國內(nèi)外新興鉆井技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀_鄭鋒輝

1、第 36卷第 4期 2008年 7月石 油 鉆 探 技 術(shù)P ET RO LEU M D RIL LI NG T ECH N IQ U ESVo l. 36, N o. 4 Jul. , 2008收稿日期 :2007-12-27; 改回日期 :2008-04-02作者簡介 :鄭鋒 輝 (1966 , 男 , 1988年畢 業(yè)于 西南石 油學(xué) 院鉆井工程專業(yè) , 工程處處長 , 高級工程師 , 主要從 事石油工程技 術(shù)管理工作 。:鉆井與完井國內(nèi)外新興鉆井技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀鄭鋒輝 1韓來聚 2楊 利 2孫明光 2彭軍生 2(11中國石化 華北分公司 , 河南 鄭州 450000; 21勝利石油管理局

2、鉆井工藝研究院 , 山東 東營 257017摘 要 :為滿足勘探開發(fā)的要求 , 提高鉆井工程效率 、 降低鉆井成本 , 達(dá)到提高 勘探開發(fā)整 體效益的 目的 , 國 內(nèi) 外新 興起來了旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井 、 垂直鉆井 、 套管鉆井 、 實體膨 脹管 、 控壓鉆 井和隨 鉆測井 等鉆井 新技術(shù) 。 詳 細(xì)介紹 了 國內(nèi)外各種新興鉆井技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r 、 現(xiàn)場試驗 及應(yīng)用情況 , 分析 了各種 新興鉆 井新技 術(shù)的技術(shù) 優(yōu)勢及 國內(nèi)外 的 差距 。 最后建 議我國應(yīng)加快新興鉆井技術(shù)的研究和研制開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的 鉆井新工具 , 以縮 小與國外先 進(jìn) 鉆井技術(shù)的差距 , 推動我國石油勘探開發(fā)的快速 發(fā)展

3、 。關(guān)鍵詞 :導(dǎo)向鉆井 ; 垂直鉆井 ; 套管鉆井 ; 膨脹管 ; 控壓鉆井 ; 隨鉆測井中圖分類號 :T E242文獻(xiàn)標(biāo)識碼 :B 文章編號 :1001-0890(2008 04-0005-07近年來 , 為了提高鉆井速度及鉆井綜合效益 , 國 內(nèi)外不斷地進(jìn)行科研攻關(guān) , 推出了一系列鉆井新技 術(shù) , 例如旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井、 垂直鉆井、 套管鉆井、 實體膨 脹管技術(shù)等 , 使鉆井技術(shù)水平不斷提高。筆者綜述 了 6種鉆井新技術(shù)國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 , 指出了我國與 國外先進(jìn)鉆井技術(shù)存在的差距 , 給出了我國鉆井技 術(shù)的發(fā)展方向。1旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向是相對于滑動導(dǎo)向而言的 , 即可以在 旋轉(zhuǎn)鉆井方式

4、下實現(xiàn)井斜角和方位角的調(diào)整 , 從而 克服了滑動導(dǎo)向的缺點(diǎn) ; 同時 , 與先進(jìn)的隨鉆測量技 術(shù)和井下控制技術(shù)配合 , 通過雙向通訊方式 , 在實時 反饋井下測量信息的同時 , 可以自動調(diào)整井下工具 的造斜能力 , 從而實現(xiàn)井眼軌跡的連續(xù)、 自動控制 , 使復(fù)雜井眼軌跡的實現(xiàn)能力得到極大的提高 , 并能 大大提高鉆井效率和開發(fā)效率 1-7。111國外現(xiàn)狀 8-9近年來 , 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)的研究與應(yīng)用取得 了突破性進(jìn)展。目前國外最成熟且應(yīng)用廣泛的旋轉(zhuǎn) INTEQ 公司的 A u -to Trak 、 Pow erDr iv e司的 Geo -Pilot 。工具系統(tǒng)。旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井井下工具系統(tǒng)按工

5、作方式 靜態(tài)偏置指向鉆頭式。 3種不同工作方式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向 工具系統(tǒng)性能的對比見表 1。AutoTr ak RCLS 是目前技術(shù)最成熟、 應(yīng)用最廣 泛的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng) , 是貝克休斯 IN TEQ 公司 與 Ag ip 公司在早期的垂直鉆井系統(tǒng) (VDS 和直井 鉆井裝置 (SDD 基礎(chǔ)上研制的旋轉(zhuǎn)閉環(huán)鉆井系統(tǒng)。112國內(nèi)現(xiàn)狀勝利油田承擔(dān)國家 /8630計劃 /旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系 統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究 0后 , 與西安石油大學(xué)聯(lián)合開發(fā)了 3套旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井井下工具系統(tǒng)樣機(jī) , 進(jìn)行了 20多次 的地面試驗 , 2006年 8月在營 12-斜 225井上進(jìn)行了 包括旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井井下工具、 MWD 隨鉆測量系統(tǒng)

6、、 信息上傳系統(tǒng)和地面監(jiān)控系統(tǒng)在內(nèi)的整個旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向 鉆井系統(tǒng)的聯(lián)合現(xiàn)場試驗 , 獲得了成功。這表明我 國自主研發(fā)的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)經(jīng)過攻關(guān) , 完成了關(guān)鍵 技術(shù)研究及樣機(jī)開發(fā)階段 , 下一步將進(jìn)入技術(shù)完善 階段 , 為商業(yè)化應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。2垂直鉆井技術(shù)隨著勘探開發(fā)領(lǐng)域的不斷拓展與深入 , 高陡構(gòu) 造、 大傾角地層的勘探開發(fā)工作量越來越大 , 井斜問表 13種不同工作方式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具系統(tǒng) 對比工作方式 代表系統(tǒng) 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向程度造斜能力 /(b #(30m -1鉆井安全性位移延伸能力螺旋井眼適應(yīng)井眼 尺寸 /mm靜態(tài)偏置推 靠鉆頭式 AutoTrackRCLS外筒不旋轉(zhuǎn)615中 低 存在 2151931

