世界鉆井技術(shù)

發(fā)展趨勢(shì)與國(guó)內(nèi)鉆井瓶頸問(wèn)題蘇義腦中國(guó)石油集團(tuán)鉆井工程技術(shù)研究院DRILLINGENGINEERINGRESEARCHINSTITUTE,CNPC2006年9月1內(nèi)容概要一、對(duì)當(dāng)今油氣鉆井技術(shù)的基本認(rèn)識(shí)與思考二、國(guó)外油氣鉆井技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)三、當(dāng)前我國(guó)油氣鉆井技術(shù)存在的主要技術(shù)瓶頸2一、對(duì)當(dāng)今油氣鉆井技術(shù)的基本認(rèn)識(shí)與思考1.定位

油氣工業(yè)上游三大支柱，

工程是核心業(yè)務(wù)、突破手段。2.作用鉆井已不單是構(gòu)建油氣通道，而是成為提高勘探成功率、開(kāi)發(fā)鉆遇率和采收率的技術(shù)。3一、對(duì)當(dāng)今油氣鉆井技術(shù)的基本認(rèn)識(shí)與思考3.特點(diǎn)20世紀(jì)90年代以來(lái)鉆井新技術(shù)發(fā)展很快，不斷有新技術(shù)出現(xiàn)?！八母摺薄咄度耄弋a(chǎn)出，高風(fēng)險(xiǎn)，高技術(shù)

4一、對(duì)當(dāng)今油氣鉆井技術(shù)的基本認(rèn)識(shí)與思考4.趨勢(shì)“六更”—更深，更快，更便宜，

更清潔，更安全，更聰明。(1)向高新技術(shù)發(fā)展；

(I3—信息化，集成化，智能化)(2)目標(biāo)是降低“噸油”成本—效益最大化；(3)需要鉆什么樣的井，就鉆什么樣的井，保證鉆成這樣的井。

5二、國(guó)外油氣鉆井技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)1.世界油氣勘探開(kāi)發(fā)形勢(shì)2.國(guó)外石油工程技術(shù)服務(wù)市場(chǎng)3.國(guó)外鉆井技術(shù)現(xiàn)狀與概況4.國(guó)外鉆井新技術(shù)簡(jiǎn)介61.世界油氣勘探開(kāi)發(fā)形勢(shì)老區(qū)挖潛的儲(chǔ)量與“新”發(fā)現(xiàn)油氣田的儲(chǔ)量相當(dāng)待發(fā)現(xiàn)的原油可采資源主要分布在中東北非(315億t，占31%)、北美(21%)和獨(dú)聯(lián)體(16%)待發(fā)現(xiàn)的天然氣可采資源主要分布在獨(dú)聯(lián)體(46萬(wàn)億m3，占32%)、中東北非(26%)和北美(13%)全球油氣潛在可采儲(chǔ)量主要分布在伊拉克、伊朗、沙特阿拉伯、伏爾加－烏拉爾、西西伯利亞和阿爾及利亞等國(guó)家(地區(qū))71.世界油氣勘探開(kāi)發(fā)形勢(shì)81.世界油氣勘探開(kāi)發(fā)形勢(shì)世界油氣產(chǎn)儲(chǔ)量近幾年呈逐年增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)2003年底，世界剩余油氣探明儲(chǔ)量分別為1734億t和172萬(wàn)億m3，分別較上年增長(zhǎng)4.36%和10.5%非洲地區(qū)石油儲(chǔ)量增長(zhǎng)最快，達(dá)到12.42%中東地區(qū)天然氣儲(chǔ)量增長(zhǎng)最快，達(dá)27%91.世界油氣勘探開(kāi)發(fā)形勢(shì)世界油氣產(chǎn)儲(chǔ)量近幾年呈逐年增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)2003年世界石油產(chǎn)量達(dá)34.04億t，比上年增長(zhǎng)4%.石油產(chǎn)量排名前5位的國(guó)家依次為沙特阿拉伯(4.215億t)

俄羅斯(4.108億t)

美國(guó)(2.863億t)

伊朗(1.865億t)

中國(guó)(1.708億t)101.世界油氣勘探開(kāi)發(fā)形勢(shì)世界油氣產(chǎn)儲(chǔ)量近幾年呈逐年增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)2003年世界天然氣產(chǎn)量為2.64萬(wàn)億m3，比上年提高了5.6%。產(chǎn)量超過(guò)1000億m3的4個(gè)產(chǎn)氣大國(guó)分別是俄羅斯(5957億m3)

美國(guó)(5704億m3)

加拿大(2074億m3)

