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行业动态

未来钻井技术发展趋势

文字:[大][中][小] 手机页面二维码 2017/7/6     浏览次数:    


未来趋势一:优

  "优"指优质,也就是如何提高工程质量,更好地保护油气层,准确地监控井眼轨迹。

  提高井下数据传输速率,完善双向通讯 钻井目标复杂化对井眼轨迹的控制精度提出了越来越高的要求。随钻测量(MWD)、随钻测井(LWD)、地质导向和旋转闭环导向钻井系统是提高井眼轨迹控制精度的重要手段,得到了推广应用。目前所用的MWD和LWD的数据传输途径是泥浆脉冲或电磁波,但它们的数据传输速率太慢,不能很好地满足现代油气勘探开发对钻井井下数据传输的新要求。近些年,国外一直在探索新的数据传输方式,包括声波、光纤和有缆钻杆。目前声波信道和用于常规钻杆的光纤信道尚在研究中。在有缆钻杆领域,目前投入商业应用的只有美国国际服务公司的"软连接"有缆钻杆,即所谓的智能钻杆。

  智能钻杆实质上是一种有缆钻杆,电缆之间通过电磁感应实现"软连接":把电缆嵌入钻杆,钻杆接头两端的电缆各有一个感应环;钻杆紧扣以后,两感应环并不直接接触,而是通过电磁感应原理实现信号在钻杆间的高速传输。其主要特点是:一是数据传输高速、大容量、实时:数据传输速率高达5.76万位/秒;二是真正实现双向通讯;三是适用于包括欠平衡钻井、气体钻井在内的任何井况下的数据传输。

  智能钻杆已于2007年投入商业化应用,是钻井井下信号传输技术的一个重大突破和重要里程碑。它已获得了哈里伯顿、贝克休斯、斯仑贝谢和威德福等国际一流的油田技术服务公司的认可和支持,应用前景乐观。下一步是开发数据传输速率高达10万位/秒的智能钻杆。

  发展随钻前视功能,完善地质导向 地质导向是MWD和LWD技术的重大突破,但目前的地质导向仪离钻头的距离在0.91米以上,只能测量刚钻井眼的工程参数和地质参数,并不能探测钻头前方的地质情况。为此,需要发展随钻地震等具有随钻前视功能的技术,以便及时发现前方的"甜点",更好地进行地质导向和储层导向。

旋转导向钻井系统

  如哈里伯顿公司旋转导向系统、Baker Hughes公司的AutoTrak旋转闭环钻井系统,已经用旋转导向系统取代滑动导向钻井系统。

未来趋势二:快

  "快"指高能,也就是如何提高钻井效率。"快"是油公司、钻井承包商和技术服务公司一贯追求的重要目标。近两三年,钻井日费暴涨,提高钻速尤为重要,对深井钻井和深水钻井来说更是如此。 探索新的破岩方式,以期在破岩技术上取得突破 自高压喷射钻井于上世纪60年代开始推广应用以来,机械破岩+水力辅助破岩这种联合破岩方式就占绝对统治地位。为了进一步提高机械钻速,人们一直在探索其他破岩方式,如化学溶解法钻井、爆破法钻井、电火花钻井、微波钻井、热散裂钻井、岩熔炉钻井等。近几年,国外还在探索中的破岩技术主要是激光钻井、等离子体通道钻井(Plasma Channel Drilling)。

  激光钻井的破岩机理是利用高能激光破碎、熔化和蒸发岩石。激光钻井仍处于室内试验阶段,预计2020年投入商业化应用,并有望给钻井带来一场革命。

  等离子体通道钻井技术的开发者是挪威的獾式钻探器(Badger Explorer) 勘探公司。该技术的核心是高电压脉冲能量技术。等离子体的破岩机理就是用电法雾化岩石,即利用高电压脉冲在"钻头"前方的岩石中形成高能等离子体,等离子体在不到一微秒的时间内在岩石中极迅速地膨胀,导致局部岩石破裂和破碎。这项破岩技术目前尚处于原理验证阶段,其可行性还有待进一步验证。如果它最终能够通过现场试验,则有望成为一种新的简单、高效、成本低、风险小、环境友好的破岩方式,将主要用于修井和钻小井眼。