7、111動態(tài)偏置推 靠鉆頭式 Pow er DriveSRD 全旋轉(zhuǎn) 815高 高 存在 1521446316靜態(tài)偏置指 向鉆頭式 Geo -Pilot 外筒不旋轉(zhuǎn)515中 中 消除 2151931111題在一定程度上成了制約這些區(qū)域勘探開發(fā)工作的 質(zhì)量、 效益乃至成敗的關(guān)鍵。為了更好地解決直井 防斜問題 , 國內(nèi)外一直致力于新型防斜鉆具與技術(shù) 的研究與開發(fā) 10-12。211Verti Trak 閉環(huán)直井鉆進(jìn)系統(tǒng) 13Ver tiT rak 閉環(huán)直井鉆進(jìn)系統(tǒng)是貝克休斯 IN -T EQ 公司推出的一種先進(jìn)的垂直鉆井工具 , 可在常 規(guī)鉆井需要多次糾斜的地區(qū)或地質(zhì)條件下使用 , 包 括大傾角地層

8、或斷層 , 以及墨西哥灣或北海的鹽層 , 因為在這些地區(qū) , 很難控制 PDC 鉆頭的定向特性。 另外 , 由于該系統(tǒng)不旋轉(zhuǎn) , 適于在井壁穩(wěn)定性差的井 段應(yīng)用。21111Verti T rak 的結(jié)構(gòu)Ver ti Trak 主要由導(dǎo)向裝置、 M WD 傳感器、 高 性能馬達(dá)等組成。其導(dǎo)向裝置主要靠 3個可伸縮的 導(dǎo)向翼肋工作 , 每個導(dǎo)向翼肋可傳遞高達(dá) 30kN 的 推力。 Verti T rak 的動力段采用了納維鉆具 (Nav-i Drill 技術(shù) , 從而使其輸出功率、 扭矩比常規(guī)鉆井馬 達(dá)高 60%。由于采用了貝克休斯 INT EQ 公司專有 的定子加工工藝使馬達(dá)中的橡膠成分減少了

9、90%, 提高了效率 , 降低了摩擦 , 減少了變形 , 從而提高了 馬達(dá)的可靠性 , 延長了下井使用 時間。 Verti T rak 的 MWD 控制模塊可提供精確 的井斜角測量 結(jié)果 (011b , 并能與地面進(jìn)行雙向通訊。渦輪驅(qū)動的發(fā) 電機(jī)和液壓泵可向每個導(dǎo)向翼肋提供導(dǎo)向壓力 , 以 便通過連續(xù)的井下糾斜保持井眼垂直。此外 , Ver ti Trak 的傳感器還可提供溫度測量數(shù)據(jù)、 工具狀態(tài)讀 數(shù) (導(dǎo)向、 旋轉(zhuǎn) 、 交流發(fā)電機(jī)電壓輸出等。21112應(yīng)用實例在加拿大阿爾伯塔省西部的 Foothills 地區(qū)應(yīng) 用 Verti Tr ak 鉆了一口井 , 最大井斜角 0160b , 全井

10、井斜 角 平 均 只 有 0111b , 最 大 全 角 變 化 率 僅 為 1165b /30m, 平均 0124b /30m 。而鄰井使用常規(guī)定向 馬達(dá)組合鉆進(jìn) , 定向糾斜前井斜角卻高達(dá) 4100b , 局 815/30m 212Power V 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向自動垂直鉆井系統(tǒng)斯倫貝謝公司研制的 Pow er V 是一套全自動 化旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向垂直鉆井系統(tǒng) , 利用可靠的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向技 術(shù)實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)時對井斜角的連續(xù)控制 , 能在確保 井眼垂直的前提下最大程度地提高機(jī)械鉆速。21211Pow er V 的結(jié)構(gòu)和工作原理 12, 14-15Pow er V 主要由電子控制 (識別 系統(tǒng) (CU 和 機(jī)械糾斜

11、裝置 (BU 兩大部分組成 , 兩者之間還配有 一個加長短節(jié)。電子控制系統(tǒng)是 Pow er V 的指揮 中樞 , 內(nèi)裝鉆井液驅(qū)動的發(fā)電 機(jī)、 陀螺 和各種傳感 器 , 不受鉆鋌的制約。機(jī)械糾斜裝置是一個純機(jī)械 執(zhí)行機(jī)構(gòu) , 下接鉆頭 , 上接電子控制系統(tǒng) , 主要由一 個鉆井液導(dǎo)流閥和 3個伸縮塊 (或叫推力塊 組成。 伸縮塊的伸縮動力由鉆井液提供 , 并由導(dǎo)流閥分配 , 即控制伸縮塊的伸縮。21212應(yīng)用實例Anadarko C5井 位 于 美 國 德 州 的 Rober tson 縣 , Pow er V 垂 直鉆 井 系 統(tǒng)下 井 前 , 井 斜 角已 達(dá) 815b , 該系統(tǒng)下井后在

12、122m 的進(jìn)尺內(nèi)自動將井斜 角降至 1b 之內(nèi) , 并鉆完剩余的井段。 Pow er V 垂直 鉆井系統(tǒng)的總進(jìn)尺 439m, 平均機(jī)械鉆速 1712m /h (比采用常規(guī)鉆井技術(shù)的鄰井快 611m/h , 總鉆進(jìn) 時間 2515h, 節(jié)省了 2d 的鉆機(jī)時間。213機(jī)械式自動垂直鉆井工具為了有效提高直井鉆井的速度和井眼質(zhì)量 , 勝 利石油管理局研制了機(jī)械式自動垂直鉆井工具。 其 原理是適時感應(yīng)井斜的重力信號 , 由重力驅(qū)動機(jī)構(gòu) , 建立鉆柱內(nèi)外高低壓流體間的通道 , 利用二者間的 壓差 , 在鉆柱旋轉(zhuǎn)的情況下 , 驅(qū)動側(cè)向推靠機(jī)構(gòu)靠在 井壁高邊 , 井壁的反作用力將鉆頭推向低邊 , 而在井

