鉆井工程技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

葉海超

中國(guó)石化石油工程技術(shù)研究院

降低成本、提高效益是所有油氣企業(yè)的追求。隨著油氣勘探開發(fā)程度的不斷深入，低滲低產(chǎn)低品位、深層特深層、深海極地、非常規(guī)等油氣資源對(duì)鉆井工程提出了更高要求，提升鉆井技術(shù)裝備水平是實(shí)現(xiàn)各類油氣資源高效經(jīng)濟(jì)勘探開發(fā)的重要手段。近年來(lái)鉆井工程快速發(fā)展，特別是水平井鉆井及分段壓裂、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向、深水鉆井等技術(shù)取得重大突破，拓寬了油氣勘探開發(fā)領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)了深水、深層、致密油氣和頁(yè)巖油氣等資源的經(jīng)濟(jì)有效開發(fā)。全面了解國(guó)內(nèi)外鉆井工程應(yīng)用與研究現(xiàn)狀，把握技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)調(diào)整和優(yōu)化我國(guó)鉆井工程研發(fā)方向、加快技術(shù)發(fā)展具有重要意義。

1 鉆完井技術(shù)研究現(xiàn)狀

近幾年鉆完井技術(shù)的研發(fā)重點(diǎn)主要集中在鉆井提速、安全鉆井、自動(dòng)化鉆井、儲(chǔ)層改造和新型鉆井流體等方面。

1.1 鉆井提速技術(shù)

1.1.1 石油鉆機(jī)

為了滿足不同地層與地表狀況施工需要、提高作業(yè)效率、降低成本，國(guó)外公司研制了快速移動(dòng)鉆機(jī)和連續(xù)運(yùn)動(dòng)鉆機(jī)。美國(guó)Veristic公司研發(fā)的步進(jìn)式液壓快速移動(dòng)鉆機(jī)（圖1）具有整體搬遷和8方向“米”字移動(dòng)功能，移動(dòng)速度達(dá)到0.2m/min，在Fayetteville頁(yè)巖氣區(qū)應(yīng)用，34d完成5井組井工廠鉆井作業(yè)。挪威油井系統(tǒng)技術(shù)集團(tuán)研發(fā)的連續(xù)運(yùn)動(dòng)鉆機(jī)由2套起升系統(tǒng)組成，鉆桿下入速度達(dá)3600m/h，鉆井周期可節(jié)約30%～40%。中國(guó)石油天然氣集團(tuán)有限公司（簡(jiǎn)稱中國(guó)石油）研制的四單根立柱9000m超深井鉆機(jī)，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，與常規(guī)鉆機(jī)相比，鉆井生產(chǎn)運(yùn)行費(fèi)用降低37%，起下鉆作業(yè)時(shí)間可降低20%以上[1]。

圖1 步進(jìn)式液壓快速移動(dòng)鉆機(jī)

1.1.2 高效破巖鉆頭

當(dāng)前，新材料、個(gè)性設(shè)計(jì)、3D打印等技術(shù)被廣泛應(yīng)用于鉆頭的研發(fā)與制造[2-7]。斯倫貝謝公司研制的LWD、高造斜率旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)一體化PDC鉆頭，實(shí)現(xiàn)“造斜段+水平段”一趟鉆進(jìn)，提高了斜井段和水平段的機(jī)械鉆速；深層脫鈷PDC鉆頭在印度Barmer盆地硬地層應(yīng)用，平均機(jī)械鉆速為10.7m/h，較普通鉆頭鉆速提高47%；旋轉(zhuǎn)切削齒PDC鉆頭（圖2a）實(shí)現(xiàn)了切削齒旋轉(zhuǎn)切削和均勻磨損，鉆速提高26%，壽命延長(zhǎng)6倍以上；錐形切削齒PDC鉆頭（圖2b）可有效減少鉆頭的扭矩波動(dòng)，在美國(guó)Williston盆地的垂直段和水平段使用，平均機(jī)械鉆速增幅超過(guò)46%，最高達(dá)77%。貝克休斯公司研制的大尺寸6刀翼PDC鉆頭，采用鉆頭與井下鉆具組合（BHA）一體化設(shè)計(jì)，大幅度提高導(dǎo)向工具的造斜性能和鉆頭的耐磨性，延長(zhǎng)了鉆頭使用壽命。

