淺談鉆井技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

【摘要】隨著油田的深入開(kāi)發(fā)，鉆井技術(shù)有了質(zhì)的發(fā)展，鉆井工藝技術(shù)研究、破巖機(jī)理研究、固控技術(shù)研究、鉆井儀表技術(shù)研究、保護(hù)油氣層鉆井完井液技術(shù)研究以及三次采油鉆井技術(shù)等都取得了科研成果，施工技術(shù)逐漸多樣化，目前已在水平井、徑向水平井、小井眼鉆井、套管開(kāi)窗側(cè)鉆井、欠平衡壓力鉆井等方面獲得了突破。一些先進(jìn)的鉆井技術(shù)走出國(guó)門(mén)，走向世界，如：計(jì)算機(jī)控制下套管技術(shù)、套管試壓技術(shù)、隨鉆測(cè)斜技術(shù)、密閉取心技術(shù)、固控裝備、鉆井儀表、鉆井液監(jiān)測(cè)技術(shù)、MTC固井技術(shù)及化學(xué)堵漏技術(shù)等，本文就國(guó)內(nèi)鉆井技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行分析。

【關(guān)鍵詞】鉆井技術(shù)；發(fā)展趨勢(shì)；油田開(kāi)發(fā)

引言

通過(guò)鉆井技術(shù)及管理人員的不懈努力，鉆井硬件設(shè)施已經(jīng)比較完善，很多鉆井公司配備了先進(jìn)的鉆井工藝實(shí)驗(yàn)室、固控設(shè)備實(shí)驗(yàn)室、鉆井儀表實(shí)驗(yàn)室、油田化學(xué)實(shí)驗(yàn)室、高分子材料試驗(yàn)車(chē)間、全尺寸科學(xué)實(shí)驗(yàn)井等，這些硬件設(shè)施滿(mǎn)足了各種鉆井工程技術(shù)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用的需要。鉆井技術(shù)也有了長(zhǎng)足發(fā)展，具備了世界先進(jìn)水平，鉆井技術(shù)的進(jìn)步為油田科技事業(yè)的發(fā)展做出了積極的貢獻(xiàn)，并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，如TZC系列鉆井參數(shù)儀作為技術(shù)產(chǎn)品曾多次參與國(guó)內(nèi)重點(diǎn)探井及涉外鉆井工程技術(shù)服務(wù)，并受到外方的認(rèn)可。多年來(lái)，由于不斷進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)研究與新技術(shù)的推廣應(yīng)用，水平井鉆井技術(shù)迅速提高。水平鉆進(jìn)技術(shù)是在定向井技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)鉆進(jìn)新技術(shù)，其特點(diǎn)是能擴(kuò)大油氣層裸露面積、顯著提高油氣采收率及單井油氣產(chǎn)量。對(duì)于薄油層高壓低滲油藏以及井間剩余油等特殊油氣藏，水平井技術(shù)更具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

1、鉆井技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

從世界能源消耗趨勢(shì)看，還是以油氣為主，在未來(lái)能源消耗趨勢(shì)中，天然氣的消耗增加較快，但是在我國(guó)仍然以石油、煤炭作為主要能源。盡管如此，我國(guó)的油氣缺口仍然很大，供需矛盾很突出，60%石油需要進(jìn)口，從鉆井的歷史看，我國(guó)古代鉆井創(chuàng)造了輝煌歷史，近代鉆井由領(lǐng)先淪為落后，現(xiàn)代鉆井奮起直追，逐步縮小差距，21世紀(jì)鉆井技術(shù)有希望第二次走向輝煌。隨著鉆進(jìn)區(qū)域的不斷擴(kuò)大及鉆井難度的不斷增加，各種新的鉆井技術(shù)不斷出現(xiàn)，目前，水平井鉆井技術(shù)逐漸成為提高油氣勘探開(kāi)發(fā)最有效的手段之一。各種先進(jìn)的鉆井技術(shù)在油田開(kāi)發(fā)中顯示出了其優(yōu)越性，新技術(shù)、新工藝日益得到重視和推廣應(yīng)用。例如：旋轉(zhuǎn)鉆井技術(shù)，是目前世界上主要的鉆井技術(shù)，旋轉(zhuǎn)鉆井方式有以下幾種：轉(zhuǎn)盤(pán)（或頂驅(qū)）驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)鉆井方式、井下動(dòng)力與鉆柱復(fù)合驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)鉆井方式（雙驅(qū)）、井下動(dòng)力鉆具旋轉(zhuǎn)鉆井方式、特殊工藝旋轉(zhuǎn)鉆井方式：欠平衡鉆井、套管鉆井、連續(xù)管鉆井、膨脹管鉆井等、沖旋鉆井方式（空氣錘鉆井等）。其中，沖擊旋轉(zhuǎn)鉆井就是在普通旋轉(zhuǎn)鉆井鉆頭上部接一個(gè)沖擊器。沖擊器（有液動(dòng)沖擊器，氣動(dòng)錘等）是一種井底動(dòng)力機(jī)械，依靠高壓鉆井流體，推動(dòng)其活塞沖錘上下運(yùn)動(dòng)，撞擊鐵砧，并通過(guò)滑接套傳遞給鉆頭，鉆頭在沖擊動(dòng)載和靜壓回轉(zhuǎn)的聯(lián)合作用下破碎巖石。沖擊力不同于靜壓力，它是一種加載速度極大的動(dòng)載荷，作用時(shí)間極短，巖石中的接觸應(yīng)力瞬時(shí)可達(dá)最大值并引起應(yīng)力集中，巖石不易產(chǎn)生塑性變形，表現(xiàn)為脆性增加，巖石易形成大體積破碎，提高鉆井速度。從破巖機(jī)理來(lái)看，空氣錘鉆井主要依靠空氣錘活塞對(duì)鉆頭的高頻沖擊作用破巖，而不需要采用大鉆壓迫使鉆頭吃入地層破巖。因此，鉆井作業(yè)中，空氣錘鉆井技術(shù)是采用低轉(zhuǎn)速（20～30rpm）、小鉆壓（5～10kN）及高頻震擊破巖方式的鉆進(jìn)技術(shù)，既能有效滿(mǎn)足井斜控制要求，又能大幅度提高機(jī)械鉆速，是一種比較理想的防斜打快鉆井技術(shù)。