13、眼的其他位置 , 側(cè)向推靠機(jī)構(gòu)不工作 , 實現(xiàn)在鉆進(jìn)過 程中井斜的自動感應(yīng)和修正。機(jī)械式自動垂直鉆井 工具具有結(jié)構(gòu)簡單、 可靠等特點(diǎn) , 能在實現(xiàn)主動、 適 ,#6#石 油 鉆 探 技 術(shù) 2008年 7月量 , 降低施工風(fēng)險。2007年在四川盆地川東北的雷北 1井 進(jìn)行了 機(jī)械 式 自 動 垂 直 鉆 井 工具 現(xiàn) 場 試 驗 , 試 驗 井 段 (10341561137156m 為須家河組地層 , 地層傾 角 30b 50b , 巖性為灰黑色泥巖夾灰色細(xì)砂巖 , 質(zhì)地 堅硬 , 巖石可鉆性差 , 易井斜。試驗時鉆壓加至 18 200kN, 井斜角控 制在 215b 310b , 與可比 井

14、段 (須家河組 3段 相比機(jī)械鉆速提高了 97134%。起 鉆觀察 , 機(jī)械式自動垂直鉆井工具的外觀、 推靠巴掌 及密封等部件均正常。試驗結(jié)果表明 :機(jī)械式自動 垂直鉆井工具的工作原理正確 , 結(jié)構(gòu)可靠 , 經(jīng)電子單 點(diǎn)測斜驗證 , 井斜角控制精度在 310b 以內(nèi)。3套管鉆井技術(shù)套管鉆井是指 :在鉆進(jìn)過程中 , 直接用油井套管 取代傳統(tǒng)的鉆桿向井下傳遞機(jī)械能量和水力能量 , 邊鉆進(jìn)邊下套管 , 完鉆后作鉆柱用的套管留在井內(nèi) 用來完井。套管鉆井技術(shù)把鉆進(jìn)和下套管合并成一 個作業(yè)過程 , 鉆頭和底部鉆具組合的起下用鋼絲繩 在套管內(nèi)完成 , 不再需要常規(guī)的起下鉆作業(yè) 16-26。311Tesco

15、公司的可更換鉆頭套管鉆井系統(tǒng)加拿大 Tesco 公司的套管鉆井技術(shù)目前在世界 上處于領(lǐng)先地位 , 已基本形成了一套頗具特色的套 管鉆井配套設(shè)備和工藝技術(shù) , 并進(jìn)入工業(yè)應(yīng)用階段 , 取得了良好的應(yīng)用效果。31111地面裝備為了適應(yīng)鋼絲繩起下鉆作業(yè) , 套管鉆井專用鉆 機(jī)配置了中開分體式天車、 游動滑車 , 以及鋼絲繩防 噴器和密封裝置。在鉆進(jìn)中套管用來傳遞扭矩 , 但 如果直接由套管傳遞有可能造成套管絲扣的損壞。 因此 , 在頂驅(qū)輸出軸與套管柱上端之間設(shè)置了套管 驅(qū)動頭。套管直接與驅(qū)動頭連接 , 由內(nèi)卡瓦夾緊 , 鉆 機(jī)的扭矩由頂驅(qū)主軸傳到套管驅(qū)動頭上 , 再由驅(qū)動 頭傳到套管上 , 套管絲扣

16、不參與扭矩的傳遞。套管 驅(qū)動頭起下鉆、 傳遞扭矩和密封循環(huán)鉆井液的作用。31112井下鉆具系統(tǒng)適用于套管鉆井的井下鉆具系統(tǒng)主要由下井 /回收工具、 底部鉆具組合、 連接在套管柱末端的坐底 套管 3部分 組成。 T esco 公司 已 開發(fā) 出 <33917, < 種尺寸的井下鉆具系統(tǒng)。 Tesco 公司套管鉆井用的 下井 /回收工具包括鎖定撈矛、 震擊器、 測量桶、 加重 桿、 對中扶正器、 上部張力緩沖器、 旋轉(zhuǎn)短節(jié)、 緊急釋 放短節(jié)和電纜插頭等。用鋼絲繩起下的底部鉆具組 合一般由鎖定和密封總成、 分隔箍、 鉆井浮箍、 擴(kuò)眼 器和領(lǐng)眼鉆頭等組成。坐底套管位于套管柱末端 , 由扶正

17、器、 軸向鎖定短節(jié) (套管鎖定短節(jié) 、 扭矩鎖定 短節(jié) (套管扭矩短節(jié) 以及定位臺肩、 定位止動器、 定 位槽等組成。鉆進(jìn)時 , 底部鉆具組合鎖定在坐底套 管的鎖定短節(jié)上。312威德福公司的套管鉆井系統(tǒng) 26-27美國威德福公司開發(fā)出一種與 T esco 公司完全 不同的套管鉆井系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用一種專門設(shè)計的 鉆頭 , 直接連接在套管柱的底部 , 由連接在頂驅(qū)上的 轉(zhuǎn)換接頭傳遞扭矩 , 通過旋轉(zhuǎn)套管以常規(guī)方式進(jìn)行 鉆井作業(yè)。專用鉆頭可以被常規(guī)鉆頭完全鉆掉 , 且 由于有一個浮箍作為套管柱的一部分一同下井 , 鉆 至設(shè)計井深后可以立即進(jìn)行注水泥作業(yè) , 可以實現(xiàn) 一趟鉆完成鉆井、 固井等作業(yè) ,