圖2 高效破巖鉆頭

1.1.3 動(dòng)力鉆具及輔助破巖工具

近幾年動(dòng)力鉆具及輔助破巖工具研發(fā)取得了較大進(jìn)展。加拿大DRECO公司研發(fā)的低速大扭矩螺桿，轉(zhuǎn)速為100～110r/min，制動(dòng)扭矩為15000N·m，提速達(dá)31%。俄羅斯VNIIBT（VNIIBT-Drilling tools Ltd）公司研制的NGT中高速渦輪鉆具，轉(zhuǎn)速為400～600r/min，制動(dòng)扭矩為3940N·m，壽命達(dá)1200h。Smith公司研制的耐高溫長(zhǎng)壽命渦輪鉆具，耐溫300℃，一次鉆進(jìn)時(shí)間達(dá)到358h。國(guó)民油井公司（NOV）研發(fā)的水力沖擊錘在硬地層應(yīng)用，鉆井進(jìn)尺和平均機(jī)械鉆速與同類井下動(dòng)力鉆具相比均提高180%以上[8]。阿特拉能源技術(shù)有限公司（Korla Energy Technologies Co., Ltd.）研制的扭力沖擊器（TorkBuster），沖擊頻率為750～1500次/min，機(jī)械鉆速提高150%以上，鉆頭壽命延長(zhǎng)50%。中國(guó)石油集團(tuán)工程技術(shù)研究院有限公司（簡(jiǎn)稱中石油工程院）研制的可調(diào)頻率脈沖提速工具使用壽命超200h，提速30%以上。中國(guó)石化石油工程技術(shù)研究院（簡(jiǎn)稱中石化工程院）研制的射流式?jīng)_擊器在硬地層機(jī)械鉆速可提高30%～80%。

1.2 安全鉆井技術(shù)

為了保障鉆井安全，精細(xì)控壓鉆井、無(wú)風(fēng)險(xiǎn)鉆井和地層深層探測(cè)等技術(shù)得到快速發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了鉆井復(fù)雜故障的提前預(yù)測(cè)、實(shí)時(shí)判斷和及時(shí)控制。

1.2.1 地層深層探測(cè)技術(shù)

為了預(yù)防鉆井風(fēng)險(xiǎn)、優(yōu)化鉆井方案、減少鉆井復(fù)雜故障，斯倫貝謝、貝克休斯等公司開展了地層深層探測(cè)技術(shù)研究[9-10]。斯倫貝謝公司研發(fā)的PeriScope隨鉆電磁波電阻率測(cè)井技術(shù)，具有360°連續(xù)測(cè)量和深度成像功能，可探測(cè)井眼周圍及鉆頭前方33m地層情況，提高鉆井井眼軌跡控制精度。貝克休斯公司研發(fā)的SeismicTrak隨鉆地震技術(shù)（圖3），能夠探測(cè)鉆頭前方數(shù)百米甚至上千米的地層壓力變化和儲(chǔ)層特性，為及時(shí)調(diào)整井眼軌跡、鉆井密度、避免井下復(fù)雜情況提供預(yù)見性指導(dǎo)。

圖3 φ178mm SeismicTrak工具

1.2.2 無(wú)風(fēng)險(xiǎn)鉆井

無(wú)風(fēng)險(xiǎn)鉆井技術(shù)（No Drilling Surprise，簡(jiǎn) 稱NDS）可預(yù)判、評(píng)估、避免鉆井風(fēng)險(xiǎn)，提高鉆井施工效率。斯倫貝謝公司研發(fā)的NDS系統(tǒng)由隨鉆測(cè)量、地質(zhì)力學(xué)模型、風(fēng)險(xiǎn)管理、孔隙壓力預(yù)測(cè)和可視化等技術(shù)組成，實(shí)現(xiàn)了待鉆地層、儲(chǔ)層的預(yù)測(cè)和作業(yè)方案優(yōu)化。挪威e-Drilling Solutions公司研發(fā)的eDrilling自動(dòng)化鉆井系統(tǒng)，集鉆井仿真模擬、實(shí)時(shí)3D可視化和遠(yuǎn)程專家決策于一體，可進(jìn)行待鉆井?dāng)?shù)字化預(yù)演、復(fù)雜故障預(yù)判和儲(chǔ)層鉆進(jìn)描述。貝克休斯公司開發(fā)的Copilot隨鉆診斷系統(tǒng)，配套多種傳感器，可實(shí)時(shí)測(cè)量鉆頭鉆壓、鉆具扭矩和轉(zhuǎn)速、動(dòng)力鉆具轉(zhuǎn)速和彎曲力矩、環(huán)空壓力、井眼壓力等參數(shù)，有效識(shí)別井下情況與風(fēng)險(xiǎn)。中石化工程院開展了地球物理指導(dǎo)鉆井技術(shù)(Geophysical-Guided Drilling，GGD )研究，開發(fā)的碳酸鹽巖地層壓力預(yù)測(cè)技術(shù)誤差控制在10%之內(nèi)。

