世界钻井技术新进展及发展趋势分析

2023-02-11

目前, 钻井技术已全面进入科学化钻井的后期阶段, 其重要标志是智能化、信息化技术已在钻井工程中得到了广泛的运用, 钻井技术正朝着全面自动化迈进。随着能源产业和钻井技术发展的同时, 钻井技术的重要作用也日益突显:钻井技术不再是单纯的建立、打通油气能源开发的通道, 业已成为提高油气井量、提高油气能源开发效益的重要手段。

1 世界钻井技术新进展

1.1 复杂结构井钻井技术

水平井、大位移井和分支井等复杂结构井, 通过其独特的构造可以增大油气层中石油等能源的裸露面积, 同时适用于开采各种地形受限的油气藏, 近年来获得了广泛的应用和迅速的发展。

1.2 水平井

水平井是井斜角接近90°, 且在井眼在产层内的横向衍生的油气井。因水平井的构型独特, 使其可以扩大油气层裸露面积, 便于较薄的油气层、裂缝性油气藏、气顶或底水油藏的开发。自上世纪80年代以来, 水平井钻井技术得到了世界范围内的广泛应用。

1.3 大位移井

大位移井属于定向井, 其水平位移通常达到井的垂深的2倍以上, 具有较长的稳斜段。采用大位移井技术可以开采各种地形受限的油气藏, 有效提高地层的开采效率。同时, 大位移井可将海上分散的油气藏进行串联, 利用固定平台的设施进行统一开发, 从而极大的节约海上油田的开发费用。

1.4 分支井

分支井指的是从主井眼中钻出两个或以上分井眼的井, 适合于开采层状油气藏和形状不规则的油气藏以及钻井数量受到限制的海上平台。目前分支井钻井技术已相对成熟, 较好的满足了油气藏开发的需求。

鱼骨井指的是从主井眼水平段中钻出多个分支井眼且分支井眼均分布在同一油层中的井, 属于分支井的一种, 其井产量高达直井的8至9倍。鱼骨井已得到了各国的广泛使用, 同时以鱼骨井为基础的最大存储接触 (MRC) 钻井也在不断发展。

1.5 自动化钻井技术

自动化钻井是未来钻井技术的发展方向, 自动化钻井技术可分为地面设备和钻机机械自动化和井下自动化两大方面。自动送钻装置也得到了不断的发展, 大幅度提高了钻井效率。

1.6 地面设备和钻机机械自动化

现代钻机广泛采用了PLC控制系统、电子司钻、顶驱装置、自动送钻装置等数字化技术。通过使用PLC技术, 可在钻台上集成若干种复杂机械装置, 让操作控制人员在控制室内对钻井活动进行远程监测和控制。而电子司钻可通过使用计算机、触摸屏等装置实时实现对各项钻井参数的监控和调整, 从而及时解决钻井过程中的遇到的各种异常。顶驱装置可以使钻井起钻时倒划眼, 适宜于开凿各种复杂结构井。自动送钻装置的使用则极大的提高了钻井效率, 同时, 通过与数据采集监控自动化系统一起使用, 自动送钻装置可实现对钻速、钻压、扭矩等钻井参数的实时监控。

1.7 井下自动化

1.7.1 旋转导向钻井

全自动选择导向钻井技术的发展和运用, 使复杂油层环境中钻井质量、速度和成功率获得了较大提升。目前, 国际上研制了多种旋转导向工具和旋转导向系统。

1.7.2 自动垂直钻井

为解决在复杂地质条件下垂直钻井的问题, 自动垂直钻井技术得到了广泛关注和快速发展, 目前已进入商业化应用阶段。Power-V垂直钻井系统由机械、电子控件、辅助装置组成, 在钻井过程中可实时感应井斜变化并及时对钻井系统进行调整, 以保证垂直钻井。Verti-Trak系统在钻井过程中可按照井眼轨迹自动对钻头施力, 保持井眼垂直。

1.8 随钻测量技术

步入新世纪以来, 随钻测量技术获得了长足的发展与完善, 当今随钻测量的参数已超过20种, 测量仪器距离钻头也越来越近。该技术具有稳定性强、测试性强、可靠性高等特点, 可以对油气层状态进行较好的评估, 并提供相关决策信息以避免井下异常情况的发生, 具有较高的市场价值和发展前景。目前, 获得广泛研究的应用的随钻测量技术有随钻井底环空压力测量、电磁波传输式随钻测量、随钻陀螺测试、随钻地层测试、井下随钻诊断系统等。