  改进高温高压深井钻井技术,进一步提高钻井速度,降低钻井成本 为了使深井钻得更深、更快、更经济、更环保,美国能源部于2001年3月设立了一个深井钻井计划——Deep Trek计划,旨在组织开发一些新技术和新工具来提高深井钻井完井效率,降低深井钻井完井成本。

  Deep Trek计划侧重于4个关键领域的技术开发,即智能钻井系统、高科技材料、先进的深井钻井完井方法和新的钻头技术。该计划是一系列技术创新的集成,是当今钻井技术前沿的集中体现,代表新一代深井钻井技术,反映深井钻井技术的发展方向。其中的多数单项技术还处于实验室研究或现场试验阶段,个别单项技术已投入商业化应用,其总体技术将于今年投入商业应用。Deep Trek计划将实现"更深"和"更智能"的钻井目标,进一步促进钻井技术的进步。

  钻机多样化、数字化、自动化、智能化,运移方便 上世纪90年代中期推出的交流变频钻机是钻机发展史上的一个非常重要的里程碑。钻机的多样性主要表现在出现了适应不同地面条件、井深和作业需要的大、中、小型钻机,包括各种陆地钻机、海洋钻机、车载钻机和连续管钻机等,正在研制微井眼钻机。 国外在钻机自动化设备的基础上于90年代中后期推出了自动化钻机。

  自动化钻机分为交流变频电驱动和液压驱动两大类,主要特点是:一是实现包括传送、上卸扣、送钻、排放、堆放在内的所有管子操作的自动化;二是大幅度减少钻井作业人员,钻台和二层台上不再有钻工;三是明显减轻司钻的劳动强度和减少人为失误;四是运移性好,安装、拆卸方便;五是陆地自动化钻机占地面积小;六是显著提高作业效率和安全性。自动化钻机代表当今石油钻机的高水平,是石油钻机的重要发展方向,正在陆地和海上得到推广应用。 开发有利于提高钻井完井效率和降低钻井完井成本的新材料 新材料一直是国外超前研究的热点,适用于钻井完井的新材料不断涌现,极大地推动了钻井完井技术的进步和提速降本。连续管钻井可大幅度提高起下钻效率,减小井场占地面积。铝合金钻杆、钛合金钻杆和碳纤维钻杆可大大减轻钻杆重量,提高钻杆韧性。纳米外加剂可提高钻井液性能。利用可膨胀管和自膨胀管可解决很多井下问题,建成单直径井。路易斯安那州M&D工业公司研制的超级水泥已投放市场。

  自膨胀管是为美国能源部的微井眼计划研制的。它通过旋转实现弹性膨胀,操作简便,径向膨胀率大,最大膨胀率可达200%以上。膨胀后能够实现自密封,额定耐压能力高达10000psi。同时还研制成功了自膨胀筛管,其膨胀率为125%——150%。自膨胀管是膨胀管技术的新发展,它既可用于常规井,也可用于微井眼;既可用于旋转钻井,也可用于连续管钻井。自膨胀管还处于现场试验阶段,有望在不久的将来投入商业应用。

  超级水泥实质上是一种树脂密封剂,是为美国能源部的"深井钻井计划"开发的。其基本成份是液态的树脂和硬化剂,可按需要添加其它外加剂。它是一种非水泥类固井材料,可替代水泥,是固井和挤水泥技术的一大突破。它能够在高温高压深井中可靠地封隔环空和长期维持井的完整性,但是目前其成本太高,使其商业性应用仅限于海上的挤水泥作业。通过不断改进,其成本有望降下来,应用前景乐观。

  直井防斜打快技术 传统的防斜技术多采用"轻压吊打",以牺牲钻速为代价,近年来发展起来的偏心钻具、偏轴钻具、柔性钻具等钻具组合,虽然有了一定的改进,但是对高陡构造以及造斜能力强的地层,其井斜控制效果仍不理想。现代防斜技术的核心是解决提高井身质量和钻速之间的矛盾,必须突破传统观念的束缚,积极探索新的防斜技术,胜利钻井院研发的具有完全自主产权的捷联式自动垂直钻井系统在鄂尔多斯麻黄山区块宁深1#再次成功应用,经受住了现场的考验,真正成为钻井防斜打直的护航舰。该技术主要是由垂钻系统井下闭环控制技术、防斜执行机构、旋转密封和压力平衡系统技术等组成。

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