1.2.3 精細(xì)控壓鉆井技術(shù)

精細(xì)控壓鉆井技術(shù)能夠有效控制井底壓力和環(huán)空流量，預(yù)防井噴、井漏和井壁垮塌等復(fù)雜故障的發(fā)生，有利于保護(hù)油氣層，為窄密度窗口地層安全鉆井提供了有效的技術(shù)手段。主要公司、技術(shù)特點(diǎn)和性能指標(biāo)見表1。

表1 常見的精細(xì)控壓技術(shù)特點(diǎn)及指標(biāo)

1.3 自動(dòng)化鉆井技術(shù)

1.3.1 自動(dòng)化鉆井裝備

自動(dòng)化鉆機(jī)、自動(dòng)化測(cè)量系統(tǒng)、自動(dòng)化控制系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用，加速推進(jìn)了自動(dòng)化鉆井技術(shù)的發(fā)展。意大利Drillmec公司研制的AHEAD自動(dòng)化鉆機(jī)具備液壓和電動(dòng)雙驅(qū)動(dòng)，配套有全自動(dòng)離線處理、連續(xù)循環(huán)與流量監(jiān)測(cè)等系統(tǒng)，具有智能鉆桿、連續(xù)循環(huán)、流量監(jiān)控和自動(dòng)送鉆等功能，鉆井效率提高50%以上。國(guó)民油井公司研發(fā)的自動(dòng)化閉環(huán)鉆井系統(tǒng)，可實(shí)時(shí)獲取鉆壓、井下振動(dòng)、井底壓力等參數(shù)，能自動(dòng)優(yōu)化地面、井下設(shè)備和工具參數(shù)，在美國(guó)Eagle Ford頁(yè)巖區(qū)成功應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)機(jī)械鉆速最大化，試驗(yàn)井平均日進(jìn)尺提高17%。巴西國(guó)家石油公司開發(fā)的在線鉆井液測(cè)試系統(tǒng)，能自動(dòng)監(jiān)測(cè)鉆井液流變性、電導(dǎo)率、濾失量、密度、硫化氫含量、pH值、固相含量和粒徑分布等參數(shù)，可預(yù)測(cè)分析鉆井液性能變化趨勢(shì)并給出調(diào)整建議。挪威機(jī)器人鉆井系統(tǒng)公司（Robotic Drilling System）開發(fā)的全自動(dòng)鉆臺(tái)機(jī)器人（圖4），可以實(shí)現(xiàn)鉆桿自動(dòng)化處理，現(xiàn)已進(jìn)入推廣應(yīng)用階段。

圖4 全自動(dòng)鉆臺(tái)機(jī)器人

1.3.2 井下自動(dòng)控制技術(shù)

井下自動(dòng)控制技術(shù)進(jìn)展主要體現(xiàn)在井下信號(hào)隨鉆傳輸技術(shù)和井下自動(dòng)鉆井系統(tǒng)。隨鉆測(cè)量信號(hào)傳輸方面，提升鉆井液脈沖信號(hào)傳輸性能的同時(shí)，開發(fā)了電磁傳輸、聲波傳輸和有線鉆桿等多種技術(shù)。斯倫貝謝公司研發(fā)的新一代MWD鉆井液脈沖數(shù)據(jù)傳輸平臺(tái)DigiScope和XACT公司研發(fā)的鉆柱聲波傳輸系統(tǒng)，有效解決了傳輸數(shù)據(jù)量低、傳輸速率慢、脈沖噪聲影響、調(diào)速限制、空氣鉆井信號(hào)和泡沫鉆井信號(hào)傳輸難等難題。國(guó)民油井公司開發(fā)的Intelliserv智能鉆桿，傳輸速率為2Mb/s，被譽(yù)為近25年來(lái)鉆井技術(shù)最為重要的進(jìn)步之一[11]。

