国外钻井新技术新方法培训讲义PPT

井型的发展方向： 储层接触面积最大化、最优化 多样化、个性化 一井多目标 技 简化井身结构 术 降低开发成本
进 步
多目标井
小井眼
多分支井
大位移井
分支井
水平井
定向井/丛式井
ERC 井 微井眼 新型深井钻井技术
超大位移井 单直径井 智能多分支井 树根井/ MRC 井
1980
1990
2000
2010
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1、不断改进钻头
混合齿钻头
Varel国际公司生产的 混合齿钻头
NOV生产的混合齿钻头
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1、不断改进钻头
增强运转稳定性，延长钻头使用寿命 提高钻头使用寿命始终是钻头改进的一个重要方向。斯伦贝谢新推 出了一种在PDC钻头工作面中心布置一颗锥形PDC切削齿的PDC钻头， 这颗锥形PDC切削齿破碎井底中央的岩石，同时起定心作业，有助于 提高钻速和钻头工作稳定性。斯伦贝谢还推出了装有固定PDC切削齿 和多颗可旋转PDC切削齿的PDC钻头。可旋转PDC切削齿有助于充分发 挥PDC切削齿的潜能，以提高钻速和延长钻头使用寿命。
贝克休斯的Talon 3D PDC钻头
哈里伯顿公司的
SteelForce PDC钻头
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2、不懈探索新的破岩及辅助破岩方法
为提高钻速，国外从未停止对新的破岩及辅助破岩方法的探索。
探索中的一些新的破岩及辅助破岩方法： 激光钻井； 等离子体钻井； 钢粒冲击钻井； 管中管高压钻井系统； 井下增压器； 水力脉冲钻井； 空化钻井； 水热裂法； 热机械联合破岩法； 毫米波辐射破岩； 超临界CO2钻井等。
60
其他 55
英国Corpro公司
50
美国Ulterra钻井技术
45
美国Varel国际
40
国民油井华高（NOV）
35
哈里伯顿
斯伦贝谢
30 贝克休斯
25
20
15
10
5
0 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013e
30%
20%
10%
0%
2000
2002
2004
2006
2008
2010
2012
2014
美国水平井钻井进尺及占比
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2、钻超大位移井，实现海油陆采
迄今为止，全球已钻了很多大位移井，多数是为开发近海 油田而钻的，有不少大位移井钻在岸上，进行海油陆采。
29源自文库
2、钻超大位移井，实现海油陆采
曾经创造多项世界纪录的超大位移井BD-04A井 开钻时间 2008年4月 地点 卡塔尔近海Al-Shaheen油田 钻井承包商 Transocean公司 测量井深 12289.54米 水平位移 10902.70米 水平段长 10804.86米 在钻进过程中使用了斯伦贝谢公司的两种旋转导向钻井系统 （PowerDrive X5和PowerDrive Xceed），只换了一只钻头就 完成了整个水平段的钻进。 钻井周期仅仅36天。
常规套管
连续管及连续管作业机
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2、连续套管
主要特点 （1）双壁管：外管壁较薄，内管壁稍厚。 （2）呈W形，同一个滚筒上可以盘绕更多的管子，可减少运 输车次。一个直径3.96米、宽度2.44米的滚筒可以盘绕75/8英 寸的折叠式连续套管1219米。 （3）无常规丝扣接头，可以大幅度提高下套管效率，减少下 套管期间发生井下复杂情况的可能性。
+
贝克休斯的混合型钻头
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1、不断改进钻头
这种混合型钻头集PDC钻头和牙轮钻头于一身，破岩方式 既有PDC钻头的剪切破岩，也有牙轮钻头的冲击压碎破岩， 钻头的轴向震动更小，方向控制性更好，适应地层范围更宽， 尤其适合钻页岩地层和交互地层，钻速更快，进尺更多，寿 命更长。 案例：2013年6月Kymera钻头在塔里木油田迪北103井试用取 得成功：一只Kymera钻头从2524米钻至2866米，完成进尺 342米，相当于邻井6只常规钻头的进尺，减少了5次起下钻。
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1、不断改进钻头
增强可导向性
提高耐温耐压能力 比如金属密封牙轮钻头
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1、不断改进钻头
个性化设计 个性化设计是钻头技术一个重要的发展趋势。例如，针对页岩地层 推出一些个性化钻头。
除屑快，机械钻 速高
方向控制能力强
钻头稳定性好， 造斜能力强
斯伦贝谢公司的为页岩层水平段 设计的Spear PDC钻头
哈里伯顿公司的扭冲工具
利用钻井液带动叶轮旋转，控制旋转阀 体导通流量，冲击两个封闭区域内的冲 击块，对PDC钻头产生扭转冲击