18、 對節(jié)省鉆井時間和降 低作業(yè)成本有重要作用。在全球范圍內(nèi) 200多次的現(xiàn)場應(yīng)用中 , 該套管 鉆井系統(tǒng)的成功率達(dá) 99%, 鉆進(jìn)井 段施工順利 , 套 管尺寸從最大的 50810mm 到最小的 11413m m 。313國內(nèi)套管鉆井技術(shù)中國石油勘探開發(fā)研究院從 1998年開始進(jìn)行 套管鉆井技術(shù)的前期研究工作 , 完成了先期技術(shù)調(diào) 研 , 開發(fā)了適合套管鉆井方式的套管驅(qū)動器和鉆頭 丟手 , 提出了簡易測井方法 , 對套管承扭承壓能力進(jìn) 行了試驗研究 , 為國內(nèi)開展套管鉆井提供了技術(shù)儲 備。吉林油田開展了不更換鉆頭套管鉆井技術(shù)的研 究 , 建立了適應(yīng)轉(zhuǎn)盤鉆井驅(qū)動方式的淺開發(fā)井套管 鉆井工具配套系統(tǒng)

19、 , 解決了國內(nèi)陸上油田在現(xiàn)有鉆 井裝備 條 件 下 實 施 套 管鉆 井 的 難 題 19, 21。截 至 2007年累計完成 9口井 , 其中吉林油田 8口 , 河南 油田 1口 , 最大井深超過 1000m 。勝利石油管理局開展了 /套管鉆井技術(shù)先導(dǎo)性 試驗研究 0, 在消化吸收國內(nèi)外先進(jìn)經(jīng)驗的基礎(chǔ)上 , 研制了滿足套管鉆井現(xiàn)場應(yīng)用要求的偏梯形特殊螺 紋套管、 可鉆式鉆鞋、 井口套管快速連接器等一系列 配套工具 17。# 7 #第 36卷第 4期 鄭鋒輝等 :國內(nèi)外新興鉆井技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀完成了 84117459162m 井段表層套管鉆井施工。 通過總結(jié)該試驗井的經(jīng)驗教訓(xùn) , 對相關(guān)工具和施

20、工 工藝作了進(jìn)一步改進(jìn)。 2004年 8月勝利三 號鉆井 平臺在冀東油田老堡 1井完成了 811750010m 表 層套管施工 , 井眼尺寸、 鉆進(jìn)進(jìn)尺和機(jī)械鉆速等技術(shù) 指標(biāo)均有較大幅度提高 , 達(dá)到了國內(nèi)領(lǐng)先水平。通 過這兩口井的試驗 , 驗證了所制定的套管鉆井工藝 的可行性以及相關(guān)工具的實用性 , 奠定了套管鉆井 技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ) , 初步形成了 <33917m m 表層套管 一次性套管鉆井技術(shù)。4實體膨脹管技術(shù)實體膨脹管技術(shù)是通過機(jī)械或液壓的方式使膨 脹錐從管柱中穿過 , 使管柱發(fā)生變形超過其彈性強(qiáng) 度極限而進(jìn)入塑性變形區(qū)域 , 最終發(fā)生永久性機(jī)械 變形 , 從而 達(dá) 到增 大 套管

21、 內(nèi)徑 , /節(jié)省 0井 徑 的 目 的 28-30。411國外現(xiàn)狀目前國外提供實體膨脹管技術(shù)的公司 主要有 Enventure 公 司、 威德福公司、 哈里伯頓公司、 貝克 石油工具公司、 斯倫貝謝公司。另外俄羅斯的韃靼 石油研究設(shè)計院 (TatNIPIneft 的膨脹管技 術(shù)也進(jìn) 行了大量應(yīng)用。41111Enventure 公司Enventure 環(huán)球技術(shù)公司的實體膨脹管技術(shù)在 世界上居于領(lǐng)先地位。截至 2007年 11月 , 該公司 已經(jīng)在 23個國家實施了 805次實體膨脹管作業(yè) , 膨 脹套管長度達(dá)到 237km 。該公司的實體膨脹管主 要有以下用途 :1 封隔地層 實體膨脹管可以用

22、來封隔事故 多發(fā)地層 , 而井徑的減小可以忽略。實體膨脹管可 以減小井眼的錐度 , 維持井徑和套管內(nèi)徑 , 從而能夠 鉆直徑更小、 井深更大的井眼 , 并使完鉆井深處的套 管具有更大的內(nèi)徑 , 有利于提高油氣井產(chǎn)量。 2007年 5月 , Enventure 公司為 N ex en 石油公司 在墨西 哥灣的 Aspen 1井進(jìn)行了膨脹管作業(yè) , 下入并膨脹 了 <19317mm <25018mm 膨脹管 2093m , 創(chuàng)造 了新的世界紀(jì)錄。2 套管補(bǔ)貼 實體膨脹管可用于修補(bǔ)套管 , 尤 其適合修補(bǔ)大段損壞的套管。 Env enture 公司在馬 m 的襯管 , 創(chuàng)膨脹管補(bǔ)貼長度世

23、界紀(jì)錄。3 尾管懸掛器 實 體膨脹管可用 作尾管懸掛 器 , 集普通的尾管懸掛器和尾管上封隔器的功能于 一體 , 結(jié)構(gòu)簡單可靠 , 避免了環(huán)形空間可能發(fā)生的漏 失。4 等徑井眼 31Enventure 公司目前正在研發(fā) 等徑井眼技術(shù) (monodiameter , 該技術(shù)能消除目前 油井設(shè)計中存在的縮徑效應(yīng) , 實現(xiàn)使用同一直徑鉆 頭鉆進(jìn) , 并用同一直徑套管完井。 2007年 4月 , En -venture 公司在美國俄克拉 荷馬州的一口 /等徑井 眼 0技術(shù)現(xiàn)場評價井使用 /等徑井眼 0技術(shù)成功膨脹 了 3組連續(xù)的膨脹管 , 膨脹后的套管具有同一內(nèi)徑 (26412mm , 這是世界上第一