英國(guó)(1081億m3)據(jù)美國(guó)萊曼兄弟公司的調(diào)查表明，2004年世界勘探開(kāi)發(fā)投資比2003年增長(zhǎng)4.4%，達(dá)到1489億美元112.國(guó)外石油工程技術(shù)服務(wù)市場(chǎng)(1)物探技術(shù)服務(wù)市場(chǎng)(2)鉆井市場(chǎng)(3)測(cè)井技術(shù)服務(wù)市場(chǎng)(4)錄井技術(shù)服務(wù)市場(chǎng)(5)井下作業(yè)市場(chǎng)12上世紀(jì)末跌入低谷的世界物探總投資額于2000年反彈至39億美元2001年上升至44億美元2002年則猛增到54億美元2003年繼續(xù)保持54億美元左右的規(guī)模(1)物探技術(shù)服務(wù)市場(chǎng)2D總計(jì)2D海上3D總計(jì)3D海上3D陸上2D陸上132003年世界動(dòng)用地震隊(duì)月均239個(gè)2003年世界地震工作量比2002年減少了近20%2004年1~6月,世界動(dòng)用地震隊(duì)月均185個(gè),比2003年同期減少約26%資料來(lái)源：美國(guó)WorldOil，IHSEnergy統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)(1)物探技術(shù)服務(wù)市場(chǎng)14目前，國(guó)際石油物探市場(chǎng)呈現(xiàn)的主要特點(diǎn)有：1)大型物探公司壟斷地位受到嚴(yán)重沖擊，市場(chǎng)份額下降。進(jìn)入21世紀(jì)，西方地球物理公司、地學(xué)服務(wù)公司、法國(guó)地球物理公司和VTS等主要物探公司的壟斷地位受到?jīng)_擊，市場(chǎng)份額從90%降到60%左右。2)由于石油公司重組，客戶(hù)源減少，導(dǎo)致市場(chǎng)上地震作業(yè)隊(duì)伍嚴(yán)重過(guò)剩。石油公司數(shù)量的減少，使地震作業(yè)能力嚴(yán)重過(guò)剩，其中陸上500余支地震隊(duì)的利用率僅為30%~50%；海上地震作業(yè)船已從130余條減少到90余條，且利用率僅為50%左右。3)物探市場(chǎng)供需關(guān)系緊張，競(jìng)爭(zhēng)加劇，物探服務(wù)公司收入大幅度減少。(1)物探技術(shù)服務(wù)市場(chǎng)15美國(guó)從1999年的158億美元增加到2004年435億美元；加拿大從1999年的47.1億美元增加到2004年120.4億美元；國(guó)際其他地區(qū)

(不含美國(guó)、加拿大、中國(guó)、俄羅斯)從1999年的326.6億美元增加到2004年487億美元。資資料來(lái)源：WorldOil雜志2004年第9期預(yù)計(jì)2008年之前每年將保持2004年左右的水平。鉆井完井費(fèi)用：(2)鉆井市場(chǎng)162004年7月世界動(dòng)用鉆機(jī)分布圖(不含中石油、中石化)(2)鉆井市場(chǎng)在美國(guó)，自1995年以來(lái)，鉆天然氣井的鉆機(jī)一直多于油井鉆機(jī)，2004年鉆天然氣井的鉆機(jī)占總數(shù)的86%每年所鉆1500m以下井?dāng)?shù)占總井?dāng)?shù)的50%左右，4500m以上深井占鉆井總數(shù)的2.5%左右資料來(lái)源：WorldOil雜志2004年第9期預(yù)計(jì)2004年鉆1500m以下井20191口，4500m以上深井928口每年所鉆水平井?dāng)?shù)占總井?dāng)?shù)的5%左右，各類(lèi)定向井?dāng)?shù)(含水平井?dāng)?shù))占鉆井總數(shù)的12%左右2004年將鉆水平井1950口，老井重鉆井2542口預(yù)計(jì)2008年之前將繼續(xù)保持以上這些態(tài)勢(shì)17(2)鉆井市場(chǎng)美國(guó)《油氣雜志》2004年1月26日最新預(yù)測(cè)2004年美國(guó)的鉆井?dāng)?shù)將達(dá)36321口，

