国内外钻井新技术

国内外钻井新技术调研中石化集团公司情报调研项目汇报内容一、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、前沿钻井技术开发与实验六、钻井成本分析及发展趋势五、成熟钻井技术新进展近年来，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。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。二、国内外钻井新技术概况汇报内容二、国内外钻井新技术概况四、前沿钻井技术开发与实验六、钻井成本分析及发展趋势五、成熟钻井技术新进展三、国外创新钻井技术一、课题情况简介三、国外创新钻井技术（四）实体膨胀管技术（二）套管钻井技术（一）自动化（闭环）钻井技术（三）连续管钻井技术（六）反循环钻井技术（五）三维可视化钻井技术自动化（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。自动化(闭环)钻井技术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的发展阶段闭环钻井系统的组成闭环钻井系统井下系统地面监控系统地面分析模拟系统信号接收/传输系统高性能井下可控工具先进的井下测量工具PowerDriveSRDGeo-pilotAutoTrakRCLS国外先进的旋转闭环系统产品该系国外目前有三种井下闭环钻井系统最为先进和成熟。它们均采用先进的旋转导向技术控制井眼轨迹。30'40'50'70'60'90'80'2000'年代斜向器井下马达弯外壳马达旋转导向WLMWDMWDLWD滑动导向革命性进步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。提高机械钻速增强井眼净化效果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旋转导向代替了传统的滑动导向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斯伦贝谢公司的PowerDrive系统最新进展1）小井眼旋导系统PowerDriveXtra4752）大尺寸旋导系统外径：120.7mm所钻最大井眼：463.6mm斯伦贝谢公司的PowerDrive系统贝克休斯Inteq的AutoTrak系统最新进展2002年推出了第三代AutoTrak系统。该系统是目前应用最广泛的井下闭环钻井系统。它是在早期的垂直钻井系统VDS、SDD的基础上发展起来的。到2002年9月，累积钻进超过160万米。哈里伯顿斯派里森公司的Geo-Pilo系统悬挂轴承偏心环偏置机构旋转心轴聚焦轴承不旋转外筒该系统是一种静态指向钻头式旋导系统。通过放置在不旋转外筒内的两个互相嵌套的偏心环的相对运动偏置钻柱。截止到2002年，该系统已完成了70口井次的商业应用。三、国外创新钻井技术（四）实体膨胀管技术（二）套管钻井技术（一）自动化（闭环）钻井技术（三）连续管钻井技术（六）反循环钻井技术（五）三维可视化钻井技术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。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。套管钻井的概念•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%。套管钻井技术的优势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；６）利用套管钻井技术可实现“无隔水管法”下表层套管。套管钻井技术的适用情况套管钻井的装备包括地面装备和井下装备套管钻井的装备Tesco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Tesco公司套管钻井地面装备钢丝绳绞车套管驱动头钻机就位及安装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。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。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（MWD/LWD）、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。Tesco公司套管钻井井下钻具正常的套管钻进更换新套管继续钻进套管钻井技术的其他进展1.威德福公司的套管钻井技术特制的可钻掉钻头新型张开式钻头2.新型套管螺纹接头1）格兰特公司的偶合式套管螺纹接头（DWC/C）2）Hunting偏梯形KC可转换套管螺纹接头3）Hydril500系列楔形套管螺纹接头三、国外创新钻井技术（四）实体膨胀管技术（二）套管钻井技术（一）自动化（闭环）钻井技术（三）连续管钻井技术（六）反循环钻井技术（五）三维可视化钻井技术连续管钻井技术1、概况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；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；斯伦贝谢、哈里伯顿、贝克休斯、BJ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。1）2）3）4）连续管钻井技术•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2、连续管钻井地面配套设备的重大改进连续管钻井技术3、连续管钻机的设计创新1）Galileo连续管钻机贝克休斯公司的Galileo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Galileo连续管钻机连续管钻井技术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Dreco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。带井架的车装连续管钻机技术参数：注入头拉力载荷907kN,滚筒外径5.84m；连续管容量：9114m（Ø60.3mm连续管）连续管钻井技术4、连续管钻井底部钻具组合的重大突破电缆头电动松脱机构连续管接头钻压/压力/震动/测量短节遥测系统伽马射线与导向工具电定向器带弯接头的马达钻头1）COLT底部钻具组合由英国AnTech公司开发，核心是一种新型的、能精确调整方向的电动定向工具（电定向器，可确保对钻头和马达的平稳控制。连续管钻井技术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XL技术公司、TSL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。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。连续管钻井技术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。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连续管钻井技术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连续管超高压钻井系统高压射流切割出的沟槽连续管钻井技术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Maurer工程公司和BJ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（68.95MPa）连续管钻井系统并投入商业应用。•高压马达（68.95MPa）•高强度连续管壁厚:5.16mm外径:50.8mm破裂强度:136.52MPa•高压钻头•高压水龙头（103.43MPa)高压装备三、国外创新钻井技术（四）实体膨胀管技术（二）套管钻井技术（一）自动化（闭环）钻井技术（三）连续管钻井技术（六）反循环钻井技术（五）三维可视化钻井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。（一）实体膨胀管技术*壳牌公司在1993年左右最先进行了实体膨胀管实验。钢管初始直径4”，膨胀率约22%。实体膨胀管膨胀实验*1998年7月，壳牌公司与GrantPrideco公司合作开发了可膨胀接头。膨胀后可以保持机械和水力的完整性。这是膨胀管技术的重大突破。133/8”套管接头膨胀实验膨胀压力：12.4MPaEnventur环球技术公司Enventure环球技术公司是壳牌公司与哈里伯顿公司成立的合资公司，主要负责实体膨胀管的开发、销售并提供技术服务。1.可膨胀裸眼尾管系统2.可膨胀套管井衬管系统3.可膨胀尾管旋挂器4.全井同尺寸套管系统公司简介主要产品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。1.可膨胀裸眼尾管系统(OHL)可膨胀裸眼尾管系统作业演示2.套管井可膨胀衬管系统（CHL)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。2002年9月，Enventure公司在马来西亚的一口气井中安装并膨胀了1373m的衬管。3.可膨胀尾管悬挂器系统（ELH)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。传统尾管悬挂器可膨胀尾管悬挂器4.全井同尺寸膨胀套管系统全井同尺寸套管技术是Enventure公司大力开发的新的膨胀管系统，该技术消除了目前油井设计中存在的缩径效应，最终实现使用一种直径钻头钻进，并用同一直径套管完井。壳牌公司于2002年9月17日首次成功地在得克萨斯州一口气井的部分井段应用全井同尺寸膨胀套管系统。全井同尺寸套管程序与其他套管程序对比实体膨胀管在我国的首次应用合作单位：钻井工艺研究院、黄河钻井三公司、Enventure公司井位：现河采油厂通61-侧162井段铣井段：1870-1895米窗口：1880米最大井斜：47.96o膨胀前外径：107.995mm膨胀后外径：120.83mm膨胀前内径：95.25mm膨胀后内径：108.97mm内径膨胀率：14.4%膨胀前长度：389.37m膨胀后长度：383.25m裸眼井径：140mm膨胀时间：2003年12月6日6：25--13：00据2003年在美国油气杂志发表的3篇文献的报道，鞑靼石油研究设计院的实体膨胀管技术在前苏联居领先地位。其膨胀管使用享有