
3）连续管超高压射流钻井技术
连续管超高压射流钻井技术由 美国能源部资助，由Maurer工程公 司和BJ服务公司联手承担，目的是 开发出一种能够提高机械钻速，射
斯伦贝谢公司的PowerDrive系统
斯伦贝谢公司的PowerDrive系统
最新进展
1）小井眼旋导系统 PowerDrive Xtra 475 外径：120.7mm 2）大尺寸旋导系统 所钻最大井眼：463.6mm
贝克休斯Inteq的AutoTrak系统
该系统是目前应用最广泛的井下闭环钻井系统。它是在 早期的垂直钻井系统VDS、SDD的基础上发展起来的。到2002 年9月，累积钻进超过160万米。 最新进展 2002年推出了第三代 AutoTrak系统。
６）利用套管钻井技术可实现“无隔水管法”下表层套管。
套管钻井的装备
套管钻井的装备包括地面装备和井下装备
Tesco公司套管钻井地面装备
钢丝绳防喷器
分体式天车和分体式游车
Tesco公司套管钻井地面装备
套管驱动头
钢丝绳绞车
钻机就位及安装
接套管
为套管操作设备可从管架自动取管、自动对扣和自动上、 卸扣，整个操作过程全自动完成，最大载荷100吨。
Tesco公司套管钻井井下钻具
1）下井/回收工具：包括锁定捞矛、振击器、测量桶、加 重杆、对中扶正器、上张力缓冲器、旋转短节、紧急 释放短节和电缆插头等。 2）底部钻具组合：由锁定和密封总成、分隔箍、钻井浮 箍、管下扩眼器和领眼钻头组成，根据需要还可以加 装井下泥浆马达、随钻测量/测井工具（MWD/LWD）、 1-2根钻铤，也可以接取心工具和取心钻头进行取心作 业。
自动化(闭环)钻井技术
自动化（闭环）钻井，即全部钻
井过程依靠传感器测量多种参数，依
靠计算机获取数据，并进行解释和发 出指令，最后由自动设备来执行，使 钻井过程变成一种无人操作的自动控 制过程。
闭环钻井的发展阶段
开环钻井
井下半闭环钻井
井下闭环钻井
全闭环钻井
闭环钻井系统的组成
闭环钻井系统
井下系统
地面监控系统
哈里伯顿斯派里森公司的Geo-Pilo系统
该系统是一种静态指向钻头式旋导系统。通过放置在不 旋转外筒内的两个互相嵌套的偏心环的相对运动偏置钻柱。 截止到2002年，该系统已完成了70口井次的商业应用。
悬挂轴承 偏心环偏置机构 旋转 心轴 聚焦轴承 不旋转外筒
三、国外创新钻井技术
（一）自动化（闭环）钻井技术
汇 报 内 容
一、课题情况简介
二、国内外钻井新技术概况 三、国外创新钻井技术 四、前沿钻井技术开发与实验
五、成熟钻井技术新进展 六、钻井成本分析及发展趋势
三、国外创新钻井技术
（一）自动化（闭环）钻井技术
（二）套管钻井技术
（三）连续管钻井技术
（四）实体膨胀管技术
（五）三维可视化钻井技术
（六）反循环钻井技术
3）坐底套管：位于套管柱末端，由扶正器、定位台肩、 定位止动器定位槽、轴向锁定短节、扭矩锁定短节和 套管鞋组成。
正 常 的 套 管 钻 进
更 换 新 套 管 继 续 钻 进
套管钻井技术的其他进展
1.2. 新型套管螺纹接头 威德福公司的套管钻井技术
1）格兰特公司的偶合式套管螺纹接头（DWC/C）
2）Hunting偏梯形KC可转换套管螺纹接头
中石化集团公司 情报调研项目
国内外钻井新技术调研
汇 报 内 容
一、课题情况简介 二、国内外钻井新技术概况
三、国外创新钻井技术 四、前沿钻井技术开发与实验 五、成熟钻井技术新进展 六、钻井成本分析及发展趋势