24、口等徑井眼井。41112威德福公司威德福公司的實體膨脹管產(chǎn)品包括可膨脹尾管 懸掛器 (ELH 和 M etalSkin 套管補(bǔ)貼系 統(tǒng)。 ELH 可以懸掛尾管和篩管 , 使用自適應(yīng)旋轉(zhuǎn)技術(shù)膨脹 , 與 外層套管形成金屬對金屬密封 , 使井眼最大 , 以方便 將來的重入作業(yè)。 M etalSkin 套管補(bǔ)貼系統(tǒng)是一種 金屬對金屬可膨脹套管系統(tǒng) , 可以修補(bǔ)腐蝕或損壞 的套管 , 作業(yè)時使用該公司的自適應(yīng)旋轉(zhuǎn)膨脹系統(tǒng)。41113貝克石油工具公司LinEXX 膨脹管系統(tǒng)可以有效封堵事 故地層 , 隔離產(chǎn)層。貝克公司目 前的研發(fā)重點(diǎn) 在防腐蝕合 金、 可靠的氣密螺紋連接、 提高實體管膨脹后的抗外 擠強(qiáng)

25、度等方面。 2006年 9月 , 貝克公司在俄克拉荷 馬州的一口井應(yīng)用了等徑井眼技術(shù) , 通過從頂部到 底部的一次性膨脹擴(kuò)管實現(xiàn)了 <24415m m 套管的 /延伸 0, 并保證井眼沒有縮徑。41114前蘇聯(lián)前蘇聯(lián)很早就進(jìn) 行了膨脹管技術(shù)的研究與應(yīng) 用 , 韃靼石油研究設(shè)計院 (T atNIPIneft 的膨脹管技 術(shù)在前蘇聯(lián)居領(lǐng)先地位。其膨脹管使用享有專利的 合金制成 , 主要用于封隔漏失地層、 出水地層 , 延長 技術(shù)套管長度而不損失井眼直徑 , 用作尾管懸掛器 等。412國內(nèi)現(xiàn)狀勝利油田開展了相關(guān)的研究工作 , 并承擔(dān)了國 家 /8630計劃項目 /膨脹管鉆井技術(shù) 0和中國石化重

26、 /究 與#8#石 油 鉆 探 技 術(shù) 2008年 7月2003年 12月與美國的 Enventure 公司合作在勝利 油田通 61-側(cè) 162井進(jìn)行了套管 段銑過窗口膨 脹管 安裝作業(yè) , 并取得了成功 , 這是我國首次進(jìn)行實體膨 脹管的施工作業(yè) , 對于促進(jìn)我國實體膨脹管技術(shù)的 研究具有重要意義。勝利油田在 /實體膨脹管技術(shù)的研究及應(yīng)用 0課 題研究過程中 , 確定了以液壓為主 , 機(jī)械為輔的膨脹 機(jī)理 , 重點(diǎn)研究實體膨脹管補(bǔ)貼技術(shù)。 2005年 9月 , 在王 70-63井首次成功完成了實體膨脹管補(bǔ)貼試驗。 2006年 7月 , 勝利油田在梁 38-1井成功實施了長井段 套管補(bǔ)貼作業(yè)

27、, 補(bǔ)貼長度 101103m, 這標(biāo)志著國產(chǎn)膨 脹管套管補(bǔ)貼技術(shù)已完全成熟。截至 2007年 7月 , 已經(jīng)在 12口井實施了膨脹管補(bǔ)貼作業(yè)。西南石油大學(xué)管柱力學(xué)實驗室開展了 /鉆井實 體膨脹管技術(shù)研究 0, 對實體膨脹管的膨脹進(jìn)行了塑 性變形有限元力分析 , 中國石油天然氣集團(tuán)公司也 開展了石油管力學(xué)與環(huán)境行為重點(diǎn)實驗室項目 /膨 脹套管機(jī)理研究 0。中國石油勘探開發(fā)研究院也開展了實體膨脹管 補(bǔ)貼技術(shù)的研究 , 先后進(jìn)行了 20多口套損井的修復(fù) 作業(yè) , 全部獲得成功。 2007年 10月 , 在大慶油田采油 四廠杏 5-4-33井應(yīng)用膨脹管補(bǔ)貼技術(shù)進(jìn)行套管補(bǔ)貼 , 補(bǔ)貼總長達(dá) 15017m

28、, 創(chuàng)我國實體膨脹管補(bǔ)貼紀(jì)錄。5控制壓力鉆井 (M PD 技術(shù)控制壓力鉆井 (MPD 技術(shù)是利用封閉、 承壓的 , 通過控制鉆 井液密度、 當(dāng)量循環(huán)密度和套管回壓 , 使井底壓力幾 乎保持恒定 , 隨鉆控制進(jìn)入井眼的流體 , 防止發(fā)生與 鉆井有關(guān)的井下復(fù)雜問題 , 避免通過加重鉆井液來 解決這些問題 32-33。511MPD 技術(shù)的特點(diǎn)1 在封閉系統(tǒng)中精確控制整個井眼的壓力剖 面 , 鉆井過程中不會誘導(dǎo)地層流體侵入。2 以低于常規(guī)密度的鉆井液鉆進(jìn) , 避免靜液壓 力超過地層破裂壓力。3 關(guān)井接單根時施加回壓 , 以確保關(guān)井壓力非 常接近循環(huán)和繼續(xù)鉆進(jìn)時的井底壓力。4 使用封閉、 承壓的鉆井液循

29、環(huán)系統(tǒng)或欠平衡 鉆井裝備 , 控制鉆井作業(yè)中可能出現(xiàn)的任何侵入井 眼的流體。 的產(chǎn)層 , 而 M PD 主要 是解決與鉆井有關(guān)的復(fù)雜問 題或與可鉆性有關(guān)的經(jīng)濟(jì)問題 , 其主要目的是安全、 經(jīng)濟(jì)鉆井。512應(yīng)用 MPD 技術(shù)的必要條件控制壓力鉆井技 術(shù)盡管有幾種不同的作業(yè)形 式 , 但要保證 該技術(shù)成功應(yīng)用 , 一般要滿 足 3個條 件 :一套密閉、 承壓的循環(huán)系統(tǒng)與 M PD 裝置相連 , 鉆前的水力學(xué)優(yōu)化設(shè)計 , 訓(xùn)練有素且熟悉這一概念 的工程技術(shù)人員。513在海上油氣田的應(yīng)用從 2004年開始到目前為止 , 已經(jīng)有大約 50個 海上項目應(yīng)用了 MPD 技術(shù) , 在不同類型的海洋鉆 機(jī)上都取

