深井超深井钻井技术现状和发展趋势

2022-09-12

引言

深井超深井钻井技术是一项非常复杂的系统工程, 它涉及了许多高精尖的技术。我国的深井超深井钻井技术开始起步于1976年, 在四川盆地我国的第一口超深井基井钻成, 井深达到6011m。近些年来, 随着我国各大油田向深层勘探开发步伐的加快, 深井超深井钻井的数量逐渐增多, 连续刷新钻井深度的记录, 同时这也使得我国在深井超深井钻井技术水平上有了非常大的提高[1]。但是与发达国家相比, 我国的深井超深井钻井技术还存在较大的差距, 钻井过程中仍存在许多问题急待解决。

一、深井超深井钻井技术现状

1. 钻井地质环境描述与评价技术

此项技术是利用地震数据资料对待钻井段岩石的力学参数纵向剖面和区域分布以及地层孔隙压力进行充分地评价分析。通过整体的评价分析来确定此钻井地质环境是否适合钻井作业。钻井地质环境描述与评价技术目前已经进入科学化的研究与应用阶段[2]。

SWD技术、MWD技术、LWD技术在深井超深井钻井工程中已被广泛应用, 这些技术可以通过有效的高压、高温模拟深井超深井钻井过程中的真实情况, 并且综合各种因素进行全方位的分析, 这样的技术对深井超深井钻井作业的指导作用更强, 为深井超深井钻井工程的进行提供了强有力的额基数支持[3]。

2. 防斜打快技术

随着我国塔河、南方新区的大规模开发, 复杂构造带深井超深井钻井数量增长迅速, 高陡构造的防斜问题日益突出, 目前主要还是应用传统的钟摆、刚性满眼防斜技术, 但存在钻速慢、钻井周期长的问题;近几年来新发展的偏轴钻具、柔性钟摆钻具、偏重偏心钻具等防斜技术, 都取得了一定的成功, 但也因为不同的现场条件和对这些技术掌握程度的差异, 施工中依然存在许多问题。国内外防斜钻井技术通常分为静力学防斜技术、动力学防斜技术及预弯曲动力学防斜技术等, 也可以分为被动防斜打直技术和主动防斜打直技术[4]。

3. 复合钻井技术

PDC钻头是靠切削破碎地层而不是靠压入破碎地层, 因此PDC钻头的切削速度与转速成正比, 适合于较高转速、低钻压作业。在转盘钻井中仅仅靠转盘不能充分发挥PDC钻头的作用, 而螺杆钻具的高转速可以为PDC钻头提供井下动力保障, 因此, PDC钻头配合螺杆钻具可以大幅度地提高机械钻速。理论和现场实践表明:PDC钻头+螺杆快速钻井技术能够极大地提高井底钻头转速, 有利于PDC钻头的剪切机理得到充分发挥, 有利于井身质量的控制, 降低钻盘负荷和钻具的扭矩, 延长了钻具的寿命, 可大幅度地提高钻井效率。

4. 涡轮钻井技术

涡轮钻具是一种井下液动马达, 涡轮壳体内装有多级成对的涡轮定转子。涡轮钻具属叶片式机械, 具有高转速下稳定工作的特性, 转速愈高的涡轮叶栅可以得到较高的扭矩, 同时压力降就会增高, 而且较高的转速只能配用孕镶金刚石钻头钻井。减速涡轮的排量高于转盘钻井, 是由于减速涡轮的转速的提高是通过排量来实现的, 排量增加会提高钻头的水功率和提升井底的清洁程度, 有助于提高钻井速度。减速涡轮钻井在深部地层有良好提速效果, 但其适应性有待深入研究。

5. 井眼轨迹控制技术

井眼轨迹控制技术是深井超深井钻井施工中的关键技术。它是一项实现井眼沿着预先设计的轨迹钻达目标靶区的综合性技术。井眼轨迹控制技术按照定向井的工艺过程, 可分为直井段、造斜段、增斜段、稳斜段、降斜段等控制技术。合理的井眼轨迹, 既能减小定向施工难度, 又有利于后期的采油、修井、井下施工。尤其深层井的钻井, 斜井段长, 如果井眼轨迹控制不好, 形成较多较大狗腿, 会大大增加钻井扭矩和起下钻阻力, 会导致钻井复杂现象的发生。

二、存在问题

由于我国的深井超深井钻井技术的研究与应用起步较晚, 而国内各大油田对深井超深井钻井技术的大量需求, 我国正逐步形成一条在自主研发的基础上有选择地汲取国外的先进技术的道路。但是我国的深井超深井技术水平与发达国家相比, 仍有较大差距, 诸如钻井的周期长, 钻井所需费用高, 钻井事故多。具体表现在复杂地层井眼失稳严重, 高陡构造井斜比较严重, 难钻地段的机械钻速低, 对地层的地质特性参数评估精度低, 先进的钻井工具依赖进口, 以及防斜打直未能与先进的垂直钻井系统相匹配等。

三、发展趋势

我国深井超深井钻井技术的发展趋势主要分为三个阶段:第一阶段是技术跟进阶段, 通过借鉴学习发达国家先进的钻井技术及经验来促进我国深井超深井钻井技术的发展, 在这个过程中结合我国油气开采中的实际情况进行自我的调整和创新, 深化复杂地质环境下深井超深井钻井技术, 开发出更自动化、更高标准的井下工具及钻机钻头, 紧跟国外先进钻井技术。第二阶段是技术持平阶段, 在这一阶段需要经过大量经验的积累及技术的开发, 努力发展高效破岩技术, 将我国深井超深井技术提高到世界先进水平。第三阶段则是技术创新阶段, 在我国深井超深井钻井技术保持世界先进水平的同时加快技术创新, 在实际应用中遇到的新问题展开新的研究, 以确保我国深井超深井钻井技术的先进性及灵活性。