預(yù)計(jì)比2003年的34690口增長(zhǎng)4.7%(實(shí)際36077口)2003年加拿大鉆井?dāng)?shù)首次突破20000口，達(dá)到了20208口而2004年加拿大西部地區(qū)的鉆井?dāng)?shù)將比2003年有所減少，預(yù)計(jì)為18726口(實(shí)際20522口)18測(cè)井市場(chǎng)容量及增長(zhǎng)狀況2002年，國(guó)際測(cè)井市場(chǎng)價(jià)值工作量約為47.5億美元(電纜測(cè)井和隨鉆測(cè)井)預(yù)計(jì)2005年世界測(cè)井市場(chǎng)總?cè)萘靠赏黄?0億美元從發(fā)展趨勢(shì)看，未來(lái)5-10年，世界測(cè)井市場(chǎng)容量仍將不斷擴(kuò)大1996至2002年，國(guó)際電纜測(cè)井市場(chǎng)容量從30億美元增加到36.4億美元，增長(zhǎng)了21%；隨鉆測(cè)井市場(chǎng)容量從6.3億美元增加到11.1億美元，增長(zhǎng)了76%。(3)測(cè)井技術(shù)服務(wù)市場(chǎng)19目前，在國(guó)際測(cè)井服務(wù)市場(chǎng)上：裸眼井服務(wù)占53%，套管井服務(wù)占47%,二者市場(chǎng)份額大體相當(dāng)在裸眼井服務(wù)市場(chǎng)中，電阻率和三孔隙度服務(wù)市場(chǎng)份額占78%左右按常規(guī)測(cè)井與成像測(cè)井劃分，常規(guī)測(cè)井占市場(chǎng)總?cè)萘康?0%左右，成像測(cè)井占30%左右從發(fā)展趨勢(shì)看，隨鉆測(cè)井、成像測(cè)井需求將不斷增加，其市場(chǎng)空間將不斷擴(kuò)大。以目前隨鉆測(cè)井年均增長(zhǎng)9.8%推算,預(yù)計(jì)2010年隨鉆測(cè)井市場(chǎng)容量為23億美元左右國(guó)際測(cè)井市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)呈現(xiàn)三大技術(shù)服務(wù)公司寡頭壟斷格局。80%以上的國(guó)際測(cè)井市場(chǎng)被斯倫貝謝、貝克休斯和哈里伯頓三大技術(shù)服務(wù)公司占領(lǐng)(不包括中國(guó)和前蘇聯(lián)國(guó)家)專(zhuān)家估計(jì)近10年中裸眼測(cè)井的工作量50%將被隨鉆測(cè)井取代，套管內(nèi)測(cè)井工作量的50%將被永久傳感器所取代(3)測(cè)井技術(shù)服務(wù)市場(chǎng)202002年國(guó)際錄井服務(wù)市場(chǎng)國(guó)際錄井市場(chǎng)總體上相對(duì)穩(wěn)定。據(jù)統(tǒng)計(jì)，1996~2003年間，國(guó)際錄井市場(chǎng)金額在3~4億美元左右，2003年達(dá)到4.05億美元2002年國(guó)際錄井服務(wù)市場(chǎng)主要由貝克休斯公司、地質(zhì)服務(wù)公司(Geoservices)、哈里伯頓公司、Datalog技術(shù)公司、Nabors工業(yè)公司、國(guó)際錄井等公司占領(lǐng)(4)錄井技術(shù)服務(wù)市場(chǎng)21美國(guó)2003年在用油井?dāng)?shù)和氣井?dāng)?shù)分別為52.8萬(wàn)口和37.2萬(wàn)口；平均單井產(chǎn)量約為產(chǎn)油1.5t/日、產(chǎn)氣4248m3/日2003年總作業(yè)次數(shù)為49.7萬(wàn)次，其中油井服務(wù)38.1萬(wàn)次，修井7.08萬(wàn)次，棄井和完井分別為1.69和2.9萬(wàn)次油井服務(wù)和修井裝置從1995年的3045臺(tái)逐漸減少，2002年1797臺(tái)，2003年增加為1969臺(tái)，預(yù)測(cè)今后幾年將略有增加總的生產(chǎn)費(fèi)用，10年間費(fèi)用最低的為1999年的110.2億美元，最高的為1997年的183億美元。2003年為133.1億美元。估計(jì)今后幾年總生產(chǎn)費(fèi)用將逐漸增加(5)井下作業(yè)市場(chǎng)22年萬(wàn)次美國(guó)井下作業(yè)工作量年井?dāng)?shù)美國(guó)在用油井和氣井?dāng)?shù)對(duì)比(5)井下作業(yè)市場(chǎng)233.國(guó)外鉆井技術(shù)現(xiàn)狀與概況井型應(yīng)用水平井，分支井，魚(yú)骨井，大位移井，小井眼井鉆井工藝氣體鉆井，欠平衡鉆井，套管鉆井，連續(xù)管鉆井，智能完井，超高壓射流鉆井工具/裝備地質(zhì)導(dǎo)向，旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向，自動(dòng)垂直鉆井系統(tǒng)(VDS)，隨鉆測(cè)井(LWD)，無(wú)風(fēng)險(xiǎn)鉆井系統(tǒng)，頂驅(qū)，盤(pán)剎，電子司鉆儲(chǔ)備技術(shù)單徑井眼(MONODRILL)，激光鉆井，

