世界钻井技术发展趋势

  钻井技术总体发展趋势根据美国Welling & Company公司统计预测:

 

  未来世界范围内3~5 a钻井井型将更趋复杂,但仍以常规井为主,将占总井数的67%;水平井等复杂结构井(包括分支井、大位移井和老井重入侧钻水平井等)将占25%;将有30%的井要使用旋转导向技术(包括复杂结构井和直井防斜打快);连续管钻井完井、井底压力/温度测量仪的应用增长快,欠平衡钻井和气体钻井略有增加,主要在陆地上应用;智能完井维持在6%的比例,主要在海上应用。

 

  综观21世纪,世界钻井技术发展总的趋势是向自动化、智能化和更加注重QHSE等方向发展,并以信息化、智能化为特点,将钻井、电测、信息采集和控制技术紧密结合,多技术集成一体化,最大限度地发现和保护油气藏、提高油气井产量和油气田采收率,提高速度,降低成本,提高勘探开发的综合效益[3,11-12]。

 

  钻井单项技术发展趋势未来高度需求重点发展的钻井技术有3个方面:一是降低每米钻井进尺费用技术;二是降低旋转导向费用技术;三是提高钻井速度技术。需求适度高的技术为智能完井和钻井最优化技术。需求适度的技术为旋转导向、LWD、顶驱下套管、钻直井眼的马达、钻台机械化、大位移井、膨胀套管/尾管、高温井、连续管钻井等技术(表1,其中旋转导向技术的发展权重系数为相对成本而言)。

 

  (1)随钻测量和导向钻井技术。发展近钻头测量技术,进一步提高仪器抗高温能力、可靠性和精度,并增加更多的地层参数测量;EM MWD技术向延长深度方向继续发展,以满足气体欠平衡钻水平井的需要;随钻地层测试和随钻地震技术将扩大应用。旋转导向钻井仍将是未来油气工业最主要的钻井方法,并且不断向着信息化、智能化和自动化方向发展,最终将实现遥控钻井。当务之急是发展低成本的旋转导向系统和LWD技术,以显示出其更强的价值定位,使钻井技术步入自动化钻井阶段。根据美国的统计,过去3 a内,大约有25%的电缆测井已被LWD所取代,未来用MWD/LWD结合钻井液录井取代电缆测井将成为一种趋势[3]。

 

  (2)膨胀管和连续管技术。膨胀管近两年的发展速度较快,膨胀管钻井已经试验成功,有望实现用一种套管尺寸钻成一口井[13]。连续管技术方面,朝着发展更先进的超小型连续管钻机以及利用连续管进行足够深度钻井的配套机具发展。一是连续管直径增大(最大为5168127 mm),钛合金和复合材料应用增加,强度提高,注入头性能继续加强;二是研制电动连续管系统;三是采用连续管技术进行水平井气体钻井将成为油田增产、难动用储量开采和提高最终采收率的主导技术;四是连续管微小井眼钻井技术和超高压连续管喷射钻井技术作为崭新的油气开发技术,正处于强势发展的初期[3,14]。

 

  (3)欠平衡和气体钻井技术。其趋势是与水平井、分支井、侧钻重入井、套管/尾管钻井和连续管钻井等技术配套使用,起到更好地发现和保护储层、增产增效的作用,解决井漏和钻井提速等工程问题,并朝着控压钻井方向发展。应对地层出水的反循环气体钻井技术已在研发中。据2007年美国5油气6杂志统计,欠平衡技术与特殊工艺井结合使用的效果比单一技术提高产量2~10倍。未来欠平衡和气体钻井的使用量仍然会增加,预计陆上使用欠平衡钻井的比例将达到37%,海上将达到12%。因此,欠平衡和气体钻井要提高设备配套,扩大技术培训工作和推广力度,发展选井技术。

 

  (4)复杂结构井。以信息化、智能化为特点,将进一步扩大井下闭环钻井技术在水平井、大位移井、多分支井、连续管钻井和精细控制压力钻井中应用,并完善配套这些技术,大量采用复杂结构井技术来大幅度提高油气采收率。

 

  (5)套管钻井。进一步改进回收工具,提高可靠性和井下钻具系统的起出成功率。研制可回收式套管钻井钻井液和气体马达,提高尾管钻井、钻深井或硬地层时的机械钻速,并试验成功膨胀管钻井。

 

  (6)重入井技术。老井再钻技术是在已开采油气井中以重新加深、侧钻或钻多分支井等方式,开采地下剩余油气,提高油气采收率。美国2008年完成2 117口老井侧钻井,占年钻井总数的315%。预计未来老井再钻/侧钻将成为一个庞大的新兴产业[4 ]。

 

  (7)复杂深井超深井钻井技术。不断研发抗高温(204e)高压(140 MPa)自动化钻井设备,完善无风险钻井、控压钻井、新型钻头和自动化钻井等新技术,显著提高复杂深探井、超深探井的勘探成功率和钻井速度[3]。

 

  此外,美国能源部最近又致力于资助石油天然气钻井领域的超前技术研究与推广项目计划,包括低成本旋转导向、激光钻井和射孔、大功率微小井眼钻井、负压脉冲钻井、先进的可导向空气冲击钻井和钻井液冲击钻井、超高压连续管钻井、高效钻头、新型无污染钻井液完井液和井下流体自动分析仪等新技术。

 

  从世界近年来钻井技术发展趋势看,每一项钻井技术的重大进展都对应着某项高技术的引入。钻井主导技术的发展实质上是把钻井、录井、测井和信息技术集成于一体,最大限度地实现提高油气层的发现及单井产量、缩短钻井周期、降低/吨油成本0这个目标。可以预见,在钻井技术朝着经济性、高质量、高效率、自动化方向发展的道路上,最终必将走到这几个方面的结合和统一[9,11,15]。

 

  认识与建议(1)加强瓶颈技术的攻关试验和现场应用。针对国内油气勘探开发面临的主要钻井难题,开展旋转导向钻井、控制压力钻井、NDS钻井、防漏堵漏技术、膨胀管和连续管钻井、深海钻井以及一体化钻井集成技术攻关研究。

 

  (2)适当引进国外先进技术。一是解决制约勘探开发的瓶颈技术问题,加快油气勘探开发节奏;二是通过引进、消化吸收再创新,引导和促进中国钻井技术的发展。

 

  (3)加大基础理论和前沿储备技术研究。用信息技术和多学科技术改造传统的钻井技术,大力发展提高油气井产量、采收率和开发难动用储量的先进钻井技术,探索新的破岩方式、微小井眼钻井、先进闭环自动钻井、激光钻井和智能化完井等技术。