钻井新技术及发展方向分析

巡山小妖精
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2021年02月14日 03:19
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2021年2月14日发(作者:电影巴黎宝贝)


钻井新技术及发展方向分析



1


钻井技术新进展



1.1


石油钻机


钻机是实现钻井目的最直接的装备


,


也直接关系到钻井技术 进步。


近年来


,


国外石油钻机能力不断 增强


,


自动化配套进一步完善


,


使钻机具


备更健康、安全、环保的功能


,


并朝着不断满足石油工程需要的方向发


展。主要进展有


:



(1)


采用模块化结 构设计


,


套装式井架


,


减少钻机的占地面积


,


提高


钻 机移运性能


,


降低搬家安装费用。



(2)


高性能的“机、电、液”一体化技术促进石油钻机的功 能进一


步完善。



(3)

< p>
采用套管和钻杆自动传送、自动排放、铁钻工和自动送钻等自


动化工具


,


提高钻机的智能化水平


,


为提高劳动生产率创造条件。




1.2


随钻测量技术



1.2.1


随钻测量与随钻测井技术



21


世纪以来


,

< br>随钻测量


(


MWD


)


和随钻测井


(


LWD


)


技术处于强


势发展之中


,


系列不断完善


,


其测量参数已逐步增加到近


20


种钻井工程


和地层参数

,


仪器距离钻头越来越近。与前几年的技术相比


,


目前


,


近钻


头传感器离 钻头只有


0.5


~


2 m

< p>
的距离


,


可靠性高


,


稳定性强


,


可更好地


评价油、


气、


水层


,


实时提供决策信息


,


有助于避免井下复杂情况的发生< /p>


,


引导井眼沿着最佳轨迹穿过油气层。由于该技术的市场价值大< /p>


,


世界范


围内有几十家公司参与市场竞争


,


其中斯伦贝谢、


哈里伯顿和贝克休斯


3


家公司处于领先地位。



1.2.2


电磁波传输式随钻测量技术



为适应气体钻井、泡沫钻井和控压钻井等新技术快速发展的需要


,


电磁波传输


MWD


(


elect romagnetic MWD tool s ,EM MWD


)


技术研究


与应用已有很大进 展


,


测量深度已经达到


41420 km


。



1.2.3


随钻井底环空压力测量技术



为适应欠平衡钻井监测井筒与储层之间负压差的需要


,


哈里伯顿、


斯伦贝谢和威德福等公司研制出了随钻井底环空压力测量仪(


annular


pressure measurement while drilling


,


APWD


) ,< /p>


在钻井过程中可以实


时测量井底环空压力


,


通过


MWD


或


EMMWD


实时将数据传送到地面


,


指导


欠平衡钻井作业。



1.2.4


随钻陀螺测试技术



美国科学钻井公司将航天精确陀螺定向仪封装在


MWD


仪器中研制


出随钻陀螺测试仪


(


gyro measurement-while-drilling ,gMWD


) ,


截至


2007


年底


,


gMWD

已经在美国的多分支井中成功应用数百口井


,


特别是在需要 精确定向或


对接井中起到了关键作用。



1.2.5


井下随钻诊断系统



美国研究人员开发出了井下随钻诊系统


(


d iagnostics-whiledrilling


,


DWD


)


包括井下温度、压力、钻头钻压、钻头扭矩、井斜方位和地层 参


数等各种参数测量仪器


,


高速实时数 据传输系统及其相关的仪器


,


地面


数据 校验和分析软件。


该系统可将井下地层和钻井状况与地面数据实时


联系起来


,


优化钻井参数和井眼轨迹


,


指导钻井作业


,


减少井下复杂情况< /p>


的发生


,


提高速度


,


获取最大钻井效果。



1.2.6


随钻核磁共振成像测井技术



哈里伯顿


Sperry-Sun


公司和


Numar


公司联合研制出了随钻核磁共


振成像测井仪器


(


nuclear magnetic resonance MWD


tool ,NMR2MWD


) ,


其原理是将核磁共振成像测井仪与


MWD

< br>仪串接


,


在


钻时测量。



1.2.7


随钻地层测试技术



随钻地层测试


(


formation testingwhile drill2ing ,FTWD


)