井下自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展主要表現(xiàn)在自動(dòng)垂直鉆井系統(tǒng)和旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)的研發(fā)與性能提升，在實(shí)現(xiàn)地層多參數(shù)精細(xì)評(píng)價(jià)和井眼軌跡高精度控制的同時(shí)，測(cè)控性能大幅提高。自動(dòng)垂直鉆井系統(tǒng)和旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)主要研發(fā)廠家及系統(tǒng)性能詳見表2[12-18]。

表2 常見的自動(dòng)垂直鉆井系統(tǒng)和旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)

1.4 鉆井液及水泥漿固井技術(shù)

1.4.1 鉆井液技術(shù)

鉆井液研發(fā)重點(diǎn)集中在耐高溫、強(qiáng)抑制、強(qiáng)封堵、環(huán)保性和防漏堵漏等性能提高方面。目前，水基鉆井液的最高使用溫度為243℃，最高密度為2.87g/cm3；油基鉆井液最高使用溫度、密度分別為265℃、2.39g/cm3，斯倫貝謝公司開發(fā)的超高溫高壓油基鉆井液密度為2.39g/cm3，在260℃條件下性能穩(wěn)定，高溫高密度水基鉆井液耐溫為232℃，密度為2.3g/cm3。哈里伯頓、貝克休斯等公司新研發(fā)的頁(yè)巖氣水基鉆井液能夠阻止孔隙壓力傳遞、封堵微裂縫，具有強(qiáng)抑制、高潤(rùn)滑、降摩阻、低濾失、防止泥包和環(huán)境友好等特點(diǎn)，在頁(yè)巖氣鉆井中廣泛應(yīng)用。得克薩斯大學(xué)開發(fā)的納米顆粒頁(yè)巖抑制劑，可減少頁(yè)巖井壁失穩(wěn)問題，為使用水基鉆井液鉆穿頁(yè)巖地層提供了安全保障。挪威Wellcem公司和沙特阿美公司研發(fā)的熱活性樹脂堵漏材料可在地層溫度下快速固化，固結(jié)溫度為20～150℃，密度為0.75～2.5g/cm3，可用于窄密度窗口的安全鉆井[19]。哈里伯頓公司研制的氟基抗高溫鉆井液，采用全氟聚醚、氟乳化劑和氯化鈣鹽水配制而成，具有熱穩(wěn)定性高、抗氧化性強(qiáng)等特點(diǎn)，抗溫達(dá)343℃以上。中國(guó)石油研制的高溫高密度水基鉆井液，耐溫為232℃，密度為2.3g/cm3。中石化工程院研制的超高密度鉆井液最高密度達(dá)到2.87g/cm3。

1.4.2 水泥漿固井技術(shù)

近年來(lái)，水泥漿固井技術(shù)研發(fā)重點(diǎn)主要包括多功能、耐腐蝕、耐沖擊、耐大溫差、保證施工安全、提高固井質(zhì)量等。斯倫貝謝、哈里伯頓等公司相繼開發(fā)了防氣竄、自愈合、高密度和非常規(guī)水泥漿固井技術(shù)。斯倫貝謝開發(fā)的FlexSTONE水泥漿體系具有膨脹、彈韌性、高強(qiáng)度、防氣竄、耐沖擊、保持水泥環(huán)完整性等特點(diǎn)，耐溫260℃，密度為1.5～2.50g/cm3。哈里伯頓研發(fā)的樹脂水泥固井技術(shù)解決了傳統(tǒng)水泥漿脆性、收縮問題，具有井筒長(zhǎng)期密封和層間封隔性，已成功進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。美國(guó)Oceanit公司研發(fā)的納米智能水泥，可對(duì)壓力、溫度等條件的改變做出響應(yīng)，當(dāng)固井水泥出現(xiàn)早期裂紋時(shí)，能夠自感應(yīng)修復(fù)。斯倫貝謝研發(fā)的納米硅促凝劑，與CaCl2促凝劑相比，48h和7d的水泥石抗壓強(qiáng)度分別提高30%和136%[20]。中石化工程院研制的超高密度水泥漿體系在官深1井獲得應(yīng)用，最高密度達(dá)到2.82g/cm3。

1.5 隨鉆地層測(cè)試技術(shù)

