2-国内外钻井新技术

正
更
常
换
的
新
套
套
管
管
钻
继
进
续
钻
进
威德福公司的套管钻井钻头
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；
3）斯伦贝谢、哈里伯顿、贝克休斯、等油田服务公司在连续 管钻井技术的应用领域占据优势； 我国迄今还未在钻井作业中使用连续管技术。
4）
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
三、前沿钻井技术开发与实验 四、成熟钻井技术新进展 五、钻井成本分析及发展趋势
二、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
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。
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 钢丝绳在套管内进行，不再需要常规的起下 钻作业。
套管钻井技术的适用情况
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，套管钻井特别适用于下列情况： １）易坍塌、不稳定及不确定地层； ２）低压易漏失地层； ３）高压地层； ４）边远、海上及交通不便地区钻井； ５）在陆地钻井时，适合3000米以内的软到中软地层；
激光钻孔室内实验
4、激光实验
1998年，石油公司用美国陆军 激光进行了钻孔实验。第一次实验 使用的是砂岩。激光束直径152，平 均输出功率900。激光照射4.5秒后 在岩石上钻了64深的钻孔，相当于
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
什么是三维可视化技术？
概念：在石油行业中，三维可视化技术是利用计算机 以三维图像的方式显示数据，帮助人们了解地面与地
下现象、描述其特征。 优点：使人们可以观察和更容易理解大量的信息资料； 极大地增强多学科工作组中不同专业人员之间以及现
2-国内外钻井新技术
国内外钻井新技术
一、国内外钻井新技术概况
二、国外创新钻井技术 三、前沿钻井技术开发与实验
四、成熟钻井技术新进展 五、钻井成本分析及发展趋势
一、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。
采用常规钻井技术开发低压或欠压油 气藏产量极低为了最大程度地减少对 这类储层的伤害，加拿大卡尔加里的 K2能源公司最近开发出一种称为反循 环钻井的新技术，并在现场进行了试 验，取得良好的保护油气层效果。K2 能源公司开发的反循环钻井系统全称 “中心返流反循环钻井系统”（），已
申请了美国专利。
反循环钻井的独到之处在于采用了双壁钻 杆（或双壁连续管），当钻头进入储层时， 地层不会承受由钻井作业产生的压力，所有 钻屑都随钻井液从双壁钻杆的内层管柱的中 心上返到地面，从而把钻井作业和钻井液对 已裸露储层的伤害降至最小。
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
高 性能 井下
先进 的井下 测量工
地面监控 系统
地 面分 析模
信 号接 收/传
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。
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。
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。
斜 向 器
井 下 马 达
弯 外 壳 马
旋 革命性 转 进步
导
达向
30' 40' 50' 60' 70' 80' 90' 2000' 年代
滑动导向
旋转导向 代替了传统
提高机械钻速
的滑增强动井眼导净向化效果
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
入商业应用。
连续管超高压钻井系统 高压射流切割出的沟槽
高压装备
• 高压马达（68.95） • 高强度连续管 • 壁厚:5.16 外径:50.8 • 破裂强度:136.52 • 高压钻头 • 高压水龙头（103.43)
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
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（）、1-2根钻 铤，也可以接取心工具和取心钻头进行取心作业。
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。
场人员与指挥中心人员之间的联系与交流。
三维可视化技术在钻井中的应用
• 利用计算机可视化技术，将钻井设计数据和 测量数据(包括井眼轨迹参数、地层特性参数、 近钻头力学参数)实时显示在三维可视化环境 中，实现正钻井眼的几何形状、地质状况及 力学行为的可视化和对钻井作业的准确判断 与优化控制。
三维可视化钻井软件
激光钻井就将高能激光束
聚焦在(一个）要激钻光入钻地井层技的术环形
区域内，1、使概要念 钻入的地层岩石 熔化、粉碎、蒸发。
美国天然气研究院于1997 年提出激光钻井项目，美国空 军和陆军也积极参与了项目的 研究。
激光技术具有使21世纪的
(一）激光钻井技术
2、美国激光钻井项目研究目标
• 确定激光技术中可获得的数据量 • 评估激光钻井和完井的潜力与局限性 • 弄清激光、岩石、钻井液之间的相互作用 • 对激光钻井所能获得的益处进行量化评估 • 确定需要解决的激光钻井研究领域
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
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
公司套管钻井地面装备
套管驱动头
钢丝绳绞车
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。
Baidu Nhomakorabea
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。
６）利用套管钻井技术可实现“无隔水管法”下表层套管。
套管钻井技术的优势
• 省去了钻杆、钻铤有关的费用； • 减少了起下钻时间； • 减少了钻井事故和复杂情况的发生； • 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； • 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； • 改善了水力参数、环空上返速度和井筒清洗状况； • 可以减小钻机尺寸、简化钻机结构、降低钻机费用； • 据Tesco公司估算，套管钻井可节约钻井成本10%-30%。
技术参数：注入头拉力载荷 907, 滚筒外径5.84m；连续管 容量：9114m（Ø60.3连续管 ）
带井架的车装连续管钻机
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 国技术公司、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。
（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 径的作用。
1.可膨胀裸眼尾管系统()
特点与优点
• 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。
反循环钻井系统
双壁钻杆/双壁连续管
空气振击钻头
系统组成
井下防喷器/关井阀
地面防喷器、压井-分流总成
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、超前钻井技术开发与实验
五、钻井成本分析及发展趋势
四、超前钻井技术开发与实验
（一）激光钻井技术 （二）微钻井技术 （三）负压脉冲钻井技术 （四）等离子孔道钻井技术 （五）“智能”钻杆
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
套管钻井的概念
套管钻井是指在钻进过程中直接采用套 管取代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 在井内作完井用。
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。
复合材料连续管剖面
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
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，由工程公司和服 务公司联手承担，目的是开发出一 种能够提高机械钻速，射流辅助的 高压（68.95）连续管钻井系统并投
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。
一、国内外钻井新技术概况 二、国外创新钻井技术
2.套管井可膨胀衬管系统（)
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。
3.可膨胀尾管悬挂器系统（)
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 可膨胀尾管
悬挂器
悬挂器
实体膨胀管在我国的首次应用
段铣井段：1870-1895米 窗口：1880米
裸眼井径：140 最大井斜：47. 96o
胜利油田黄河钻井公司 井位：现河采油厂通61-侧162井
膨胀前外径：107. 995 膨胀后外径：120.83 膨胀前内径： 95.25 膨胀后内径： 108.97 内径膨胀率： 14.4% 膨胀前长度： 389.37m 膨胀后长度： 383.25m
3、连续管钻机的设计创新
1）连续管钻机
贝克休斯公司的连续管钻 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
连续管钻机
3、连续管钻机的设计创新
2）带井架的车装连续管钻机
该钻机由加拿大公司研制， 适合在地形特殊地区钻井。钻 机所有部件装在一量重型卡车 上，放倒井架后可在路上行驶。
• 兰德马克公司三维实时可视化钻井软件 • 可视化中心的三维可视化钻井设计软件 • 可视化中心的三维可视化“侧钻优化工具”
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
反循环钻井技术