技术是在


钻井过程中对储层实施实时测量的一种新技术


,< /p>


其最大好处是节省钻机


时间


,

< p>
特别适合海上钻井平台


,


可降低费用。

< p>
该技术由斯伦贝谢公司首创


,


于

< br>2005


年


1


月开始商业化 服务


,


至


2008

< br>年底


,


已使用


300


余井次


,


效


果良好。目 前已有几家公司投入研发和商业化应用。



1.2.8


随钻地震技术



随钻地震


(


seismic while drilling,SWD


)


技术是将地震检波 器置于


井下钻具上


,


在钻井过程中对地 层实施地震波测量并实时传输到地面的


一种新技术


,

< p>
可用于实时构造解释、地层评价、地质导向和井眼故障分


析等


,


并可精确确定取心层位和套管应该封隔的地层位置


,


提高勘探效


果


,

降低成本。斯伦贝谢公司用了


15 a


时间于


2003


年研制成功


,


可用


井眼尺寸为


21 519


~


66014


mm


。




1.3


复杂结构井钻井技术



水平井、多分支 井和鱼骨井由于可提高油气藏暴露面积


,


有利于提


高油气井产量和采收率、降低



“吨油”开采成本而得到推广应用。



1.3.1


水平井



水平井从


20


世纪


80


年代大规模工业化应用以来


,


全世界已完成< /p>


50000


多口水平井。


2008


年美国钻了


7194


口水平井


,


占年钻井总数的


12 %


;加拿大


2008


年钻水平井数量占年钻井数的


18 %


。美国水平井


最大水平段长


61118 km ,


最大垂深


61062 km ,


最大单井进尺


10.172km ,


实现了厚度


0.5 m


以下薄油层有 效动用


,


水平井油层钻遇率


和地质效果 得到极大地提高。根据美国《油气》杂志统计


,53 %


的水平


井用于裂缝性油藏的开发


,33 %


用 于底水或气顶油藏的开发。美国水平


井钻井成本已降至直井的


1 .5


~


2


倍


(


最低达到


1.2


倍


) ,


水平井的产量


是直井的


3


~


8


倍。



1.3.2


多分支井、鱼骨井和


MRC


技术



多分支井技术已成熟配套


,


实现了系列化和标准化,可满足各类油


藏的 开发需要


,


在降低开发成本、提高采收率等方面见到了很好的效 果。


国际上按完井技术满足“连接性、分隔性、贯通性”的程度,以及结构


由简单到复杂,


将分支井完井系统分为


6

< p>
级。


实现了分支井窗口的有效


密封和自由可重入, 密封完井方式正在逐步增加。据美国


HIS


能源集

< p>
团统计,


截至


2007


年,


全世界共钻多分支井


6 895


口,


其中美国


4128


口,加拿大


2076


口。



鱼骨井属于多分支井的范畴,< /p>


已经成为高效开发油气藏的理想井型


之一,并在美国煤层气开采中 成功应用。


在鱼骨井的基础上提出了最大


储层接触


(maximum reservoir contact


,


MRC)


钻井技术,


MRC


井是指

< p>
一口井在储层中的累积长度


(


单井筒或多分支井筒


)


超过


5 km

< br>的井。


目


前已经完成


100


多口


MRC


井,其中进尺最长的是位于沙特阿拉伯


Shaybah


油田的


shyb2220


井,


8


个分支井筒储层段累积进尺达到


12.3 km


,


投产后日产原油


1907.7m

3


。


目前世界上多家公司正在探索该


技术在低渗透气藏开发中的应用。



1.3.3


大位移井技术



大位移井是定向井、< /p>


水平井技术的延伸,


主要应用于海上油田的开

发和海油陆采。国外已成功地钻成数百口大位移井,其中英国


Wytch


Farm


油田的


M16


井的水平位移达


10.728 4 km


,


水平垂深比达


6.55


。


最近,


BP


公司把大位移井和多分支井有机结 合在一起;埃克森美孚公


司定量研究了大位移井眼轨迹方向与井壁稳定性;


;