一次起下作業(yè)井(OTW)，核能鉆井火箭2450’s60’s70’s80’s90’s2000+水平井20430口最大水平段達(dá)6118m多底井總水平段長(zhǎng)度達(dá)到11342m大位移井最大位移10728m3.國(guó)外鉆井技術(shù)現(xiàn)狀與概況先進(jìn)技術(shù)水平井大位移井多分支井欠平衡鉆井地質(zhì)導(dǎo)向鉆井頂部驅(qū)動(dòng)裝置膨脹管技術(shù)挑戰(zhàn)深水高溫高壓環(huán)境安全E&D效益降低成本253.國(guó)外鉆井技術(shù)現(xiàn)狀與概況2004年鉆井紀(jì)錄MWD/LWD用的最高溫度達(dá)191oCLWD用的最大深度達(dá)9375m實(shí)時(shí)圖像傳輸最大深度在挪威海上達(dá)8260m13的Autotrak(bakerhughes)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)最大進(jìn)尺在挪威海上達(dá)4389m16的PowerDrive(Schlumberger)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)最大進(jìn)尺在墨西哥灣海上達(dá)2869m263.國(guó)外鉆井技術(shù)現(xiàn)狀與概況2004年鉆井紀(jì)錄17英寸的Autotrak(bakerhughes)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)最大進(jìn)尺在亞太地區(qū)達(dá)2487mBakerhughes報(bào)告其旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)最大單趟連續(xù)鉆井時(shí)間是242h(在北海BP的井上)Schlumberger報(bào)告其旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)最大單趟連續(xù)鉆井時(shí)間是315h(在加拿大海上)Schlumberger旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)在加拿大海上用的最深井達(dá)9119m，bakerhughes旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)在亞太地區(qū)最深井達(dá)9375m273.國(guó)外鉆井技術(shù)現(xiàn)狀與概況2004年鉆井紀(jì)錄第一個(gè)下入開(kāi)窗井的膨脹管Kerr-Mcgee公司最近在墨西哥灣在9-5/8英寸套管中成功下下入7-5/89-5/8裸眼尾管OHL系統(tǒng)。677m的OHL系統(tǒng)在窗口之下膨脹了599m，保證井底有適當(dāng)?shù)耐昃叽?。套管下人深度紀(jì)錄2004年9月13日，Unocal把13-3/813-5/8的套管柱652，719公斤下入7400m。283.國(guó)外鉆井技術(shù)現(xiàn)狀與概況2004年鉆井紀(jì)錄連續(xù)管紀(jì)錄殼牌公司在墨西哥灣一口井下入連續(xù)管8303m；在西得克薩斯用連續(xù)管進(jìn)行強(qiáng)化增產(chǎn)下入了4840m。水平井礫石填充BakerOilTools公司在英國(guó)北海水平井裸眼礫石填充2768m。29(1)地質(zhì)導(dǎo)向鉆井技術(shù)(2)欠平衡鉆井與氣體鉆井配套技術(shù)(3)垂直鉆井技術(shù)和旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)(4)分支井技術(shù)與魚(yú)骨井技術(shù)(5)膨脹管技術(shù)(6)固井完井技術(shù)(7)激光鉆井(8)一次起下作業(yè)概念井和靈巧鉆井(9)智能完井3.國(guó)外鉆井新技術(shù)簡(jiǎn)介30地質(zhì)導(dǎo)向系統(tǒng)就是用近鉆頭地質(zhì)、工程參數(shù)測(cè)量和隨鉆控制手段來(lái)保證實(shí)際井眼穿過(guò)儲(chǔ)層并取得最佳位置。目前Schlumberger的GST系統(tǒng)、Halliburton公司的PZST系統(tǒng)已在實(shí)際鉆井中得到了應(yīng)用地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)提高了對(duì)地層構(gòu)造、儲(chǔ)層特性的判斷和鉆頭在儲(chǔ)層內(nèi)軌跡的控制能力，從而提高油層鉆遇率、鉆井成功率和采收率(1)地質(zhì)導(dǎo)向鉆井技術(shù)31(1)地質(zhì)導(dǎo)向鉆井技術(shù)32塔里木油田TZ40-H7井地質(zhì)導(dǎo)向-應(yīng)用成果TZ40-H7實(shí)鉆井眼軌跡設(shè)計(jì)井眼軌跡>5m33挑戰(zhàn)井眼軌跡…應(yīng)該向那個(gè)方向打鉆?地層屬性…是否在油層內(nèi)鉆進(jìn)?可鉆性…是否可鉆達(dá)目的層?解決方案實(shí)時(shí)近鉆頭測(cè)量(離鉆頭2m)：伽馬，電阻率，井斜實(shí)時(shí)鉆頭電阻率(測(cè)量鉆頭前方電阻率)實(shí)時(shí)方向性測(cè)量(測(cè)量井眼上下方)：伽馬，電阻率地質(zhì)導(dǎo)向－挑戰(zhàn)與解決方案GeometricGeologic34隨鉆方位性測(cè)量方位電阻率距鉆頭7.3m判斷鉆頭在薄互層中所處的位置(1)地質(zhì)導(dǎo)向鉆井技術(shù)350.0%5.0%10.0%15.0%20.0%25.0%30.0%35.0%199419951996199719981999200020012002200320042005百分比02000400060008000100001200014000井?dāng)?shù)欠平衡井占所有井的百分比欠平衡作業(yè)井?dāng)?shù)美國(guó)欠平衡井應(yīng)用統(tǒng)計(jì)與預(yù)測(cè)完成8200口占總井?dāng)?shù)的25%(2)欠平衡鉆井與氣體鉆井配套技術(shù)362003年Weatherford公司全球欠平衡鉆井?dāng)?shù)28298114190242221269Total67364AeratedMud60292209FlowDrilling(kickdepletion)15324420145023TwoPhase187177532567Foam6639550104Mist133477512502Air(Dust)119712100HammerDrilling1022100Cavitation11Risercap33Recompression716CoiledTubingDrilling130514120MudcapTOTALE.WALAOCANADAAPRUSAMENADrillingMethod2004年Weatherford公司全球欠平衡鉆井?dāng)?shù)將突破4000口。(2)欠平衡鉆井與氣體鉆井配套技術(shù)37裝備配套