近幾年，國(guó)外隨鉆地層測(cè)試技術(shù)發(fā)展迅速，實(shí)現(xiàn)了地層取樣測(cè)試分析和地層壓力測(cè)量。哈里伯頓研發(fā)的RezConnect智能測(cè)試系統(tǒng)，能夠適時(shí)測(cè)量井下數(shù)據(jù)、分析儲(chǔ)層動(dòng)態(tài)、反饋井下信息，實(shí)現(xiàn)了鉆井方案的及時(shí)優(yōu)化和快速?zèng)Q策。該系統(tǒng)由無(wú)線傳輸系統(tǒng)、智能測(cè)試閥和單相取樣器組成，耐溫204℃，耐壓140MPa。其無(wú)線傳輸系統(tǒng)具有雙向傳輸?shù)奶攸c(diǎn)，既能將井底壓力數(shù)據(jù)傳輸至地面，實(shí)時(shí)監(jiān)控測(cè)試狀態(tài)，也能將地面指令傳達(dá)至工具。智能測(cè)試閥集選擇測(cè)試閥、OMNI循環(huán)閥、油管試壓閥和壓力計(jì)托筒于一身，能夠進(jìn)行井下開關(guān)、循環(huán)等作業(yè)，并及時(shí)反饋操作結(jié)果。單相取樣器帶有 9 只取樣腔，具有全過(guò)程全封閉、多次取樣、壓力補(bǔ)償、防止樣品污染、精確記錄取樣地層溫度和壓力的能力。

斯倫貝謝開發(fā)的三維徑向探測(cè)儀（Saturn 3D radial probe）（圖5），具有徑向探測(cè)延伸功能，可進(jìn)行地層動(dòng)態(tài)流體取樣和壓力測(cè)量。該系統(tǒng)安裝4個(gè)間隔90°的自封吸附式探測(cè)器，探測(cè)流體徑向范圍達(dá)到0.05m2，較常規(guī)地層測(cè)試儀增加了1200%，能夠在0.01mD/（mPa·s）的低流動(dòng)性和低滲透性地層中進(jìn)行壓力測(cè)試，在墨西哥成功地在抗壓強(qiáng)度為300psi（2068.8kPa）的欠膠結(jié)地層中進(jìn)行了流體取樣。

圖5 三維徑向探測(cè)儀

中海油田服務(wù)股份有限公司研制的隨鉆地層壓力測(cè)試儀（IFPT）可以定點(diǎn)實(shí)時(shí)測(cè)量地層壓力和流度，最大工作溫度和壓力是150℃、138MPa，地層最大測(cè)量壓力為110MPa。中石油工程院研制的井底環(huán)空壓力隨鉆測(cè)量系統(tǒng)，能夠精確測(cè)量井底環(huán)空及柱內(nèi)壓力和溫度，可單獨(dú)使用也可與MWD對(duì)接使用，最高使用溫度和壓力為150℃、170MPa。塔爾薩大學(xué)開發(fā)的微芯片測(cè)量?jī)x（圖6）可以通過(guò)鉆井液循環(huán)測(cè)定井底溫度、環(huán)空壓力數(shù)據(jù)等信息，操作簡(jiǎn)單、成本低廉[21-22]。

圖6 智能微芯片測(cè)井儀

1.6 壓裂改造技術(shù)

近幾年，壓裂工具、壓裂材料和配套技術(shù)進(jìn)步推動(dòng)了壓裂改造技術(shù)的快速發(fā)展。

1.6.1 壓裂工具及材料

壓裂工具分為裸眼壓裂工具和套管壓裂工具系列，裸眼封隔器+滑套壓裂工具技術(shù)指標(biāo)為耐壓70MPa、耐溫302℃、64級(jí)、一球20段；固井滑套分段壓裂工具技術(shù)指標(biāo)為耐壓70MPa、耐溫160℃、44級(jí)；可開關(guān)滑套壓裂工具技術(shù)指標(biāo)為耐壓70MPa、耐溫170℃、92級(jí)；泵送橋塞壓裂工具技術(shù)指標(biāo)為耐壓103.4MPa、耐溫232℃、42級(jí)。

