超深井鉆井技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及展望

李勇 張永耀

摘要：隨著石油開采程度的不斷加深，鉆井對(duì)象變得更加復(fù)雜，淺部鉆井已經(jīng)無法滿足勘探開發(fā)需求，鉆井朝著深井、超深井方向發(fā)展。文章以此為背景，重點(diǎn)對(duì)深井、超深井鉆井技術(shù)應(yīng)用情況、現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢(shì)及前景展望進(jìn)行了分析與探討，對(duì)深部鉆井技術(shù)的發(fā)展具有一定的價(jià)值和意義。

關(guān)鍵詞：深井;超深井;現(xiàn)狀;展望

從世界范圍看，全球能源都呈現(xiàn)出資源不足的態(tài)勢(shì)，社會(huì)對(duì)油氣資源的需求則呈上升趨勢(shì)，要求油氣開發(fā)朝著深部鉆探開發(fā)方向發(fā)展，深井、超深井鉆井技術(shù)得到了不斷發(fā)展。從我國油氣開發(fā)領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展情況看，深井指的是4.5-6km之間的井，超過6km的井為超深井。自上世紀(jì)以來，深井、超深井鉆井得到了廣泛應(yīng)用，目前世界上最深的井深度達(dá)到12.8km。

1.深井、超深井鉆井技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀淺析

第一、結(jié)合地質(zhì)環(huán)境評(píng)估深井、超深井鉆井可行性

在進(jìn)行鉆井可行性評(píng)估時(shí)，以地震資料為基礎(chǔ)，對(duì)地層的孔滲條件進(jìn)行評(píng)價(jià)，收集完善鉆井區(qū)域巖石力學(xué)特征及巖石特性，在區(qū)域特定地質(zhì)條件下，綜合判斷是否適合鉆深井和超深井。在深井與超深井鉆井過程中，MWD技術(shù)、LWD技術(shù)、SWD技術(shù)、RSS技術(shù)應(yīng)用較為普遍，在高溫高壓環(huán)境中能夠較為真實(shí)的模擬井下鉆井實(shí)際情況。在對(duì)各類因素分析的基礎(chǔ)上，能夠?yàn)殂@井工作的開展提供詳實(shí)的技術(shù)參數(shù)。

第二、防斜快打技術(shù)

在深井、超深井鉆井過程中，地下地質(zhì)條件較為復(fù)雜，井斜控制難度較大，容易出現(xiàn)井斜質(zhì)量不達(dá)標(biāo)的情況。同時(shí)，還會(huì)對(duì)鉆井速度產(chǎn)生影響。因此，防斜快打技術(shù)引起了鉆井工作人員的重視和研究。其中，鉆柱渦動(dòng)理論在預(yù)防井斜方法具有較好的適用性，特別是在高、陡構(gòu)造區(qū)域中預(yù)防井斜具有較好的指導(dǎo)效果。

第三、鉆井提速技術(shù)

深井、超深井鉆井速度對(duì)打好井、打成井具有重要意義，從現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用情況看，常使用兩種技術(shù)路線，其一，更換耐高溫高壓性能良好的鉆具及鉆頭，例如，可以更換螺桿鉆具及PDC鉆頭，也可以更換渦輪鉆具及金剛石鉆頭。其二、采取新型的先進(jìn)鉆井工藝技術(shù)，常見的如導(dǎo)向鉆井技術(shù)、氣體鉆井技術(shù)等。通過改善鉆具、鉆頭性能，采取先進(jìn)鉆井工藝技術(shù)，可以起到提高鉆速的作用。

第四、配套鉆井液技術(shù)體系

從鉆井液類型看，水基鉆井液成本最小，但是穩(wěn)定性較差;油基鉆井液穩(wěn)定性較好，耐高溫高壓性能也高，但是成本偏大;氣體鉆井技術(shù)正處于不斷攻關(guān)和完善應(yīng)用階段。選擇何種類型的鉆井液體系，需要根據(jù)鉆遇油層的環(huán)境、性質(zhì)確定。

第五、深井、超深井固井技術(shù)

在深井、超深井固井技術(shù)方面，主要?jiǎng)?chuàng)新之處在于使用高性能固井材料。在固井施工時(shí)，需要選擇性能先進(jìn)的水泥漿外加劑。在固井技術(shù)研究方面，石油界取得了一系列的成熟技術(shù)，并在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中取得良好效果。

第六、鉆井信息技術(shù)

在國外，從上世紀(jì)80年代開始，便開始使用鉆井信息技術(shù)指導(dǎo)深井和超深井鉆井。經(jīng)過短短幾年時(shí)間，便出現(xiàn)了人工智能技術(shù)。發(fā)展至今，鉆井信息系統(tǒng)已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用和普及。在我國，經(jīng)過30余年的發(fā)展，鉆井計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)已經(jīng)非常成熟，并且有效指導(dǎo)了鉆井質(zhì)量、鉆井速度。

