钻井工艺技术难点与发展趋势

1钻井完井新技术钻井完井新技术郭昭学郭昭学（西南石油大学（西南石油大学钻井所）钻井所）钻井研究室郭昭学专题1、钻井工艺技术难点与发展趋势一、钻井发展简史及科学化钻井二、国外钻井技术发展现状与趋势三、我国钻井水平与世界先进水平的主要差距四、我国钻井技术发展的主要方向五、当前钻井技术急待解决的主要技术难题六、需要推广和发展的技术钻井研究室郭昭学一、钻井发展简史及科学化钻井1.钻井发展简史（以旋转钻井为例）(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。(3)科学化钻井阶段（1948--1968）这个阶段开展了大量的科学研究，使钻井技术得以迅速发展。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）优质钻井液（低固相、无固相不分散体系钻井液）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。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平衡压力钻井技术。以上技术使钻井速度又一次产生了大的飞跃。(4)自动化钻井阶段（1968至今）这个时期主要体现电子仪表、自动测量和计算机在钻井工程中的应用。例如：钻井参数的自动测量、综合录井仪、随钻测量技术等。由于以上技术的应用，才得以实现最优化钻井、自动化钻井。钻井研究室郭昭学2科学化钻井的概念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、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A、科学化钻井设计利用地质地层信息进行以下设计：井身结构设计钻进参数设计钻头选型钻井液设计……一、钻井发展简史及科学化钻井2钻井研究室郭昭学2.科学化钻井的概念(续)B.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C.油气层保护钻井液体系与地层配伍钻进过程中尽量避免或减轻钻井液对地层的伤害综合录井的概念集地质录井和钻井工程录井为一体的录井称为综合录井。完成综合录井任务的仪器为综合录井仪。综合录井与科学化钻井的关系综合录井仪采集和计算的100多个参数中有70%以上的参数是钻井工程参数，所以利用综合录井仪实时监控钻井工程施工，是保证科学化钻井实施的重要手段。一、钻井发展简史及科学化钻井钻井研究室郭昭学3.影响钻井技术发展的因素油气勘探和开发的要求油气勘探和开发的目标：增加储量，增加产量，提高效益，降低成本。为了增加储量,需要扩大勘探领域：海洋、沙漠、戈壁、深部地层。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、小井眼井、超深井、分支井、多底井、导向钻井等。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：数据的实时采集（地面的综合录井仪、井下MWD、LWD、FEWD（随钻地层评价））、数据的远程传输、导向钻井等。一、钻井发展简史及科学化钻井钻井研究室郭昭学(1)(1)钻井装备与工具钻井装备与工具装备装备电动钻机顶部驱动系统连续软管钻机工具工具钻头各种井下工具等(2)(2)智能化水平智能化水平测量传输控制MWD/LWD/FEWD(3)(3)特殊工艺井技术特殊工艺井技术(4)(4)管理水平管理水平一、钻井发展简史及科学化钻井4.钻井技术水平体现钻井研究室郭昭学5钻井技术发展的趋势1.井眼轨迹的多样化（特殊轨迹井）2.提高机械钻速（特别是深井超深井）（1）欠平衡压力钻井（2）动力钻具+旋转钻进+PDC钻头（或其它特种钻头）（3）超高压钻井3.