在流體方面，貝克休斯公司開發(fā)的高密度海水基壓裂液密度為1.32～2.3g/cm3，具有易配置、強(qiáng)攜砂、高彈性、易降解和成本低的優(yōu)點(diǎn)；纖維素衍生物聚合物清潔壓裂液耐溫為135℃，具有殘留少、返排效率高的特性。哈里伯頓公司開發(fā)的超低濃度瓜爾膠壓裂液，在165℃下瓜爾膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)可達(dá)0.53%，在65℃下瓜爾膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.18%，接近臨界交聯(lián)質(zhì)量分?jǐn)?shù)（0.12%～0.15%）。印度礦業(yè)學(xué)院開發(fā)的Fe3O4磁性納米粒子，可增強(qiáng)電磁場(chǎng)，吸附在原油表面與原油形成磁流體，能提高原油產(chǎn)量并監(jiān)測(cè)壓裂裂縫[23]（圖7）。在支撐劑方面，新開發(fā)的柱狀支撐劑、自懸浮支撐劑、表面改良支撐劑和超高強(qiáng)度高導(dǎo)流性支撐劑等應(yīng)用效果良好[24-25]。自懸浮支撐劑相對(duì)密度為1.08～1.25g/cm3，高強(qiáng)度高導(dǎo)流性支撐劑抗壓為137.9MPa，耐溫達(dá)260℃。沙特阿美石油公司研發(fā)的原位成形支撐劑（圖8）由壓裂液在地層條件下轉(zhuǎn)化為離散的固體顆粒，降低了傳統(tǒng)壓裂液和化學(xué)品對(duì)儲(chǔ)層的傷害程度[26]。

圖7 磁性粒子吸附采出喉道剩余油

圖8 原位成形支撐劑

1.6.2 壓裂改造工藝

近年來(lái)，壓裂改造工藝的主要進(jìn)展包括高速通道壓裂、寬帶壓裂、LPG壓裂和CO2干法加砂壓裂等，這些技術(shù)大幅度提高了儲(chǔ)層改造效果[27-28]。斯倫貝謝公司研發(fā)的高速通道壓裂技術(shù)通過(guò)應(yīng)用可降解纖維材料、支撐劑和特殊伴注工藝，形成寬裂縫和大通道，與常規(guī)壓裂相比，導(dǎo)流能力提高1.5～2.5個(gè)數(shù)量級(jí)，產(chǎn)量提高20%～60%，支撐劑用量降低40%，壓裂液用量降低60%。寬帶壓裂技術(shù)通過(guò)應(yīng)用顆粒級(jí)配（圖9）和可降解顆粒使壓裂液轉(zhuǎn)向到較高應(yīng)力區(qū)域，形成新的裂縫和通道，壓后通過(guò)降解解除裂縫封堵提高裂縫導(dǎo)流能力，該技術(shù)二次改造效果明顯，產(chǎn)量可提高6倍以上。LPG壓裂技術(shù)具有環(huán)保、循環(huán)利用率高、保護(hù)儲(chǔ)層、有效裂縫長(zhǎng)、壓后無(wú)滯留等特點(diǎn)，現(xiàn)已作業(yè)1400井次。

圖9 寬帶壓裂技術(shù)顆粒級(jí)配

2 鉆井工程技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

2.1 提速提效技術(shù)裝備仍是研發(fā)重點(diǎn)

不論是石油公司、油服公司或石油裝備產(chǎn)商均致力于提速提效裝備與工具的研發(fā)。美國(guó)Veristic公司、挪威油井系統(tǒng)技術(shù)集團(tuán)等大力研制高性能的鉆機(jī)設(shè)備；斯倫貝謝、貝克休斯、DRECODRECO、Smith、國(guó)民油井、阿特拉等公司注重提速工具、鉆頭的研發(fā)；挪威國(guó)家石油公司將提速降本建井技術(shù)作為重點(diǎn)支持項(xiàng)目，目標(biāo)是到2020年將建井周期縮短30%，建井成本降低15%。

2.2 提升技術(shù)裝備在復(fù)雜地層和環(huán)境的適應(yīng)能力

美國(guó)研制的特深井鉆機(jī)鉆深達(dá)22860m，國(guó)民油井公司開發(fā)的鉆井泵最高泵壓達(dá)到79.1MPa，卡麥隆公司研發(fā)的防噴器承壓等級(jí)達(dá)到175MPa。哈里伯頓公司研制的高溫高壓MWD/LWD工具耐溫230℃、耐壓207MPa，高溫牙輪鉆頭耐溫高達(dá)270℃。Parker Drilling公司研制的冷海鉆井全封閉鉆機(jī)，在薩哈林鉆成了測(cè)深12345m的大位移井。KCA Deutag公司研發(fā)的極地鉆機(jī)及低溫發(fā)電機(jī)能適應(yīng)溫度-45℃的環(huán)境。BP公司“深水20K計(jì)劃”提出準(zhǔn)備研發(fā)鉆探水平位移達(dá)20000m的鉆完井技術(shù)和設(shè)備。