空氣壓縮機(jī)、增壓機(jī)、制氮裝備、套管閥等。測(cè)量配套

電磁MWD、PWD等。軟件計(jì)算與模擬

SURE(適合于欠平衡鉆井的油藏選擇)等。套管閥(2)欠平衡鉆井與氣體鉆井配套技術(shù)38BakerHughes公司從20世紀(jì)80年代末期開(kāi)始研制垂直鉆井系統(tǒng)。研制的井下閉環(huán)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向自動(dòng)防斜系統(tǒng)，在南美Andes山、北美落基山山前高陡構(gòu)造地層、墨西哥灣的鹽層等地區(qū)已完成進(jìn)尺25萬(wàn)多米。解決了高陡構(gòu)造、斷層、鹽層等情況下鉆井問(wèn)題，提高了井眼質(zhì)量，提高了鉆井速度Schlumberger公司的PowerV系統(tǒng)在鉆進(jìn)時(shí)會(huì)自動(dòng)追蹤地心吸力，自動(dòng)設(shè)定及調(diào)整儀器所產(chǎn)生的側(cè)向力，使井斜快速返回垂直。在整個(gè)鉆井過(guò)程中PowerV是100%旋轉(zhuǎn)的。根據(jù)在南美洲，墨西哥灣和北海的作業(yè)經(jīng)驗(yàn)，井斜從未超過(guò)0.5度(3)垂直鉆井技術(shù)和旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)3940VertiTrak的結(jié)構(gòu)示意圖41VertiTrak與傳統(tǒng)鉆井系統(tǒng)性能的比較42VertiTrak的工作旋轉(zhuǎn)狀態(tài)演示三個(gè)導(dǎo)向塊的運(yùn)動(dòng)演示VertiTrak鉆井系統(tǒng)的工作原理43PowerV在塔里木油田應(yīng)用效果PowerV技術(shù)在克拉2地區(qū)的應(yīng)用，見(jiàn)到良好效果。機(jī)械鉆速提高1倍以上，最高接近4倍，井斜控制也初見(jiàn)成效。井號(hào)井段進(jìn)尺機(jī)械鉆速鉆井天數(shù)最大井斜/井深備注KL205148-259024421.5085.09.2/1000未使用KL2-3350-267523253.2759.512.5/2129儀器故障KL2-7302-291926172.5062.34.99/414儀器故障KL2-8344-232919857.2323.02.9/322KL2-41626-18892633.004.43.1/28351929-20331041.962.8PowerV技術(shù)在八盤(pán)1井的應(yīng)用非常成功，在16井段(196-2305m)機(jī)械鉆速達(dá)到4.98m/h，井斜控制在0.2-0.3，最大0.6。(3)垂直鉆井技術(shù)和旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)44PowerV在新疆霍爾果斯Cu-03井應(yīng)用效果井號(hào)至1000m至2000m至3000m備注Cu-00129天85天220天鄰井、常規(guī)Cu-00223天88天189天鄰井、常規(guī)Cu-00315天47天未到1開(kāi)井深鉆速(m/h)天數(shù)Cu-0011530.8911.23Cu-0021941.611.4Cu-0031492.25.822開(kāi)井深鉆速(m/h)天數(shù)Cu-00114982.5744.15Cu-00218602.4967.5Cu-00315805.0328(3)垂直鉆井技術(shù)和旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)45

效果分析鉆出了光滑的井眼，平均井斜角控制在0.11°/30m克服了20~35°地層傾角的影響節(jié)約了鉆井時(shí)間降低了扭矩和套管磨損節(jié)約了鉆井成本SURFACECASINGPOINT-400680MeasuredDepth(m)-2024InclinationSURFACECASINGPOINT-400680MeasuredDepth(m)-4048Dogleg(°/30m)DirectionalBHAVDSVDSDirectionalBHA(3)垂直鉆井技術(shù)和旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)46隨著水平井、大位移井、分支井、魚(yú)骨井等復(fù)雜結(jié)構(gòu)井對(duì)軌跡控制要求的不斷提高，推動(dòng)了旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)的快速發(fā)展旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)能夠隨鉆實(shí)時(shí)完成導(dǎo)向功能，鉆進(jìn)時(shí)的摩阻與扭矩小、鉆速高、鉆頭進(jìn)尺多、鉆井時(shí)效高、建井周期短、井身軌跡平滑易調(diào)控。與常規(guī)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)相比，旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)能更快、更遠(yuǎn)、更精確地鉆進(jìn)目前Schlumberger公司的PowerDrive系統(tǒng)、PowerXceed系統(tǒng)，BakerHughes公司的AutoTrak系統(tǒng)，Hallibonton公司的Geo-Pilot系統(tǒng)都已投入使用(3)垂直鉆井技術(shù)和旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)47(3)垂直鉆井技術(shù)和旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)48旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向-PowerDrive(3)垂直鉆井技術(shù)和旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)49(3)垂直鉆井技術(shù)和旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)50分支井和魚(yú)骨井技術(shù)，主要目的是提高在儲(chǔ)層內(nèi)的進(jìn)尺，提高單井產(chǎn)量和最終采收率，最終降低鉆井成本和桶油成本(4)分支井技術(shù)與魚(yú)骨井技術(shù)51SHELL公司在阿曼單位產(chǎn)能建設(shè)成本比較(4)分支井技術(shù)與魚(yú)骨井技術(shù)新鉆直井0200400600800100012001400160091929394959697美元/桶/天989900新鉆水平井水平側(cè)鉆多分枝井單位產(chǎn)量成本比較52中海油渤海CF1低產(chǎn)井改為魚(yú)骨井以后，產(chǎn)量增到160m3/d，相對(duì)于周邊井平均26.7m3/d的產(chǎn)量而言，產(chǎn)量增加了2~5倍在此基礎(chǔ)上，SZ36-1地區(qū)，對(duì)稠油區(qū)普遍采用這種技術(shù)，均獲得成功，顯著提高了油田的經(jīng)濟(jì)效益，救活了一批稠油低產(chǎn)井，創(chuàng)出了一條解放稠油，提高產(chǎn)量的路子(4)分支井技術(shù)與魚(yú)骨井技術(shù)53膨脹管技術(shù)包括膨脹套管與膨脹篩管。膨脹套管主要用于封隔復(fù)雜井段，減少井眼尺寸，還用于套管補(bǔ)貼；膨脹篩管主要用于防砂截止到2003年5月，Enveture公司已進(jìn)行了171井次、累計(jì)長(zhǎng)度16萬(wàn)ft的膨脹管作業(yè)，此外還進(jìn)行了11次累計(jì)5860ft的膨脹防砂管作業(yè)威德福公司的可膨脹防砂篩管的安裝總長(zhǎng)度達(dá)到了36209m，并創(chuàng)造了安裝1500m可膨脹防砂篩管的世界紀(jì)錄(5)膨脹管技術(shù)5413-3/8”Csg9-5/8”Csg7”Liner8-1/2”Hole用于套管補(bǔ)貼用于防漏、保持井眼穩(wěn)定的尾管用于套管補(bǔ)貼膨脹防砂管用于油氣水控制、防漏、防砂的套管膨脹管技術(shù)應(yīng)用55181611-3/493/875/8”atTD2221inRiser18-3/4inBOP11-3/4x16ExpdID=12.857”FJatTD16inRiser13-5/8inBOP113/49-5/8x113/4Exp.ID=9.993/875/8x93/895/8”atTD3014inRiser12inBOP95/8MDExp.ID=10.313-3/8x1613-3/89-5/8x11-3/416ID=13.5in75/8”atTD11-3/495/8MonoDiameterExp.ID=10.39-5/8MonoDiameterExp.I.D.=10.395/8常規(guī)20052002-2003SlimwellMonoDiameterDrillingLinerMonoDiameterProductionLiner16ID=13.5in113/430303095/8MDExp.ID=10.395/8MDExp.ID=10.395/8MDExp.ID=10.2595/8MDExp.ID=10.395/8MDExp.ID=10.3202011-3/4x16Exp.ID=12.85膨脹管技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)—單孔井56在固井材料和外加劑研究開(kāi)發(fā)方面，國(guó)外經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，形成了十五大系列非常完備的品種體系工具方面研制了各種扶正器、尾管下入與懸掛裝置等哈里伯頓公司代表性新產(chǎn)品