30、得了成功 , 達(dá)到了鉆井設(shè)計的要求。 M PD 技術(shù)在亞太地區(qū)已具有一定優(yōu)勢 , 在北海、 墨西哥灣 和巴西近海也已開始應(yīng)用?？捣乒尽?殼牌公司、 桑 托斯公司、 馬來西亞國家石油公司等在印尼、 馬來西 亞、 越南的 40多個項目上使用自升式平臺和半潛式 平臺應(yīng)用了 M PD 技術(shù) , 包括井底壓力恒定鉆井、 加 壓鉆井液帽鉆井以及健康、 安全、 環(huán)保鉆井。許多作 業(yè)公司正把 M PD 技術(shù)作為首選技術(shù)來鉆在鄰井已 經(jīng)顯示出超長非生產(chǎn)時間和高成本的井 , 并開始尋 找 M PD 技術(shù)更廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域。由于 MPD 技術(shù) 日益顯示出的技術(shù)優(yōu)勢 , 目前正受到更多的關(guān)注。514在國內(nèi)的應(yīng)用控壓鉆

31、井技術(shù)在埕島油田埕北 30區(qū)塊得到成 功應(yīng)用。 在采用常規(guī)鉆井技術(shù)無法正常鉆進(jìn)的情況 下 ,/0, 鉆成了 8口井 , 投產(chǎn)后產(chǎn)油量都在 100m 3/d 以上 , 埕北 30A -1井高達(dá) 285m 3/d 。 塔中 62井區(qū)奧陶系油氣層屬凝析氣藏 , 氣油比 高 , 裂縫和溶洞發(fā)育 , 鉆進(jìn)中易發(fā)生井漏和溢流 , 而 且含有硫化氫 , 對安全鉆井造成了一定威脅。為此 , 塔里木油田在塔中 62-27井進(jìn)行控壓鉆井試驗 , 在井 深 49295016m 的 3個井段實施了控壓鉆井 , 順 利鉆至設(shè)計井深完鉆。該井應(yīng)用控壓鉆井技術(shù)成功 后 , 又先后在塔中 722井、 塔中 723井、 中古

32、2井和 輪南 633井實施了控壓鉆井 , 并取得了良好的效果。6隨鉆測井技術(shù)隨鉆測井 (# 9 #第 36卷第 4期 鄭鋒輝等 :國內(nèi)外新興鉆井技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀# 10 # 石 油 鉆 探 技 術(shù) 2008 年 7 月 及海上鉆井的發(fā)展而發(fā)展起來的 , 經(jīng)過十幾年的發(fā) 展, 已成為日趨 成熟的技術(shù) 。隨鉆測井實 時 提供地層評價和鉆井?dāng)?shù)據(jù) , 能用來替代電纜測井, 以 減少測井所需要的鉆機(jī)時間, 還可以保證高風(fēng)險井 的數(shù)據(jù)采集。 6 11 國外現(xiàn)狀 國際上的隨鉆測井儀器約有 20 個系列的 8 種 產(chǎn)品 , 可測量參數(shù)達(dá) 30 多個 , 如伽馬、 電阻率 ( 補(bǔ)償 雙深度、 近鉆頭電阻率、 陣列、

33、 成像 、 補(bǔ)償密度中子、 方位密度中子、 補(bǔ)償中子孔隙度、 隨鉆聲波/ 地震、 核 磁共振、 鉆柱動力學(xué)測量和隨鉆壓力測試等, 能夠滿 足各種井型隨鉆測量的需要。 6 12 數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)新進(jìn)展 8, 34 - 36 最深可用于井深 915 m 處。光纖遙測 技術(shù)能以大 約 1 106 b/ s 的速率傳送數(shù)據(jù) , 比其它商用的隨鉆 遙測技術(shù)快 5 個數(shù)量級。 6 1 3 國內(nèi)現(xiàn)狀 中油北京地質(zhì)錄井技術(shù)公司 ( 現(xiàn)中油測井公司 從美國哈里伯頓公司引進(jìn)了國內(nèi)第一套 Pat h F ind er L WD 和 SL IM1 GR M WD 裝備 ; 1999 年勝利油 田引進(jìn)了美國 Sperry

34、- Sun 公司的 F EWD 隨鉆測井 儀器, 并在勝利油田和塔里木油田進(jìn)行了應(yīng)用; 勝利 油田和長慶油田都引進(jìn)了英國 Geol ink 公司生產(chǎn)的 帶自然伽馬和電阻率兩道參數(shù)的地質(zhì)導(dǎo)向工具, 并 進(jìn)行了現(xiàn)場應(yīng)用。 勝利油田在國內(nèi)率先完成了隨鉆自然伽馬、 電 阻率測井儀器的研制工作。目前, 正在進(jìn)行隨鉆測 井多參數(shù)測井儀器的研制工作, 并申請了隨鉆雙源 距補(bǔ)償中子測量儀關(guān)鍵技術(shù)研究項目, 開展了隨鉆 聲波、 核磁共振測井儀器的研究 , 其成果能提供隨鉆 聲波及核磁共振測井儀器的測量原理及應(yīng)用技術(shù), 為下一步確定儀器研制總體思路提供參考 , 以避免 在科研生產(chǎn)過程中走彎路 , 達(dá)到縮短與國際先

35、進(jìn)水 平差距的目的。 西安石油大學(xué)的張紹槐教授在總結(jié)分析國外智 能鉆柱發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上 , 根據(jù)國內(nèi)加工和制造工 藝術(shù)等具體情況, 提出了智能鉆柱的設(shè)計方案 39- 40 。 6 12 1 1 電磁( EM 傳輸 電磁傳輸作為把 MWD/ L WD 數(shù)據(jù)從井下傳送 至地面的一種方法, 正處于發(fā)展當(dāng)中。 EM 傳輸速 率與鉆井液脈沖傳輸速率相當(dāng), 但 EM 傳輸能用于 限制鉆井液脈沖傳輸技術(shù)使用的空氣、 泡沫或鉆井 液的欠平衡鉆井 35, 37- 38 。近幾年研制出的 EM 傳輸 系統(tǒng)主要有 : 精確鉆 井康譜 樂公司的 EM - MWD 系 統(tǒng)、 斯侖貝謝公司的 E 脈沖電磁傳輸系統(tǒng)、 哈里