2.3 深海技術(shù)裝備研發(fā)熱度不減

盡管受油價(jià)暴跌及持續(xù)低迷的影響，深水石油工程技術(shù)裝備研發(fā)絲毫沒有放慢跡象。深水鉆井、深水井控、深水油氣井干預(yù)、遠(yuǎn)程作業(yè)中心、水下生產(chǎn)系統(tǒng)等新技術(shù)被廣泛應(yīng)用，海底地震、海底鉆機(jī)和海底工廠等技術(shù)研發(fā)試驗(yàn)仍在持續(xù)進(jìn)行。中集來(lái)福士海洋公司相繼投運(yùn)了第七代深水雙鉆塔半潛式鉆井平臺(tái)“藍(lán)鯨1號(hào)”和“藍(lán)鯨2號(hào)”，最大作業(yè)水深為3658m，最大鉆井深度達(dá)15240m。Frigstad Engineering公司投運(yùn)的Frigstad D90超深水半潛式鉆井平臺(tái)，最大鉆井深度18288m。意大利SAIPEM公司設(shè)計(jì)、韓國(guó)三星重工建造的鉆井船Mylos，作業(yè)水深為500～3500m，排水量為96000t，可變載荷為20×104kN。美國(guó)Gregg Marine公司開發(fā)的海底取樣鉆機(jī)已經(jīng)投入現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，最大作業(yè)水深為3000m，取心深度為150m。挪威國(guó)家石油公司“海底工廠”進(jìn)展迅速，預(yù)計(jì)于2020年實(shí)現(xiàn)。

2.4 精細(xì)壓裂增產(chǎn)技術(shù)裝備備受關(guān)注

美國(guó)Weir Oil & Gas公司與加拿大Canyon Services Group公司合作研發(fā)了SPM QEM 3000壓裂泵，連桿載荷達(dá)到1223.75kN；美國(guó)Solaris Oilfield Infrastructure公司研發(fā)了2300t的移動(dòng)壓裂砂罐系統(tǒng)；Energy Recovery公司研發(fā)的VorTeq壓裂系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)連續(xù)壓裂作業(yè)。投球滑套、全通徑滑套、智能開關(guān)滑套、可鉆橋塞、溶解橋塞等分段壓裂工具層出不窮，廣泛應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)。寬帶壓裂、高通道壓裂、精準(zhǔn)定位壓裂、重復(fù)壓裂、轉(zhuǎn)向壓裂、水力壓裂裂縫電磁監(jiān)測(cè)等工藝技術(shù)被多家油氣服務(wù)公司攻克，成為致密油氣、頁(yè)巖油氣增產(chǎn)降本的利器。

2.5 地質(zhì)工程一體化技術(shù)裝備加速推進(jìn)

隨鉆測(cè)繪、隨鉆成像、隨鉆測(cè)試等技術(shù)的快速發(fā)展，加速推進(jìn)了油藏、地質(zhì)、工程等一體化技術(shù)的進(jìn)程。斯倫貝謝公司研制的GeoSphere儲(chǔ)層隨鉆測(cè)繪系統(tǒng)，可以實(shí)時(shí)測(cè)量解釋深部地層電阻率，優(yōu)化地質(zhì)構(gòu)造模型，描述儲(chǔ)藏特征，實(shí)現(xiàn)油藏描述的精細(xì)化、可視化。斯倫貝謝開發(fā)的Quanta Geo高清儲(chǔ)層地質(zhì)仿真技術(shù)，采用微型電阻率成像技術(shù)，可在油基鉆井液環(huán)境下生成高清的地層圖像，解釋識(shí)別地層地質(zhì)特征，3D精確預(yù)測(cè)儲(chǔ)層變化趨勢(shì)。斯倫貝謝的MicroScope HD隨鉆高分辨電阻率成像技術(shù)，能夠提供實(shí)時(shí)、高質(zhì)量的地層成像，分辨率達(dá)到1cm。哈里伯頓公司的RezConnectTM試井系統(tǒng)具有全聲波控制中途測(cè)試功能，能夠?qū)τ蜌饩蛢?chǔ)層進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量和分析。隨鉆地震、隨鉆測(cè)井等技術(shù)與鉆井技術(shù)的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了油藏地質(zhì)、油藏評(píng)價(jià)和油氣井生產(chǎn)的一體化，為最大程度提高單井產(chǎn)量提供了技術(shù)保障。