Flexcem韌性水泥

Flexplug韌性塞堵漏材料

Micromatrix擠注水泥

Thermaloex耐高溫水泥

Micromax新型加重材料合成共聚物型降失水劑有機(jī)膦型緩凝劑

斯倫貝謝公司代表性新產(chǎn)品

CemCRETE高性能水泥漿包括

LiteCRETE低密高性能水泥漿

DensCRETE高密高性能水泥漿

DeepCRETE深水高性能水泥漿

SqueezeCRETE擠注高性能水泥漿

UniFLAC通用型降失水劑(6)固井與完井技術(shù)57(7)激光鉆井技術(shù)早在20世紀(jì)60年代和70年代，國(guó)外就開(kāi)展過(guò)激光鉆井研究。但是由于當(dāng)時(shí)的激光技術(shù)水平有限，研究認(rèn)為：在技術(shù)上，用激光鉆井需要的能量太大，實(shí)現(xiàn)不了；在經(jīng)濟(jì)上，激光鉆井太昂貴，不合算。正是這一結(jié)論在此后25年的時(shí)間里妨礙了激光技術(shù)在石油鉆井領(lǐng)域的研究與應(yīng)用，盡管這期間激光技術(shù)取得了飛速的發(fā)展，特別冷戰(zhàn)期間美國(guó)星球大戰(zhàn)計(jì)劃開(kāi)發(fā)的激光武器，其能量足以擊毀來(lái)襲導(dǎo)彈，摧毀地面目標(biāo)。58激光鉆井的研究現(xiàn)狀1997~1999年，美國(guó)氣體技術(shù)研究所與科羅拉多州礦業(yè)學(xué)校、美國(guó)能源部、美國(guó)陸軍、美國(guó)空軍和其他三家公司一起開(kāi)展了激光鉆井的基礎(chǔ)研究。研究小組在200多塊頁(yè)巖、灰?guī)r和砂巖上測(cè)試了三種軍用激光系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)激光能穿透各種類(lèi)型的巖石，破巖機(jī)理是高能激光擊碎、熔化和蒸發(fā)巖石，激光鉆井在技術(shù)上是可行的，而且速度可能比常規(guī)旋轉(zhuǎn)鉆井快10倍甚至更快。鑒于這項(xiàng)為期兩年的基礎(chǔ)研究工作取得了可喜的成果，從2000年起又對(duì)激光鉆井開(kāi)展了一系列的深入研究。參與研究的除了美國(guó)氣體技術(shù)研究所、科羅拉多州礦業(yè)學(xué)校以及美國(guó)能源部下設(shè)的國(guó)家能源技術(shù)實(shí)驗(yàn)室和Argonne國(guó)家實(shí)驗(yàn)室以外，還有油公司和服務(wù)公司，比如哈里伯頓公司等。著重研究了激光鉆井需要的能量以及激光、巖石和液體三者的相互影響，發(fā)現(xiàn)實(shí)際所需要的能量并沒(méi)有60年代所計(jì)算的那么大；高能激光熔化巖石后，在井壁形成一層陶瓷樣保護(hù)層，其周?chē)膸r石因受熱膨脹而出現(xiàn)一些微裂縫，有助于提高滲透率。59激光鉆井優(yōu)勢(shì)明顯，前景廣闊與常規(guī)鉆井相比，激光鉆井具有如下潛在優(yōu)勢(shì)：1)激光鉆機(jī)重量輕，用一輛拖車(chē)一次就可運(yùn)到井場(chǎng)；2)激光鉆井的井場(chǎng)很小，也許只有普通井場(chǎng)的十分之一甚至更小；3)激光能夠穿透各種類(lèi)型的巖石，而且速度很快，用常規(guī)鉆井方法需要100天才能鉆成的井，用激光鉆井也許只需10天時(shí)間；4)激光鉆井不需要常規(guī)鉆頭和常規(guī)鉆柱，鉆成的井眼小，激光將巖石熔化，在井壁形成一種陶瓷樣的保護(hù)層，無(wú)需下套管固井，因此鉆井成本很低，也許只有常規(guī)旋轉(zhuǎn)鉆井的十分之一甚至更低；5)激光鉆井是一種清潔鉆井，激光擊碎、熔化和蒸發(fā)巖石，鉆井中無(wú)鉆屑上返到地面，對(duì)環(huán)境的影響甚微；6)過(guò)程具有可導(dǎo)向性。60激光鉆井優(yōu)勢(shì)明顯，前景廣闊激光鉆井經(jīng)過(guò)七年的研究，已經(jīng)取得了許多研究成果，盡管現(xiàn)在還處在室內(nèi)試驗(yàn)階段，還有大量的工作要做，但有美國(guó)能源部的支持和世界一流的油氣服務(wù)公司的參與，相信離現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和商業(yè)應(yīng)用已經(jīng)為期不遠(yuǎn)了，計(jì)劃兩年內(nèi)造出樣機(jī)，激光射孔將先于激光鉆井投入商業(yè)應(yīng)用。