深井超深井钻井技术现状和发展趋势

2022-09-11

随着全球能源的逐年短缺, 社会经济高速发展对石油等主要能源的需求逐年递增, 油气田的采掘逐步向深度发展。深井、超深井的钻探技术不断发展。我国对深井、超深井的概念的定义是4.5到6公里的井深为深井, 6公里以上为超深井。深井、超深井技术比较发达的美国。上世纪30年代末, 第一口深井就诞生在那边, 深度超过了4.5公里的深井界限。超深井也是在上世纪40年代末诞生在美国。[1]80年代, 苏联钻出了全球超过10公里的深井, 达到12.8公里, 是至今为止最深的深井。美苏德在深井、超深井技术研究领域处于世界先进水平。

1 我国该技术的发展历程

在中国, 深井、超深井技术引进的较晚, 起步较迟。我国的第一口深井诞生在产油大市——大庆, 深度到达4.7公里, 这是我国深井、超深井钻探技术发展的第一个阶段, 这是上世纪60年代中期到70年代中期。第二个发展时期是70年代中后期到80年中期的十多年, 在这个期间, 中国又在川署之地钻探出6公里以上的超深井, 这一口井的钻探成功将我国从掌握深井技术推向掌握超深井技术的国家行列, 开始我国超深井钻探技术研究。80年代中期到现在, 我国东、西部油气田的发掘, 塔里木等一系列地区石油储量的探明, 开启我国深井、超深井大范围应用的先河。

2 主要难题

第一, 地层结构比较复杂。[2]在我国, 地层结构比较复杂, 像四川等西部地区属于盆地结构, 山川邻里, 河流密布, 地壳运动频发。如果在这些地区开展井眼钻探难度很大, 不仅要克服岩石层的结构复杂带来的压力多变化, 而且要克服裸眼深度大, 井周壁的安全性能难以保证等困难。地层深度过大后还有攻克超高温、高压的考验。同时还有来自山形陡峭、岩石层坚硬、地质内部应力不均、岩石层断裂不良高密度气体等各种地层复杂造成的难题。这些问题不仅影响勘探工作的开展, 而且导致设计钻探方案时, 缺少科学依据, 钻探过程中的不确定因素增加, 使得钻井方案设计缺乏有效的针对性, 严重的会导致安全事故的发生。

第二, 我国的深井、超深井技术的研究有待进一步深入。虽然我国现在掌握了该技术的一些核心内容, 但是相比发达的美德等国家, 还是存在一定的技术差距、装备落后的问题。例如, 勘探过程中有关地址结构的探明和表示存在明显的技术空白点。变压力、坚硬地层高水平稳定钻探技术存在不足。变化温差大、耐磨损等钻探装备还比较落后。一些处理复杂地质结构的工序流程不够行之有效。

3 发展现状

首先, 钻井的地层条件评测技术已经进入到合理发展的时期。预计地质结构缝隙内压力和一些钻探参数。[3]有些地区的地质结构复杂, 该项技术的斜井钻探技术发展比较成熟, 我国在该领域内, 冲出了通常理论的束缚, 涡动概念的提出有效突破这一项瓶颈。国外在打直领域注重自动化和液压技术的引进。例如, 自动定向、导向、直钻井技术, 有效防止打斜打歪的情况。其次, 该项技术在钻速提升方面有了长足的进步。该领域研究的重点在于钻头、钻杆等钻具的装备技术研究, 除此之外, 还有导向、非平衡、气体钻探技术研究可以有效提高钻探速度, 现在还有就是利用气体钻探结合先进的钻具, 钻探速度是以前的3到4倍。大大缩短的井田的出油出气速度。再次, 对于耐高温的研究也是有一定发展。最先是耐140度左右的材料的研制成功, 后来是200度高温, 再后来是270度。现在的耐高温主要依靠油、水、气三种。油基质相对比较可靠、不易被电解、耐高温限度高, 但是费用比较大, 水基质主要是费用较低, 更容易循环进入环境中。最后, 钻井装备方面现在也有了进步。在美国和欧洲一些国家已经有8到9种自动钻探设备, 基本满足了现代设备的需求。一些配套装备 (交车、送钻等) 的技术水平有了长足的发展。但是中国还有很多装备需要进口美国和欧洲一些国家的。

4 发展趋势

经过近80年的发展, 深井、超深井钻探技术有了长足的发展。很多配套技术和相关领域有了突破性的变化, 有关装备也是可以满足该技术的基本需要。以后该项技术可能还向以下几个方向发展。第一, 更加集成、自动化程度更高, 信息提取更加便利, 实现钻探、监测等多环节自动闭环发展。第二, 更加注重钻探率的提升, 实现有效利用能源。第三, 更加关注岩石层钻进效率的提升。

5 结语

我国深井、超深井钻探技术研究起步比较晚, 但是发展速度迅猛。经过不到50年的发展, 我国基本掌握的该项技术, 并呈现规模化发展的趋势, 但是也要看到我国在该领域还有很多需要研究的空间。目前, 我国该技术研究可能分成3个步骤。首先是近期技术研究方面。对预知地壳压力、利用气体介质钻井、高效液介质、套管等钻井技术进一步钻研技术, 改善装备。其次, 较远期技术研究方面, 进一步拓展该项技术现在涉及领域研发, 对有自主知识产权的技术, 进一步研究可拓展空间, 对于没有自主知识产权的技术, 加大研发力度, 有效推动该技术涉及装备国产化进程。最后, 前沿性研究方面。利用较长一段时间寻找深井、超深井钻探技术中存在的全球性难度, 主动投入资金和人力, 加大研发力度, 努力突破该项技术的发展瓶颈, 使得我国掌握该项技术的所有核心内容和自主的知识产权, 例如“水枪”破除岩石层技术、智能化自动钻探技术、光束钻探技术等。总而言之, 作为该行业的技术工程人员, 更加要找准该技术中存在的一些实际操作问题并提出改进方案, 促进该技术的不断发展。

摘要：随着世界对能源需求的进一步增加, 深井、超深井钻探技术及其配套设备的研发蓬勃发展, 本文阐述了我国在该项技术的发展历程, 分析了现在可能存在的困难以及发展现状, 并提出该项技术以后发展的趋势。

关键词：深井,超深井,钻探技术