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2、不懈探索新的破岩及辅助破岩方法
中石化胜利油田钻井研究院和中国石油大 学（华东）联合研制了一种扭冲工具，它 利用钻井液驱动内部冲击锤做反复的扭转 冲击,将部分流体能量转换成一定频率、 周向扭转、冲击型的井底机械破岩能量, 并直接传递给钻头。现场试验结果表明, 扭转冲击能够有效消除PDC钻头的粘滑现 象，减轻钻柱扭转振荡。据报告可提高机 械钻速20%以上。
中石油也有多家单位在研制扭冲工具， 有的已进入现场试验。
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2、不懈探索新的破岩及辅助破岩方法
未来展望 展望未来，随着探索的不断深入和广泛，钻头的钻速不 断提高，使用寿命不断延长，未来20年破岩技术有望取 得重大突破，甚至出现一次革命。
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汇报内容
一、钻头及破岩方法 二、钻井液 三、井下管材 四、井型 五、Reelwell钻井方法 六、安全环保 七、钻井技术总的发展趋势 八、几点认识
四大技术服务公司几乎垄断国际钻 头市场：2012年占85%
PDC钻头越来越多地取代牙轮 钻头，成为世界上应用最多的 钻头。在美国年度钻井总进尺 中，大约80%的进尺是由PDC钻 头完成的。中石油的情况也是 如此。
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国际钻头市场规模，亿美元
1、不断改进钻头
钻头虽小，而且数十年来看上去好像没有什么变化，但其中大 大小小的改进及创新不计其数，涉及切削齿材质、尺寸、形状 及分布，喷嘴、钻头外形、密封材料、加工工艺等方方面面。 近几年的改进主要集中在以下几方面：
哈里伯顿公司的SHALEDRIL水基钻井液体系
适合页岩地层
SHALEDRIL钻 井液体系
Barnett SHALEDRIL B
Eagle Ford Fayetteville Haynesville Marcellus
SHALEDRIL E SHALEDRIL F SHALEDRIL H SHALEDRIL M
国外钻井新技术、新方法
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汇报内容
一、钻头及破岩方法 二、钻井液 三、井下管材 四、井型 五、Reelwell钻井方法 六、安全环保 七、钻井技术总的发展趋势 八、几点认识
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一、钻头及破岩方法
钻头虽小，意义重大，直接关系到钻井速度、钻井周期和钻井成 本，甚至影响钻井安全。在提速提效方面，改进钻头可以收到事 半功倍的效果，对于深井、超深井尤其如此。当井深超过4500米 时，钻头成本很高，平均每次起下钻前前后后要花一两天时间， 如少用1只钻头，则可节省数十万元人民币，效益非常可观。
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1、不断改进钻头
混合型钻头是钻头发展历程中的又一个重大技术突破，具有里 程碑意义，标志着钻头出现一种新的类型，即混合型，混合型 钻头未来将得到更大的发展。但是，由于存在以下不足，其未 来应用规模可能会受到一定影响：依然有活动部件，有发生掉 牙轮的可能；如PDC切削齿和牙轮的适应性和耐用性匹配不当， 则难以充分发挥二者的优势。
中石油和中国石油大学 也在开展多种破岩新方 法的研究。
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2、不懈探索新的破岩及辅助破岩方法
为解决PDC钻头的粘滑问题、延长钻头的使用寿命和提高钻速，美国 Ulterra公司和哈里伯顿公司均推出了扭冲工具。
Ulterra公司的TorkBuster扭冲工具
利用高速钻井液涡轮带动锺体旋转，敲击钻头 连接短节，将扭转冲击能量传递给钻头
拓宽地层适应性； 增强运转稳定性，延长钻头使用寿命； 增强可导向性； 提高耐温耐压能力； 个性化设计。
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1、不断改进钻头
拓宽地层适应性 在钻头领域，近年来集成创新是一个重要趋势，也是拓宽钻头的地层适 应性的有效途径。 混合型钻头 在塑性地层（比如页岩）、硬地层、交互层等复杂地层中，单纯的PDC 钻头或牙轮钻头钻井效果有时不尽人意。针对这种情况，贝克休斯公司 于2010年推出了一种新型钻头，即混合型钻头——Kymera™钻头。
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二、钻井液
为降低成本和更好地保护环境，在北美的页岩气钻井中，钻 表层井眼应用最多的是水基钻井液，空气钻井也有应用；二 开直井段应用最多的是水基钻井液，空气钻井和油基钻井液 也有应用；在造斜井段和水平井段应用最多的是油基钻井液， 其次是合成基钻井液，与此同时个性化水基钻井液的应用不 断增加。