屆時(shí)必將給鉆井和完井帶來(lái)一場(chǎng)深刻的革命，徹底改變鉆井完井的作業(yè)方式，大幅度提高作業(yè)效率和經(jīng)濟(jì)效益。61626364(8)一次起下作業(yè)概念井和靈巧鉆井2004年6月27日~7月2日于美國(guó)科羅拉多舉行的SPE論壇探討一項(xiàng)鉆井技術(shù)的新概念——“一次起下作業(yè)概念井”技術(shù)(One-TripWell)。討論的主要目的是如何將鉆井和完井的一系列先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行集成，以實(shí)現(xiàn)更少的起下作業(yè)次數(shù)，最終完成真正意義上的“一次起下作業(yè)鉆完井”。隨著世界石油工業(yè)的快速發(fā)展和科技的不斷進(jìn)步，鉆井業(yè)近年來(lái)出現(xiàn)了許多新的技術(shù)。三維多目標(biāo)井在國(guó)外已經(jīng)廣泛開(kāi)展，套管鉆井、實(shí)時(shí)地層評(píng)價(jià)、三維旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井等先進(jìn)技術(shù)也正在進(jìn)入常規(guī)應(yīng)用階段。新興的一次起下礫石充填作業(yè)、迅速發(fā)展的“聰明井”(“Smart”Well)技術(shù)、不斷增長(zhǎng)的可膨脹管技術(shù)的應(yīng)用以及保持井眼完整性的化學(xué)品的應(yīng)用技術(shù)都在發(fā)展之中。這些技術(shù)確實(shí)解決了某類(lèi)特定的問(wèn)題，但鉆井業(yè)并沒(méi)有擺脫一口井鉆井完井需要多次起下作業(yè)的常規(guī)作業(yè)模式。65(9)智能完井智能完井系統(tǒng)是帶有井下流量控制閥，井下傳感器，并能實(shí)時(shí)采集有關(guān)數(shù)據(jù)的遙測(cè)與控制系統(tǒng)。其目標(biāo)是將層間隔離、流量控制、機(jī)械采油、永久性監(jiān)測(cè)和出砂控制等方面安全可靠地綜合起來(lái)。它可使經(jīng)營(yíng)者從地面實(shí)時(shí)地對(duì)單井多層段油氣生產(chǎn)或?qū)Χ喾种Ь袉畏种Ь鄣挠蜌馍a(chǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制。智能完井系統(tǒng)將會(huì)減少油井生產(chǎn)期間所需要的大量修井作業(yè)，從而使油井有較少的油井檢修作業(yè)量，保持最高的采油水平，獲得較高的油層油氣采收率。66(9)智能完井智能完井系統(tǒng)由地面硬件控制設(shè)備和井下模塊組成。智能完井系統(tǒng)井下部分由數(shù)個(gè)模塊組成，這些模塊具有測(cè)試油管壓力和環(huán)空壓力、溫度和流量的功能，它類(lèi)似一種開(kāi)關(guān)控制著油氣由油層流入生產(chǎn)管柱。地面系統(tǒng)與井下模塊相結(jié)合，以辨明油層的層位、工況以及每一油層的流動(dòng)特性。地面系統(tǒng)將指令傳送給井下裝置使井下設(shè)備動(dòng)作來(lái)改變、調(diào)整油井的流動(dòng)特性。固定于油管柱外側(cè)的電纜可進(jìn)行地面和井下設(shè)備的信號(hào)傳遞，并給井下設(shè)備提供電源。67智能井－井下自動(dòng)油氣生產(chǎn)系統(tǒng)(9)智能完井681.推覆體及山前高陡構(gòu)造地區(qū)井斜控制困難2.窄密度窗口安全鉆進(jìn)問(wèn)題3.破碎性地層井漏和高密度泥漿漏失嚴(yán)重4.高研磨性地層鉆井問(wèn)題5.水平井地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)應(yīng)用率還不高6.氣體鉆井中的井斜、井塌與卡鉆問(wèn)題等7.