自动导向钻井井眼轨迹的自动控制4.自动化钻井数据采集地面（综合录井仪、工程参数仪）地下MWD、LWD、FEWD数据传输（存储分析处理决策）反馈到井场执行机构，形成优化钻井的闭环系统。现代钻井技术是各项新技术的综合集成，是领域的拓宽，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。是学科的交叉与复合。一、钻井发展简史及科学化钻井3钻井研究室郭昭学二、国外钻井技术发展现状与趋势1、向快速、优质高效、低成本方向发展。积极采用高性能螺杆钻具和新型钻头、高压喷射钻井、小井眼钻井、连续管钻井、套管钻井、随钻测量、随钻测井、随钻测试技术、旋转导向与地质导向钻井技术、垂直钻井技术、控压钻井技术、可膨胀管应用技术、气体钻井技术与装备、全过程欠平衡钻井技术、超深井钻井技术及万米深井钻探装备、随钻地震技术……等新技术、新方法,努力提高钻井水平与效率。2、采用水平井、大位移井、多分支井等MRC技术提高油田开发的综合效益。钻井研究室郭昭学3、向更加注重QHSE方向发展，钻井安全和环保问题得到更加广泛的重视。4、向更有利于保护油气层的方向发展。积极采用优质钻井液和完井液，更好地保护油气层。5.以信息化、智能化为基础和特点向自动化方向发展:采用地面自动化钻机配合井下旋转闭环导向钻井系统,不断强化对钻井和地层的实时监控;通过卫星和互联网实现对现场的远程监控,建立钻井信息数据综合菅理与适时应用的钻井远程快速决策系统。6、对于解决深部复杂地层钻井的井下复杂问题的相关技术有重大进展,但距很好解决这类问题还有很大距离。二、国外钻井技术发展现状与趋势钻井研究室郭昭学三、我国钻井水平与世界先进水平的主要差距钻井总体能力方面，台年进尺:2001年:加6.04万米、美4.879万米、中2.04万米;2006年:加7.16万米、美5·425万米、中3.21万米。在深井超深井、钻井方面，我国目前的深井钻井平均钻井周期和使用钻头数约为美国的1.5倍。在钻井装备方面，国外正实现机械化、自动化，初步具备智能化，达到有效、安全、快速、经济的要求，钻机实现模块化、高运移性，满足各种地貌条件下作业需要，各种特殊工艺井的井下工具实现自动化、智能化。但国内特殊工艺井井下工具的高端产品仍主要依赖进口，高运移性的中浅井钻机和机械化、自动化工具与装备还正处在试验阶段。钻井研究室郭昭学在钻井核心技术与前沿技术研发方面，目前国内还基本处于跟踪模仿国外先进钻井技术阶段。国外已成熟的技术，国内往往才开始模仿研究或引进技术，时间落后5～10年。如国外研发的多种随钻测井系统、近钻头地质导向钻井系统、垂直钻井系统、旋转导向钻井系统等在上个世纪90年代就已商业应用，而国内在这些技术领域的研发工作仍处于追赶阶段。而且缺乏自主知识产权的先进工具与仪器，使得我国钻井工艺技术的发展受制于国外。在解决复杂地层深井钻井井下复杂问题方面差距并不大。三、我国钻井水平与世界先进水平的主要差距4钻井研究室郭昭学利用己有理念、装备、技术…解决工程问题(钻井工艺技术)不落后。落后在于:新理念的产生;新装备、新仪器、新工具的研发;信息技术、智能化技术、自动化技术的密切结合与应用…差距在于创新能力:基础理论、实验基础研究不足;相关学科、技术领域的理论、知识及新成果引入和应用差;国内整体技术水平不足…三、我国钻井水平与世界先进水平的主要差距钻井研究室郭昭学国内钻井技术发展的主要要求：提高深井特别是复杂超深井的钻井能力，降低钻井风险，缩短钻井周期，是“十一五”乃至相当长时期内的主要研究课题，也是提高我国陆上油气勘探、开发效率急待解决的首要问题。利用钻井工程技术提高单井产量和采收率，增加可采储量，经济有效的开发边际油田和难动用储量。井下信息的随钻获取、钻井的自动化控制;建立钻井信息数据综合菅理与适时应用的钻井远程快速决策系统。也是二十一世纪钻井工程技术发展的主要内容。