表层井眼 二开直井段 造斜段、水平段
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1、美国水平井钻井工作量超过直井
水平井钻井进尺，万米
百分比
9000 8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000
0 2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014
100%
90% 80% 70%
直井 定向井 水平井
60%
50%
40%
目前尚处实验研究阶段，研制成功后有望大幅度提高下套管 效率，并作为可膨胀管用于建单直径井，缩短建井周期，降 低建井成本。
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汇报内容
一、钻头及破岩方法 二、钻井液 三、井下管材 四、井型 五、Reelwell钻井方法 六、安全环保 七、钻井技术总的发展趋势 八、几点认识
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四、井 型
随着技术的进步，井型呈多样化趋势。
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二、钻井液
个性化钻井液 斯伦贝谢公司针对页岩地层开发了一种个性化水基钻井液—— K-MAG钻井液，这种抑制性钻井液可最大限度地减少粘土的运 移、膨胀和分散，从而很好地抑制页岩，保持井壁稳定，提高 钻速，减少储层伤害。
贝克休斯公司针对页岩地层开发了一种水溶性页岩控制及井壁 稳定剂——SHALE-PLEX，将其加入到公司的PERFORMAX钻井液 体系或TERRA-MAX钻井液体系，可改善岩屑及井壁的稳定性， 增强钻井液的润滑性。
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汇报内容
一、钻头及破岩方法 二、钻井液 三、井下管材 四、井型 五、Reelwell钻井方法 六、安全环保 七、钻井技术总的发展趋势 八、几点认识
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三、井下管材
钻杆的发展呈现轻型化趋势。目前已投入商业化应用的 轻型钻杆有铝合金钻杆和钛合金钻杆。
趋势：
强度高；
耐腐蚀
轻型化；
连续化
技
信息传输通道；
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2、连续套管
主要特点 （4）下井后，靠施加高泵压撑圆。 （5）水泥浆通过管中管的环隙向下注入，并上返至管外环空。水泥 浆凝固后产生四层保护：两层水泥环（管中管环隙中的水泥环和管外 环空中的水泥环），两层钢管，使总体抗挤毁强度增大一倍左右。 （6）管子折叠后的宽度小于撑圆后的外径，因而可充当可膨胀管使 用，而且膨胀过程非常简单——液压膨胀。
术
进
步
钢钻杆
铝合金钻杆
旋转膨胀管 连续套管
微井眼用连续管 碳纤维连续管
碳纤维复合钻杆
超高强度薄壁钢钻杆 (UD-165)
有缆钻杆（智能钻杆） 钛合金钻杆
连续管（钻井）
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1970
1980
1990
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连续套管
常规套管需要用多辆卡车运送到井场，再一根根地连接、下 井，存在的主要问题是运输和下套管效率低。套管如能像连续管 那样运输和下井，定能显著提高运输和下套管效率。为此，德国 Marinovation公司正在研制一种折叠式连续套管。
水基钻井液（清水），空气钻井 水基钻井液，空气钻井，油基钻井液 油基钻井液，合成基钻井液，水基钻井液
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二、钻井液
个性化钻井液
由于页岩地层有水化失稳的特点，传统的水基钻井液不适合页岩 层，常规做法是使用油基钻井液或合成基钻井液，但油基钻井液 不利于环境保护，合成基钻井液成本高。
哈里伯顿公司针对美国不同页岩气产区的页岩地层开发出了相应 的环境友好型水基钻井液——SHALEDRIL水基钻井液体系。这些 个性化水基钻井液可替代油基钻井液，对页岩有很强的抑制作用， 对很好的润滑性，可增强井壁稳定性，改善井眼清洗效果，提高 钻速，并且钻井液可得到重复利用，减少钻屑的处置费用，降低 钻井液综合成本。
折叠式连续套管固井示意图
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2、连续套管
主要技术难点 折叠式连续套管的主要技术难点是：（1）下井后如何确
保不同井段的管子都能一致撑圆，否则水泥浆就无法在两个 环空内均匀充填；（2）无扶正器，如何确保管子在井筒内居 中，否则可能影响固井质量。
前景展望 折叠式连续套管既可用作套管或尾管，也可用作可膨胀管，