2、與鉆井技術(shù)相關(guān)難題分析

（1）針對(duì)我國(guó)復(fù)雜深井和超深井鉆井工程中面臨的嚴(yán)重井斜和低效率等技術(shù)難題，應(yīng)積極組織優(yōu)勢(shì)力量，從客觀(guān)（地層各向異性）和主觀(guān)（垂鉆系統(tǒng)）兩個(gè)方面進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)研究，以期盡快獲得具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的先進(jìn)控制工具、科學(xué)計(jì)算軟件及智能鉆井系統(tǒng)等。隨著材料、信息、測(cè)量與控制等相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域的發(fā)展，鉆井與油氣井工程技術(shù)不斷朝著信息化、智能化及自動(dòng)化的方向發(fā)展，如旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)、智能完井等。應(yīng)積極發(fā)展膨脹管技術(shù)，以便徹底革新井身結(jié)構(gòu)，推動(dòng)油氣井工程的技術(shù)革命。這不僅能夠大幅度提高石油工程效率和效益，而且能夠?yàn)椴粩鄤?chuàng)造人類(lèi)“入地、下?！钡男录o(jì)錄提供高技術(shù)支持。

（2）復(fù)雜結(jié)構(gòu)井、深井超深井、高危氣井及特殊工藝鉆井等技術(shù)系列，在20世紀(jì)90年代已得到迅速發(fā)展與應(yīng)用。進(jìn)入21世紀(jì)后，這些技術(shù)系列仍是油氣資源勘探與開(kāi)發(fā)所需要的關(guān)鍵技術(shù)系列，并將得到進(jìn)一步發(fā)展與提高。與國(guó)外先進(jìn)水平相比，我國(guó)在這些技術(shù)方面整體上仍存在較大的差距。國(guó)外先進(jìn)的自動(dòng)垂鉆系統(tǒng)，雖然可以在昂貴的復(fù)雜深井和超深井垂直鉆井工程中發(fā)揮有效作用，但目前的技術(shù)水平仍在使用條件上具有一定的局限性，在實(shí)際工作中應(yīng)注意對(duì)其進(jìn)行科學(xué)評(píng)估與合理選用。

（3）鉆井逐漸與錄井、測(cè)井及地震等信息技術(shù)融為一體，以有效地解決鉆井過(guò)程中的不確定性問(wèn)題，從而可提高油氣鉆探與開(kāi)發(fā)的效果和效益，如LWD和SWD等技術(shù)即為典型例證。

3、油氣鉆井技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

油氣井包括普通結(jié)構(gòu)井和復(fù)雜結(jié)構(gòu)井。復(fù)雜結(jié)構(gòu)井包括多分支井、大位移井、水平井、復(fù)雜地條件下的深井超深井、高危氣井、高溫高壓氣井等。地下環(huán)境的復(fù)雜性及其不確定性（地應(yīng)力、地層壓力、各向異性、可鉆性、理化特性、不穩(wěn)定性等地層特性十分復(fù)雜和異常）給油氣鉆探造成極大困難：鉆井事故多、速度慢、質(zhì)量差、效益低（成本高），嚴(yán)重制約了油氣勘探開(kāi)發(fā)的步伐。目前，鉆井復(fù)雜深井油氣鉆探難度很大，鉆井技術(shù)正在根據(jù)實(shí)際需求，不斷攻克難關(guān)，未來(lái)鉆井技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)：大位移井技術(shù)在我國(guó)逐步應(yīng)用，采用大位移井技術(shù)已經(jīng)開(kāi)發(fā)了南海西江24-1油田和流花11-1油田；欠平衡鉆井技術(shù)正在各大油田推廣應(yīng)用；國(guó)外已經(jīng)成熟的CTD（連續(xù)管鉆井）技術(shù)，我國(guó)也逐漸開(kāi)始常識(shí)應(yīng)用；膨脹管鉆井技術(shù)和套管鉆井技術(shù)也有了實(shí)質(zhì)性發(fā)展；旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)正在研制中；鉆井向地球的更深處鉆探、井身結(jié)構(gòu)有重大革新、挑戰(zhàn)大位移井延伸極限、鉆井的信息化與智能化發(fā)展、井下測(cè)量與可視化計(jì)算。

結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)歷代鉆井人員的努力，國(guó)內(nèi)各油田鉆井隊(duì)伍不斷壯大，鉆井裝備水平逐漸提高，生產(chǎn)管理水平實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化，眾多先進(jìn)鉆井技術(shù)已經(jīng)達(dá)到世界先進(jìn)水平。但是，隨著油田開(kāi)發(fā)的不斷深入，油田開(kāi)采難度逐漸加大，勘探開(kāi)發(fā)有了更高的要求，這給鉆井技術(shù)帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)，鉆井難度不斷加大。相信在鉆井人員在苦難面前一定能夠正確面對(duì)，一定能夠不斷的進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新和技術(shù)進(jìn)步，一定能夠不斷解決世界性難題，為油田勘探開(kāi)發(fā)打下良好的基礎(chǔ)作用。

參考文獻(xiàn)

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