固井與完井問(wèn)題三、當(dāng)前我國(guó)油氣鉆井技術(shù)存在的主要技術(shù)瓶頸69國(guó)內(nèi)近年來(lái)在復(fù)雜深井鉆井方面遭遇了世界性的難題，玉門(mén)的逆掩推覆體、塔里木山前、新疆南緣等都面臨著高陡構(gòu)造下的鉆井問(wèn)題。井斜問(wèn)題直接影響著鉆井井身質(zhì)量和鉆井速度，成為制約勘探開(kāi)發(fā)的瓶頸技術(shù)山前高陡構(gòu)造地區(qū)，由于地層傾角的制約，為保證上部井眼打直，被迫輕壓吊打，影響了鉆井速度。對(duì)于超深井由于上部井斜難以控制，導(dǎo)致后期鉆進(jìn)時(shí)上部套管偏磨1.推覆體及山前高陡構(gòu)造地區(qū)井斜控制困難70窿9井319天鉆至井深2970m。耗用鉆頭66只，平均單只鉆頭進(jìn)尺45m，平均機(jī)械鉆速0.65m/h。日進(jìn)尺最慢時(shí)不到5m。共發(fā)生斷鉆具事故5次，卡鉆事故2次。先后采用多種防斜組合，均不能有效解決井斜問(wèn)題。1.推覆體及山前高陡構(gòu)造地區(qū)井斜控制困難71隨著勘探開(kāi)發(fā)的不斷深入，井漏問(wèn)題日益突出。惡性井漏以四川川東和青海油南山地區(qū)最為嚴(yán)重，高密度泥漿漏失以塔里木和新疆最為突出近年來(lái)川東地區(qū)發(fā)生多次井漏，嚴(yán)重井漏占20-30%，惡性井漏占10-20%，惡性井漏損失占井漏總損失的50%以上，堵漏很難成功。2004年1-9月份，四川15口重點(diǎn)井漏失泥漿44589方，損失時(shí)間4616h新疆南緣地區(qū)破碎性地層漏失嚴(yán)重塔里木卻勒地區(qū)、克拉2地區(qū)高密度泥漿漏失問(wèn)題突出2.破碎性地層井漏和高密度泥漿漏失嚴(yán)重72塔里木克拉2地區(qū)和迪那地區(qū)由于氣層上下跨度大(300m左右)，泥漿柱沿氣層上下形成了一定的壓差，造成上噴下漏，使井控風(fēng)險(xiǎn)增大為平衡氣層下部壓力所附加的壓力超過(guò)了氣層頂部的漏失壓力，導(dǎo)致漏失和粘附卡鉆，反映出儲(chǔ)層泥漿密度窗口很窄3.窄密度窗口安全鉆進(jìn)問(wèn)題73霍10井和霍001井非生產(chǎn)時(shí)效對(duì)比40%30%霍10井霍001井3.窄密度窗口安全鉆進(jìn)問(wèn)題74突出表現(xiàn)在玉門(mén)窟窿山、大慶徐家圍子深層、四川等窟窿山構(gòu)造上部地層受逆掩推覆體的影響，志留系、侏羅系等老地層井段長(zhǎng)，下部井段可鉆性差，且在縱向和橫向上的差異非常大，給鉆頭選型和合理使用帶來(lái)了極大困難，特別是限制了PDC等高效能鉆頭的使用，導(dǎo)致鉆井速度慢，周期長(zhǎng)(五分之一井段，三分之一周期)大慶油田深部地層巖石可鉆性級(jí)值最高達(dá)10.38級(jí)，硬度高達(dá)5000MPa，并且含有大段礫石層。致使機(jī)械鉆速很低，鉆頭磨損嚴(yán)重(鉆進(jìn)周期占全井周期的70%)近年來(lái)針對(duì)這一問(wèn)題，分別引進(jìn)了Smith、Reed、Hughes等公司的鉆頭進(jìn)行試驗(yàn)，取得了一定的效果，但沒(méi)有從根本上解決這一問(wèn)題4.高研磨性地層鉆井問(wèn)題75窿9窿8窿5育兒紅Q2-21Q2-19窿111Q2-23Q2-22Q2-24窿6Q2-20窿7窿3窿104Q2-15Q2-18窿110窿107工區(qū)南高北低，溝壑縱橫，南部妖魔山海拔4586m，工區(qū)大部海拔在3000-3600m，地表?xiàng)l件惡劣。SNQ2-19井，設(shè)計(jì)4550米，大港50536隊(duì)承鉆，2002年4月12日審查設(shè)計(jì)，4月15日招標(biāo)，4月29日開(kāi)鉆，鉆遇逆掩推覆體老地層400多米，地層傾角60度以上。地層及巖性與地質(zhì)設(shè)計(jì)及鄰井差別很大，夾層多，給鉆井施工帶來(lái)很大困難Q2-24井，設(shè)計(jì)4600米，江蘇70525隊(duì)承鉆，2002年6月23日審查設(shè)計(jì)，7月2日招標(biāo)，7月17日開(kāi)鉆，鉆遇逆掩推覆體老地層70~560米76Q2-19井30#HJ617鉆頭,

4117.45~4146.17m進(jìn)尺28.72m，純鉆27:25Q2-19井26#HJ617鉆頭，3997~4030m，進(jìn)尺33m，純鉆42h