四、我国钻井技术发展的主要方向钻井研究室郭昭学四、我国钻井技术发展的主要方向缩小与国外先进水平的差距、赶上世界先进水平;解决当前钻井技术的主要技术难题(制约我国勘探开发进程的主要技术瓶颈)钻井研究室郭昭学五、当前钻井技术急待解决的主要技术难题(制约我国勘探开发进的主要技术瓶颈)随着我国石油天然气勘探开发目标进一步面向地质条件十分复杂的深层油气资源。近年来我国在复杂深井钻探中遇到高陡构造及逆掩推覆体防斜打快、井壁稳定、恶性漏失、窄密度窗口安全钻进、高研磨性地层钻速低、复杂井固井质量差等世界级的难题，导致深井钻井复杂事故多、钻井速度慢、周期长、成本高，已严重影响到我国油气资源重要接替区勘探开发的进程。成为严重阻碍勘探开发进程技术瓶颈。5钻井研究室郭昭学在我国,如何解决复杂地层深井(特别是深探井)钻井的主要技术难题引起了油气勘探和开发界高度关注。当前国外钻井先进技术的发展对于解决其中的某几个问题虽有一定的突破,但仍不能全面有效的解决它们。成为钻井工程所面临的重大挑战和发展机遇，钻井技术处于一个以解决这些难题打破这个瓶颈为重要标志的新的发展时期，也是我们钻井走问海外的技术支持和保证。五、当前钻井技术急待解决的主要技术难题钻井研究室郭昭学1.目前急待解决又没能很好解决的重大技术瓶颈(井下复杂与事故；):目前，国内外在漏、喷、塌、卡、斜……这些井下复杂与事故中，一般情况下各单项问题都已基本形成有效的解决技术(包括相关理论和方法)，除有待进一步完善提高外，已对钻井构不成普遍威胁.但是在深井复杂地层情况下仍有一系列难题未能很好解决。五、当前钻井技术急待解决的主要技术难题钻井研究室郭昭学⑴.复杂地层条件下的井壁稳定问题如深井、高温大段盐、膏、泥层的井壁稳定;山前高陡构造、破碎地层井壁稳定问题气体钻井转换泥浆后的井壁稳定问题……⑵.山前高陡构造防斜打快问题。(垂直钻井技术可望解决)⑶.超深井(≥7000M)高温(200—220℃)钻井和固井技术:我国井温180℃以下,密度＜2·00—2·30的泥浆技术己基本五、当前钻井技术急待解决的主要技术难题钻井研究室郭昭学(4)井漏问题(主要是指恶性漏失)及由此引发的一些井下复杂问题至今无一有效可靠的技术。主要由工程经验来解决问题。““恶性漏失恶性漏失””主要表现为漏失厉害并且很难堵住。它常主要表现为漏失厉害并且很难堵住。它常有两种不同的情况：有两种不同的情况：较大的天然裂缝及溶洞引起的有进无出的严重较大的天然裂缝及溶洞引起的有进无出的严重((漏速漏速很大、很难堵住很大、很难堵住……))漏失漏失长井段低承压地层长井段低承压地层““随机性、多点漏失随机性、多点漏失””((漏速很大、漏速很大、很难堵住很难堵住……))问题问题五、当前钻井技术急待解决的主要技术难题6钻井研究室郭昭学⑸.窄安全密度窗口安全钻井问题:当漏、喷、塌、…位于同一裸眼井段(同层)，则引发出多种复杂问题:主要归纳为窄或负安全密度窗口的安全钻井复杂问题，成为目前钻井工程亟待解决的重大技术难题，而喷和漏构成的窄或负安全密度窗口的安全钻井问题则更为复杂、困难和危险,是我们当前重点攻关解决的重大难题。五、当前钻井技术急待解决的主要技术难题钻井研究室郭昭学⑹.钻遇高压、高产、高含H2S(CO2)气层难题：①、H2S的高毒性所带来的重大技大难题及安全问题；②、H2S(CO2)的特殊腐蚀作用和高腐蚀性所带来的重大技术难题；③、H2S(CO2)在深井高温高压条件下的超临界态带来的重大技术难题：A.超强的特殊腐蚀作用。B.元素硫沉积带来的难题。C.对井控带来复杂影响所引起的重大技术难题……。这是当前我国正在全力进行攻关的重大技术难题。五、当前钻井技术急待解决的主要技术难题钻井研究室郭昭学2.关于提高机械钻速当前、深井复杂井钻速低是制约我国油气勘探开发事业发展瓶颈的重要表现之一。其中除井下复杂与事故的影响外,努力提高机械钻速是一重要方面。高陡构造的防