2我國深井超深井鉆井技術(shù)難題分析

第一、鉆井區(qū)域地層環(huán)境特別復(fù)雜。我國深井超深井所在的區(qū)域中，普遍具有地層環(huán)境復(fù)雜的特點(diǎn)，特別是在一些盆地地區(qū)，地殼運(yùn)動(dòng)頻繁，地質(zhì)條件較差。在這些高原及盆地地區(qū)鉆井時(shí)，鉆井難度較高，既需要克服掉地層巖石結(jié)構(gòu)復(fù)雜帶來的多壓力系統(tǒng)影響，也要努力解決裸眼井井段長、深度大、井壁穩(wěn)定性差帶來的影響。隨著鉆井深度的增加，還存在深度增加帶來的高溫、高壓影響。加上這種地質(zhì)條件下地形復(fù)雜、巖石發(fā)育程度差、地質(zhì)內(nèi)部應(yīng)力分布錯(cuò)綜復(fù)雜、巖石斷層發(fā)育、高壓流體復(fù)雜等不利因素。這些因素都會(huì)對(duì)鉆井產(chǎn)生影響，從鉆井設(shè)計(jì)、鉆井實(shí)施都具有不利影響[1]。

第二、深井、超深井技術(shù)還需要持續(xù)攻關(guān)。從鉆井情況看，我國雖然已經(jīng)取得了較大進(jìn)步，也形成了一系列核心技術(shù)，但是在某些領(lǐng)域和方面和國外先進(jìn)國家相比，從技術(shù)、配套設(shè)備方面都存在一些差距。比較典型的差距如在勘探過程中對(duì)有些地質(zhì)結(jié)構(gòu)的勘探及表征方面還存在一些技術(shù)空白。變壓力、堅(jiān)硬地層穩(wěn)定鉆井技術(shù)還需要攻關(guān)。耐高溫、抗磨損等鉆探設(shè)備還有一定差距。在處理復(fù)雜地質(zhì)結(jié)構(gòu)工序方面還需要完善工作流程和應(yīng)急流程。

第三、深井超深井配套鉆井技術(shù)有待深化研究。例如，在鉆井工程地質(zhì)環(huán)境信息表征及信息描述方面，在復(fù)雜地質(zhì)條件深井和超深井鉆井工藝設(shè)計(jì)方面，對(duì)多層系壓力系統(tǒng)、高陡構(gòu)造、難鉆地層安全高效鉆井技術(shù)方面，使用高密度、耐鹽、耐高溫鉆井液方面，在復(fù)雜地質(zhì)條件下鉆井復(fù)雜問題處理方面，在提高深井和超深井固井質(zhì)量方面以及采取先進(jìn)鉆井設(shè)備進(jìn)行高速鉆井方面都需要持續(xù)深入研究攻關(guān)。

3深井、超深井鉆井技術(shù)發(fā)展前景展望

第一、向智能化、信息化的方向發(fā)展

在復(fù)雜地質(zhì)條件下，深井和超深井鉆井技術(shù)應(yīng)該堅(jiān)持技術(shù)創(chuàng)新和管理模式創(chuàng)新，不斷提高鉆深井的能力和水平。通過提高自動(dòng)化程度，積極使用新型鉆井設(shè)備、先進(jìn)測(cè)量工具、優(yōu)化井下鉆具組合，推動(dòng)深井及高深井鉆井技術(shù)向著集成化、自動(dòng)化方向發(fā)展[2]。

第二、向有利于完井后提高采收率方向發(fā)展

在深井超深井鉆井技術(shù)方面要求持續(xù)技術(shù)優(yōu)化，讓這些鉆井技術(shù)可以較好的應(yīng)用于復(fù)雜地質(zhì)條件下的鉆井工作。同時(shí)，需要優(yōu)化鉆井工藝，確保完井后能夠較好的提升油氣開采效率。例如可以采取水平井鉆井技術(shù)、定向井鉆井技術(shù)、欠平衡井鉆井技術(shù)等。這些鉆井技術(shù)能夠滿足不同地質(zhì)條件下的鉆井需求，同時(shí)還能減少鉆井工程中對(duì)地層的傷害程度，有利于提高原油采收率。

第三、向高效破巖技術(shù)方向發(fā)展

從目前鉆井工程實(shí)踐來看，鉆井工程中使用廣泛的鉆井技術(shù)以旋轉(zhuǎn)鉆井技術(shù)為主。與此同時(shí)，還研發(fā)出一些新的鉆井技術(shù)，例如，高壓水射流技術(shù)、氣體鉆井技術(shù)等，這些技術(shù)都能在一定程度上提高設(shè)備的破巖效率。加上新出現(xiàn)的激光鉆井技術(shù)等，可以較好的提升鉆頭破碎巖石的效率。

4 結(jié)束語

我國深井超深井鉆井技術(shù)經(jīng)過幾十年的發(fā)展，取得了巨大進(jìn)步和成績，在推動(dòng)復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境鉆井方面發(fā)揮了重要作用。但是還存在一些瓶頸問題進(jìn)行攻關(guān)，以更好的適應(yīng)不同區(qū)域環(huán)境下的鉆井需求，更好的提高鉆井質(zhì)量和鉆井效率，更好的推動(dòng)我國石油鉆井工程的發(fā)展和進(jìn)步。

參考文獻(xiàn)

[1]王關(guān)清等.深探井和超深探井鉆井的難點(diǎn)分析和對(duì)策探討[J].石油鉆采工藝，2018（1）.

[2]閆光慶等.中國石化超深井鉆井技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展建議[J].石油鉆探技術(shù)，2019（3）.