二、国内外钻井新技术概况
近年来，在技术创新的有力推动下，自动化（闭环）钻井、套管钻井、 连续管钻井、三维可视化钻井、地质导向钻井、可膨胀管等创新技术的研究 都取得突破性进展，具有广阔的推广应用前景。 水平井技术、大位移钻井技术、欠平衡压力钻井技术、多分支井钻井技 术等也发展得越来越成熟，满足了提高勘探开发效益的需求。 另外，国外超前钻井技术，如激光钻井、微钻井、负压脉冲钻井、“智 能钻杆”、连续管超高压射流钻井、等离子孔道钻井等技术的开发与试验也 取得了阶段性成果，展示了良好的应用前景。
径的作用。
实体膨胀管膨胀实验
*壳牌公司在1993年左右最先进行 了实体膨胀管实验。钢管初始直径 4”，膨胀率约22%。
*1998 年 7 月 ， 壳 牌 公 司 与 Grant Prideco公司合作开发了可膨胀接 头。膨胀后可以保持机械和水力的 完整性。这是膨胀管技术的重大突 破 。 133/8” 套 管 接 头 膨 胀 实 验 膨胀压力：12.4MPa
Enventur环球技术公司
公司简介 主要产品
Enventure 环球技术公司 是壳牌公司与哈里伯顿公 司成立的合资公司，主要
1.可膨胀裸眼尾管系统 2.可膨胀套管井衬管系统 3.可膨胀尾管旋挂器 4.全井同尺寸套管系统
负责实体膨胀管的开发、
销售并提供技术服务。
1.可膨胀裸眼尾管系统(OHL)
特点与优点
• １）易坍塌、不稳定及不确定地层； 井眼内始终有套管，起下钻时不会造成抽汲作用，井控状况得到改善； 在井内作完井用。 • ２）低压易漏失地层； 起下钻时能保持钻井液连续循环，防止钻屑聚集，减少卡钻等井下事故； 套管钻井技术把钻井和下套管合并成一
个作业过程，钻头和底部钻具组合的起下用 • ３）高压地层； 改善了水力参数、环空上返速度和井筒清洗状况； 钢丝绳在套管内进行，不再需要常规的起下 • ４）边远、海上及交通不便地区钻井； 可以减小钻机尺寸、简化钻机结构、降低钻机费用； 钻作业。 • ５）在陆地钻井时，适合3000米以内的软到中软地层； 据Tesco公司估算，套管钻井可节约钻井成本10%-30%。
（二）套管钻井技术
（三）连续管钻井技术
（四）实体膨胀管技术
（五）三维可视化钻井技术
（六）反循环钻井技术
套管钻井技术的优势 套管钻井技术的适用情况 套管钻井的概念
• 省去了钻杆、钻铤有关的费用；
套管钻井是指在钻进过程中直接采用套 套管钻井为在一些复杂和特定条件下钻井提供了一种可 • 选择的方案，但并不能完全取代常规钻井，套管钻井特别适 减少了起下钻时间； 管取代钻杆向井下传递机械能量和水力能量， • 用于下列情况： 减少了钻井事故和复杂情况的发生； 边钻进边下套管，完钻后作钻柱用的套管留
3.可膨胀尾管悬挂器系统（ELH)
该系统集传统的尾管悬挂器和 尾管上封隔器功能于一体。 45% 至60%传统的尾管悬挂系统的会 产生漏失，而可膨胀悬挂器紧贴 在上层套管内壁上，有效防止了
漏失，节省了成本。
传统尾管 悬挂器 可膨胀尾管 悬挂器
4.全井同尺寸膨胀套管系统
全井同尺寸套管技术是 Enventure公司大力开发 壳牌公司于2002年9月17日首次 的新的膨胀管系统，该技 成功地在得克萨斯州一口气井 的部分井段应用全井同尺寸膨 术消除了目前油井设计中 胀套管系统。 存在的缩径效应，最终实 现使用一种直径钻头钻进， 并用同一直径套管完井。