36、伯 頓Sperr y - Sun公司的電磁 M WD 系統(tǒng)。 6 12 1 2 / 智能0 鉆桿 美國格蘭特公司的/ 智能0 鉆桿傳輸速率可達(dá) 1 105 b/ s, 而傳統(tǒng)的鉆井液脈沖和較新的電磁傳輸 速率僅 1 10 b/ s。/ 智能0 鉆桿已于 2006 年實現(xiàn)了 商業(yè)化。 6 12 1 3 / 智能0 連續(xù)管 / 智能0 連續(xù)管是由哈里伯頓公 司與 F iberspar 纏繞產(chǎn)品公司聯(lián)合開發(fā)出來的 , 是一種復(fù)合材料連 續(xù)管 , 由韌性好的層狀碳纖維和其他高級材料加工 而成。連續(xù)管管內(nèi)嵌有銅導(dǎo)線 , 可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)高速 傳輸 , 數(shù)據(jù)的傳輸速率通常為常規(guī)系統(tǒng)的幾千倍。 6 12 1 4

37、 光纖遙測 美國 Sandia 國家實驗室已研制成功并 試驗過 用于 M WD 的光纖 遙測系統(tǒng)。使用的光纖電 纜很 細(xì)小 , 很便宜, 可短時間使用, 最后在鉆井液中磨損 掉并被沖走。在美國天然氣研究所的測試中, 光纖 7 認(rèn)識與建議 1 隨著石油工業(yè)勘探與開發(fā)形勢的發(fā)展 , 對鉆 井的類型和技術(shù)提出了新的要求, 為提高勘探開發(fā) 的綜合效益 , 鉆井技術(shù)應(yīng)向有利于發(fā)現(xiàn)新油氣藏和 提高油田采收率方向發(fā)展, 并以信息化、 集成化和智 能化為特點(diǎn) , 向自動化鉆井方向發(fā)展 , 同時以節(jié)能、 降耗和減排為目標(biāo) , 向安全、 環(huán)保方向發(fā)展。 2 由于鉆井費(fèi)用在石油工業(yè)勘探開發(fā)費(fèi)用中占 有相當(dāng)大的比例,

38、 所以提高鉆井技術(shù)水平和工程效 率成為降低勘探開發(fā)成本 的重點(diǎn)。以 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆 井、 垂直鉆井、 套管鉆井、 實體膨脹管、 控壓鉆井和隨 鉆測井為代表的新興鉆井技術(shù)很好地滿足了這方面 的需求。 3 建議我國加快新興鉆井技術(shù)的研究和開發(fā)力 度 , 縮小與國際先進(jìn)鉆井技術(shù)的差距 , 推動我國石油 勘探開發(fā)的快速發(fā)展。 第 36 卷第 4 期 鄭鋒輝等 : 國內(nèi)外新興鉆井技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀 # 11 # 參 1 2 3 4 5 6 7 8 考 文 獻(xiàn) 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 李繼 博 , 彭勇

39、, 李軍 強(qiáng), 等 1 旋轉(zhuǎn)導(dǎo) 向鉆井工具控制 軸剛度分 析 J 1 石油鉆探技術(shù) , 2006, 34( 6 : 52 -54 1 李軍 強(qiáng) , 彭勇 , 張紹 槐, 等 1 旋轉(zhuǎn)導(dǎo) 向鉆井工具穩(wěn)定 平臺靜力 學(xué)有限元計算 J1 石油鉆探技術(shù) , 2006, 34( 5 : 14 - 17 1 彭勇 , 閆文輝 , 李 繼博 1 旋轉(zhuǎn) 導(dǎo)向 鉆井 工具導(dǎo) 向力 優(yōu)化 設(shè)計 J1 石油鉆探技術(shù) , 2006, 34( 2 : 10 - 14 1 楊子超 , 邵建中 , 邱永志 1 TK 238H 井旋轉(zhuǎn)地 質(zhì)導(dǎo)向鉆 井技術(shù) J1 石油鉆探技術(shù) , 2005, 33( 2 : 60 - 62 1

40、 王衛(wèi) 彬 , 秦利民 , 劉 俊, 等 1 導(dǎo)向鉆 井井下控制理論 與技術(shù)的 發(fā)展 J 1 石油鉆探技術(shù) , 2004, 32( 6 : 64 -67 1 張進(jìn)雙 , 余志清 1 靜態(tài)式 可控偏心 器旋轉(zhuǎn)導(dǎo) 向鉆井工 具造斜 能力分析 J1 石油鉆探技術(shù) , 2000, 28( 5 : 45 -48 1 張紹槐 , 張潔 1 關(guān)于 21 世紀(jì) 中國 鉆井 技術(shù)發(fā) 展對 策的 研究 J1 石油鉆探技術(shù) , 2000, 28( 1 : 4 -7 1 T et suo Y onezaw a, Edw ard J Cargill , T om M G aynor, et al 1 R ob ot i

41、c con t rol led drillin g: a new rot ary st eerable dril ling syst em for t he oil an d gas indust ry R1 SPE74458, 2002 1 張家希 1 連續(xù)旋轉(zhuǎn)定向鉆井系統(tǒng) A ut oT rak R CLS J1 石 油鉆采工藝 , 2001, 23( 2 : 4 -9 1 高德利 1 易斜地層防斜打 快鉆井理論與 技術(shù)探討 J 1 石油 鉆探技術(shù) , 2005, 33( 5 : 16 - 191 楊春旭 , 韓來聚 , 步玉環(huán), 等 1 現(xiàn)代垂直鉆井技術(shù)的 新進(jìn)展及 發(fā)展方向 J1 石油

