钻井技术现状及未来

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 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 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 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。 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 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： 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。
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） 与常规井相比，小井眼钻井可节约成本25%—75%。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 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1-3/8″~ 2-3/8″）的研 究，主要目的就是降低钻井成本。 （2）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。
3、特点 钻井工程是一项高投入、高风险、技术密集的系统工程。 4、要求 安全、快速、低成本、高效益。
迫使钻井向高新技术发展 I3 信息化、集成化、智能化。 information integration intelligetize
钻井技术现状及未来
周广陈 中国石油大学石油工程学院
主要内容
• 钻井技术发展历史回顾 • 影响钻井技术发展的因素 • 钻井技术发展趋势
现代钻井技术讲座
周广陈
中国石油大学(华东)
主要内容
• • • • 钻井技术现状及未来 油气田开发中的特殊工艺井 大位移井实例 欠平衡压力钻井
ຫໍສະໝຸດ Baidu 前
言
一、对钻井的认识 1、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 段。 2、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 气产量和提高采收率的重要手段。 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。
4、自动化钻井阶段 （1968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 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。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 以美国钻井技术发展为例，尽管自上世纪60年代末期至 今为自动化钻井时期，但国外于上世纪90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 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 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 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 新技术就是在这种形势下应运而生的。
20世纪的10项重大技术
欠平衡压力钻井（UBD）1859年 现代UBD1970’S 牙轮钻头1909年 水平井钻井1925年 电测井1927年 水力射孔1932年 海洋钻井1945年 水力压裂1947年 反射地震1950’S 连续管技术1970年 顶驱1990’S
钻井技术水平评价的标准
1、钻井装备与工具 装备 电动钻机 顶部驱动系统 连续软管钻机 工具 钻头 各种井下工具等 2、智能化水平 测量 传输 控制 MWD/LWD/FEWD/DWD…… 3、特殊工艺井技术 4、管理水平
一、钻井技术发展历史回顾 （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 1、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 泥封固套管的工艺。 2、发展阶段（1920--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 发展，同时出现了大功率钻井设备。
二、影响钻井技术发展的因素
1、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 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 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 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 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。 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、 小井眼井、自动导向钻井等。 2、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 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 制等。
3、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 有了科学依据，钻井技术得以迅速发展。 科学化钻井前１０年突出的技术成就有：高压喷射钻井 、高效牙轮 钻头 （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 压、转速和水力参数） 以上技术使钻井速度产生了大的飞跃。 科学化钻井后１０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 了平衡压力钻井技术。平衡压力钻井技术的应用使钻井速度又一次产生 了大的飞跃。
3 、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。 高温高压、井壁稳定、井下复杂、深部地层的机械钻速等一直 是深井超深井面临的技术难题。 4、钻井智能化 数据采集 地面（综合录井仪、工程参数仪） 地下 MWD、LWD、FEWD、SWD、DWD、 PWD、IWD。 数据传输 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 的载体，使钻杆智能化。 决策控制 数据存储 、分析处理 、 决策 分析、反馈控制。 5、新概念钻井 钻井方式的彻底变革 （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 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。
三、钻井技术发展的趋势
1、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 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 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（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。 （2）复合钻 动力钻+旋转钻，提高钻头旋转的速度。 （3）超高压钻井 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）
2 、 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 工程的全过程进行实时监控。 几项配套技术 地层压力随钻监测技术 油气井压力控制技术 钻井液固相控制技术 3、 油气层保护 油气层保护是科学化钻井的一项重要内容，在钻井过程中主要从以 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； （2）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； （4）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。