斯伦贝谢公司提出


大位移定向难度指数法理论,< /p>


哈里伯顿公司用膨胀管技术封隔复杂地层


,


确保钻达大位移井的靶位。


大位移井的水平位移和


“水垂比”


越来越大,


钻井风险减小,钻井成功率大幅度提高。

< p>



1.4


特殊工艺钻井技术



1.4.1


欠平衡和气体钻井技术



各种循环介质 的欠平衡和气体钻井技术已在世界范围内得到了广


泛应用,并将欠平衡、气体钻井与水平 井和套管钻井等技术结合起来,


取得显著效果。欠平衡钻井装备已逐步完善配套了包括旋 转防喷器、制


氮设备、可循环泡沫、可循环气体、套管控制阀和不压井起下钻作业装


置等,形成了一套适合欠平衡和气体钻井地层筛选与评价技术。据最新


资料统计,


2007


年美国欠平衡和气体钻井数约占当年总井数的


28 %


,


美国


75 %


的井在钻井过程中都安装了旋转控制头,


90 %

< p>
的煤层气井采


用空气钻井。欠平衡和气体钻井已用于探井、开发井、水平井 和特殊工


艺井等,


有效发挥了发现和保护油气层、


减少工程复杂程度和提高钻井


速度的作用。



1.4.2


套管钻井技术



除表层套管和技术套管钻井外,国外又发展了尾管钻井技术,


如贝


克休斯公司的


EZCase


套管

< p>
/


衬管钻井系统,它通过钻杆丢手工具连接


尾管悬 挂器,


用尾管部分代替钻柱进行钻进,


钻达设计井深后不起钻直


接将尾管与钻杆脱开留在井内完井。还发展了套管钻井的取心作业、钢

< br>丝绳换钻头和套管欠平衡钻井等技术。


目前,


套管钻井工 艺可用于直井、


定向井、水平井和开窗侧钻井中。


Tesco


公司套管钻井节约钻井时间


30 %


以上。



1.4.3


控制压力钻井技术



美国研究人员于


20


世纪


90


年代起开始研发控制压力钻 井技术,


主要用于解决裂缝性、


岩溶性碳酸盐岩等地层钻井过程 中的恶性井漏及


当量循环密度


( ECD)


引发的钻井问题,如在大位移井中


ECD

过高引


发的井漏和窄密度安全窗口问题等。


2007


年,美国陆上有四分之一的


井是利用密闭循环系统进行欠平衡钻井,


其中又有四分之一的井是采用


控制压力钻井理念进行钻井的。< /p>


最近威德福公司研制出降低当量循环密


度工具,

< br>斯伦贝谢公司发展了随钻测量地层压力的


Stetho Scope

< p>
技术,


这些技术的发展为控制压力钻井技术注入了新的活力。




1.5


深井超深井钻井技术



深井超深井钻井 技术是勘探开发深部油气资源必不可少的关键技


术,


也是衡量一 个国家或公司钻井技术水平的重要标志之一。


近年来,


,


国外对深井钻井技术研究的投入力度很大,技术发展迅速;先后发展并


逐步完善了垂直钻井、无风险钻井、气体钻井、高效钻头、膨胀管和波


纹管等高新技术,


有效地解决了深井超深井易斜地层的快速钻进、


复杂

< p>
地层的漏失、窄密窗口安全钻进和深层高研磨性地层提速等技术难题;


大量 采用非常规井身结构


,


拓展套管层次,


,


应对钻井风险;深井钻井效


率和探井发现率得到大幅度提高。


美国


2007


年完成


415 km


以上的深


井


1485


口,


20 08


年达到


1610


口,


6km


左右的深井平均钻井周期


90d


左右,平均单井耗用钻头


19


只。




1.6


自动化钻井技术



自动化钻井技术是


21


世纪钻井技术 的重要发展方向,包括井下自


动化和地面钻机自动化两大部分。



1.6.1


旋转导向与地质导向技术



导向钻井已从初级导向钻井、


地面人工控制的导向钻井逐渐发展 到


目前的全自动井下闭环旋转导向钻井,也正是这一技术的发展


,


提高了

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