42、鉆探技術(shù) , 2007, 35( 1 : 16 -19 1 張紹槐 1 深井、 超深和復(fù)雜結(jié)構(gòu)井垂直鉆井技術(shù) J 1 石油鉆 探技術(shù) , 2005, 33( 5 : 11 - 15 1 M at th ias R eich , M arcus O est erb erg, H erm ilo M ont es , et al 1 S t raight dow n t o succes s: perf ormance review of a vert i cal drilling sys tem R1 SPE84451, 2003 1 丁紅 , 陳 杰, 陳 志學(xué) , 等 1 垂 直鉆 井技 術(shù)

43、在 青探 1 井 的 應(yīng)用 J . 石油鉆探技術(shù) , 2007, 35( 3 : 30 -32 1 劉以明 , 蔡文軍 , 王 平 , 等 1 Pow er V 和機(jī) 械式隨 鉆測斜 儀在 黑池 1 井的應(yīng)用 J1 石油鉆探技術(shù) , 2006, 34( 1 : 71 - 73 1 沙東 , 周明信 , 王雪滔 , 等 1 套管鉆井技術(shù)在埕海一 號人工井 場的應(yīng)用 J1 石油鉆探技術(shù) , 2007, 35( 5 : 35 -38 1 牛 洪波 , 胥豪 , 陳建 隆 1 勝利灘海 油田表層套管鉆 井技術(shù)研 究與應(yīng)用 J 1 石油鉆探技術(shù) , 2007, 35( 5 : 32 -34 1 張文華

44、, 齊月魁 , 張松鋒, 等 1 套管鉆井技術(shù)在批鉆 井中的應(yīng) 用 J1 石油鉆探技術(shù) , 2007, 35( 5 : 29 -311 馮 來, 王輝 , 王力 1 簡易套管鉆井 技術(shù)及專用配套 工具研究 J 1 石油鉆探技術(shù) , 2007, 35( 5 : 25 -28 1 劉玉民 , 金志富 , 張洪君, 等 1 大慶油田油層套管鉆 井技術(shù)研 究 J1 石油鉆探技術(shù) , 2007, 35( 5 : 22 -241 32 33 34 35 36 37 馮來 , 王輝 , 王力 , 等 1 可更換鉆頭套管鉆井工具及工藝研 究 J 1 石油鉆探技術(shù) , 2007, 35( 5 : 18 -21

45、1 周英操 , 閆鐵 , 劉玉民 , 等 1 大慶油田表層套管鉆井技 術(shù) J 1 石油鉆探技術(shù) , 2006, 34( 5 : 79 -80 1 宋生印 , 楊龍 , 林凱 , 等 1 套管鉆井用套管與地層巖石磨損 的 試驗研究 J 1 石油鉆探技術(shù) , 2004, 32( 6 : 1 -3 1 沙東 , 王光奇 , 李健 , 等 1 套管鉆井技術(shù)在莊海 5 井中的應(yīng) 用 J1 石油鉆探技術(shù) , 2003, 31( 6 : 23 -24 1 李春吉 , 單正明 , 孟祥奎 1 套管鉆井 技術(shù)簡介 J 1 石油鉆 探 技術(shù) , 2002, 30( 6 : 74 1 劉建立 , 王獎?wù)?, 鄒靜

46、, 等 1 威德福公司可鉆式鉆鞋的結(jié)構(gòu) 特 點(diǎn)及現(xiàn)場應(yīng)用 J1 石油鉆探技術(shù) , 2007, 25( 5 : 39 -42 1 陳維榮 , 黃濤 1 國外套管鉆井技術(shù)的發(fā)展和現(xiàn)狀 J1 石油鉆 探技術(shù) , 2002, 30( 1 : 16 -18 1 楊順輝 , 黃永洪 , 陶興華 , 等 1 可膨 脹波紋管 技術(shù)在韋 15 - 19 井的應(yīng)用 J 1 石油鉆探技術(shù) , 2007, 35( 3 : 55 -57 1 余金陵 , 周延軍 , 王 錫洲 1 膨 脹管技術(shù) 的應(yīng)用研 究初探 J 1 石油鉆探技術(shù) , 2002, 30( 5 : 55 -57 1 陶興華 , 馬開華 , 吳波 , 等

47、1 膨脹波紋管技術(shù)現(xiàn)場試驗綜述 及 存在問題分析 J1 石油鉆探技術(shù) , 2007, 35( 4 : 63 -66 1 D on Campo, Charlie Will iam s, A ndrei Filippov, etal 1 M on o diamet er drill ing lin er -f rom concept t o realit y R 1 S PE 79790, 2003 1 Sapon ja J , Ad eleye A , H ucik B 1 M anaged -pressure drillin g ( M PD f ield t rials demonst ra

48、t e t echnology val ue R 1 IAD C/ SPE98787, 20061 嚴(yán)新 新 , 陳 永明 , 燕修 良 1 M PD 技 術(shù)及其 在鉆 井中 的應(yīng) 用 J . 天然氣勘探與開發(fā) , 2007, 30( 2 : 62 - 661 張新 耕 , 王敬 農(nóng) , 郭 彥軍 1 隨鉆 測井 技術(shù) 進(jìn)展 和 發(fā)展 趨 勢 J . 測井技術(shù) , 2006, 30( 1 : 10 -15 1 馬哲 , 楊錦 舟 , 趙金海 1 無 線隨鉆測量技 術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀與 發(fā) 展趨勢 J1 石油鉆探技術(shù) , 2007, 35( 6 : 112 -115 1 盛明仁 , 王振光 , 李 軍成 1 LWD 測量 系統(tǒng)在 樁 1 - 平 5 井中 的 應(yīng)用 J 1 石油鉆探技術(shù) , 2000, 28( 3 : 32 -34 1 李林 1 隨鉆測量 數(shù)據(jù)的井 下短距離 無線傳輸 技術(shù)研究 J 1 石油鉆探技術(shù) , 2007, 35( 1 : 45 -48 1 劉修善 , 侯緒田 , 涂玉林 , 等 1 電磁隨鉆測量技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā) 展 趨勢 J 1 石油