2.6 自動(dòng)化、智能化技術(shù)裝備研發(fā)持續(xù)升溫

物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等信息技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，推進(jìn)了石油工程技術(shù)裝備的自動(dòng)化、智能化發(fā)展。鉆井裝備自動(dòng)化步伐進(jìn)一步加快，自動(dòng)化井口設(shè)備、一體化司鉆控制室、自動(dòng)排管系統(tǒng)、井口機(jī)器人等自動(dòng)化設(shè)備得到廣泛應(yīng)用。隨鉆地層分析、地層壓力監(jiān)測(cè)、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向、定向轉(zhuǎn)速控制等實(shí)時(shí)化、智能化系統(tǒng)的快速發(fā)展，基本實(shí)現(xiàn)了油氣藏識(shí)別和井眼軌跡的智能跟蹤和調(diào)控，地質(zhì)導(dǎo)向與旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向技術(shù)的結(jié)合促進(jìn)了鉆完井技術(shù)的可視化和數(shù)字化發(fā)展。智能完井技術(shù)的發(fā)展完善，為油氣藏動(dòng)態(tài)描述、精細(xì)控制和生產(chǎn)優(yōu)化提供了條件。遠(yuǎn)程決策系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)大數(shù)據(jù)的優(yōu)化、傳輸和控制，成為石油工程自動(dòng)化、智能化的遠(yuǎn)程控制中心[29]。

3 結(jié)束語(yǔ)

為滿足油氣勘探開發(fā)需要，近年來(lái)石油公司和油服公司均極力推進(jìn)鉆井工程新技術(shù)、新工具的研發(fā)和應(yīng)用，在鉆完井、隨鉆地層測(cè)試、儲(chǔ)能改造等方面取得較大進(jìn)步，技術(shù)裝備性能大幅度提升。

（1）提高作業(yè)效率、降低施工成本和油氣開發(fā)綜合成本的工程技術(shù)裝備不斷完善。低油價(jià)下，油氣勘探開發(fā)收益大幅下降甚至出現(xiàn)嚴(yán)重虧損，降低成本、提高效率、實(shí)現(xiàn)效益最大化是石油公司和油服公司永恒的主題，人工智能、大數(shù)據(jù)、納米等新技術(shù)新材料的發(fā)展將加快推動(dòng)鉆井技術(shù)的高速發(fā)展。

（2）滿足復(fù)雜地層、適應(yīng)特殊環(huán)境的技術(shù)裝備進(jìn)一步升級(jí)。為了滿足特殊環(huán)境下的施工要求，研制高性能的技術(shù)裝備，監(jiān)測(cè)和預(yù)防鉆井風(fēng)險(xiǎn)技術(shù)、環(huán)境友好型材料、自動(dòng)化智能化裝備，是提高地面惡劣環(huán)境、地下復(fù)雜地層的適應(yīng)能力，實(shí)現(xiàn)人員、裝備、井下和環(huán)境安全的重要保證。

（3）精細(xì)評(píng)價(jià)、精準(zhǔn)控制和智能化技術(shù)在油氣勘探開發(fā)過(guò)程中廣泛應(yīng)用。隨著隨鉆成像、隨鉆測(cè)繪、隨鉆控制等技術(shù)水平的提高以及智能材料、智能完井機(jī)器人、仿生井技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用，地層實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)、油藏精細(xì)描述、作業(yè)自我調(diào)控和實(shí)時(shí)可視化在石油工程作業(yè)中應(yīng)用范圍越來(lái)越廣。

（4）物探、地質(zhì)、鉆完井、測(cè)錄井及儲(chǔ)層改造等專業(yè)技術(shù)趨于“一體化”發(fā)展。在大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、區(qū)塊鏈等技術(shù)的推動(dòng)下，綜合應(yīng)用已有物探、地質(zhì)等資料，結(jié)合施工數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)優(yōu)化鉆完井、測(cè)錄井、儲(chǔ)層改造、產(chǎn)能測(cè)試等工序方案，實(shí)現(xiàn)油氣勘探開發(fā)和工程作業(yè)的一體化，實(shí)現(xiàn)油氣生產(chǎn)成本最優(yōu)、效益最大。