带井架的车装连续管钻机
连续管钻井技术
4、连续管钻井底部钻具组合的重大突破
1）COLT底部钻具组合 由英国AnTech公司开发， 核心是一种新型的、能精确调 整方向的电动定向工具（电定 向器，可确保对钻头和马达的 平稳控制。
连续管接头 电缆头 电动松脱机构 钻压/压力/震动/测量短节 遥测系统 伽马射线与导向工具 电定向器 带弯接头的马达
（一）自动化（闭环）钻井技术
（二）套管钻井技术
（三）连续管钻井技术
（四）实体膨胀管技术
（五）三维可视化钻井技术
（六）反循环钻井技术
（一）实体膨胀管技术
实体膨胀管技术就是在井下对 管材进行冷加工。连接在心轴 上的膨胀锥在压力或拉力的驱 动下使管材发生塑性变形，进 而发生永久性的机械变形，从
而达到扩大套管内径，保持井
连续管超高压钻井系统
流辅助的高压（68.95MPa）连续管 钻井系统并投入商业应用。
高压射流切割出的沟槽
高压装备
• 高压马达（68.95MPa） • 高强度连续管
壁厚:5.16mm 外径:50.8mm
破裂强度:136.52MPa
• 高压钻头 • 高压水龙头（103.43MPa)
三、国外创新钻井技术
连续管钻井技术
4、连续管钻井底部钻具组合的重大突破
3）复合材料连续管及配套底部钻具组合 哈里伯顿公司把具有数据传输功能的 复合材料连续管技术与液压修井技术相 结合，开发出一种“先进建井系统”新 型连续管钻井装置，被誉为是钻井、建 井技术方面的一次飞跃。 复合材料连续管由韧性好的碳纤维 和其他高级材料加工而成，管内嵌有铜 导线，可实现高速数据传输。
3） 斯伦贝谢、哈里伯顿、贝克休斯、BJ等油田服务公司在连 续管钻井技术的应用领域占据优势；
4） 我国迄今还未在钻井作业中使用连续管技术。
连续管钻井技术
2、连续管钻井地面配套设备的重大改进 • 改进型连续管注入头 • 数据采集系统 • 工艺控制系统 • 电缆安装系统 • 特制设备
连ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ管钻井技术
3、连续管钻机的设计创新
1）Galileo连续管钻机 贝克休斯公司的Galileo连 续管钻机采用模块化设计，钻 机作业可由计算机控制。该混 合钻机可用连续管或钻杆进行 常规侧钻、过油管侧钻、欠平 衡钻井、小井眼勘探钻井等多 种作业
Galileo连续管钻机
连续管钻井技术
3、连续管钻机的设计创新
2）带井架的车装连续管钻机 技术参数：注入头拉力载荷 该钻机由加拿大Dreco公司 907kN, 滚筒外径5.84m；连续 研制，适合在地形特殊地区钻 管容量：9114m（Ø60.3mm连 井。钻机所有部件装在一量重 续管 ） 型卡车上，放倒井架后可在路 上行驶。
高性能井下 可控工具
先进的井下 测量工具
地面分析 模拟系统
信号接收/ 传输系统
国外先进的旋转闭环系统产品
该系国外目前有三种井下闭环钻井系统最为先进和成熟。 它们均采用先进的旋转导向技术控制井眼轨迹。
Power Drive SRD
Auto Trak RCLS
Geo-pilot
旋转导向就是在旋转钻井方式下实现井斜和方位的 调整。这是20世纪90年代初期发展起来的一项钻井新技 术，代表了当代钻井技术发展的最高水平。 LWD 斜 向 器 井 下 马 达 弯 外 壳 马 达 旋 转 导 向