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浅谈石油钻井技术的发展趋势及成就

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浅谈 石油 钻井 技术 发展趋势 成就
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科 协 论 坛 · 2007 年 第 4 期 ( 下 )· 1 4 2 · 石 油 钻 井 技 术 发 展 趋 势综 合 当 今 国 际 石 油 工 业 的 发 展 趋 势 和 钻 井 技 术 的 发 展 , 不 难 看 出石 油 钻 井 技 术 的 发 展 趋 势 主 要 有 : (1)以 提 高 勘 探 开 发 的 综 合 效 益 为 目标 , 向 有 利 于 发 现 新 油 气 藏 和 提 高 油 田 采 收 率 方 向 发 展 ; (2)以 信 息 化 、智 能 化 为 特 点 , 向 自 动 化 钻 井 方 向 发 展 。1. 发 展 方 向 新 油 气 藏 和 提 高 油 田 采 收 率20 世 纪 末 , 国 际 石 油 产 业 可 持 续 发 展 面 临 严 峻 挑 战 , 即 寻 找 新 的石 油 资 源 越 来 越 困 难 , 加 之 主 要 产 油 国 家 , 油 田 开 发 多 进 入 中 后 期 , 产量 迅 速 递 减 , 而 石 油 需 求 量 却 越 来 越 大 , 且 油 价 攀 升 , 突 破 60 美 元 /桶 。在 此 背 景 下 , 各 大 石 油 公 司 加 大 科 研 投 入 , 对 寻 找 新 油 气 藏 和 提 高 采 收率 给 予 了 格 外 关 注 。 石 油 钻 井 界 和 相 关 服 务 公 司 在 发 展 信 息 化 、 智 能化 钻 井 技 术 基 础 上 又 开 发 了 有 利 于 发 现 新 油 气 藏 和 提 高 采 收 率 的 新 钻井 技 术 。 如 欠 平 衡 压 力 钻 井 、 水 平 井 及 分 支 水 平 井 钻 井 、 大 位 移 井 钻 井和 多 分 支 井 钻 井 技 术 , 对 原 有 的 老 井 重 钻 技 术 、 小 井 眼 钻 井 技 术 和 连 续油 管 钻 井 技 术 也 给 予 了 新 的 技 术 内 涵 , 这 些 技 术 最 显 著 的 技 术 目 标 是以 最 直 接 的 钻 井 方 式 沟 通 油 气 藏 , 以 最 原 始 的 状 态 打 开 和 保 持 油 气 藏 ,从 而 达 到 最 大 限 度 地 开 采 油 气 藏 , 获 得 最 好 的 经 济 和 社 会 效 益 。 息 化 、 智 能 化 为 特 点 , 向 自 动 化 钻 井 方 向 发 展20 世 纪 80 年 代 中 期 以 后 , 国 际 石 油 钻 井 中 使 用 随 钻 测 量 、 随 钻 测井 、 随 钻 地 震 、 随 钻 地 层 评 价 、 钻 井 动 态 信 息 实 时 采 集 处 理 、 地 质 导 向和 井 下 旋 转 导 向 闭 环 钻 井 等 先 进 技 术 以 来 , 钻 井 技 术 发 生 了 质 的 变 化 ,其 变 化 特 征 为 :(1)钻 井 信 息 数 字 化 。 在 钻 井 过 程 中 , 井 下 地 质 参 数 、 钻 井 参 数 、 流体 参 数 和 导 向 工 具 位 置 及 状 态 的 实 时 测 试 、 传 输 、 分 析 、 执 行 、 反 馈 及修 正 , 钻 井 信 息 向 完 全 数 字 化 方 向 发 展 。 越 来 越 脱 离 人 们 的 经 验 影 响和 控 制 , 钻 井 过 程 逐 步 成 为 可 用 数 字 描 述 的 确 定 性 过 程 。(2)工 具 和 作 业 智 能 化 、 集 成 化 。 当 前 的 导 向 钻 具 、 测 试 工 具 和 作业 控 制 都 日 趋 智 能 化 。 一 项 由 国 际 数 家 公 司 组 成 , 1990 年 开 始 , 历 时5 年 , 耗 资 950 万 美 元 开 发 的 集 成 钻 井 系 统 ( 集 成 钻 井 作 业 系 统( 得 成 功 , 是 钻 井 系 统 及 操 作 智 能 化 的 体 现 。 而 近 年 地 面 自 动 控制 的 导 向 钻 井 工 具 和 随 钻 地 层 评 价 测 试 系 统 ( 发 成 功 ,更 体现 了 工 具 和 作 业 智 能 化 趋 势 。2 钻 井 技 术 主 要 进 钻 井 下 测 量 与 评 价 技 术定 向 井 中 使 用 的 近 钻 头 测 斜 器 ( 合 使 用 ,可 以 随钻 测 得 井 斜 角 和 方 位 角 , 求 出 井 眼 实 时 偏 差 矢 量 , 实 现 几 何 导 向 。 随钻 测 井 ( 进 行 地 层 电 阻 率 、 体 积 密 度 、 中 子 孔 隙 度 和 自 然 伽 马 测井 , 已 成 为 标 准 的 可 进 行 实 时 地 面 传 输 和 井 下 仪 器 芯 片 内 储 2种 记 录 。随 钻 地 震 ( 利 用 钻 井 期 间 旋 转 钻 头 的 振 动 作 为 井 下 震 源 ,传 递 的 振 动 信 息 经 加 工 处 理 , 可 以 实 时 获 得 各 种 地 层 参 数 (如 层 速 度 、钻 头 前 方 反 射 界 面 的 深 度 等 ), 根 据 获 得 的 各 种 地 质 参 数 可 以 估 算 出 钻头 前 方 待 钻 地 层 的 各 项 储 层 岩 石 参 数 和 地 层 性 质 , 使 发 现 油 气 层 成 为可 能 , 从 而 提 高 探 井 成 功 率 。 其 次 , 随 钻 地 震 获 取 的 信 息 是 油 藏 未 被污 染 的 原 始 参 数 , 对 制 定 保 护 油 气 层 和 油 藏 描 述 工 作 有 重 要 价 值 。 另外 , 由 随 钻 地 震 剖 面 得 到 井 身 轨 迹 的 空 间 曲 线 及 井 身 参 数 值 , 为 井 眼轨 迹 控 制 提 供 地 质 导 向 依 据 , 使 井 眼 轨 迹 准 确 “ 入 窗 中 靶 ” , 实 现 实 时地 质 导 向 。地 质 导 向 技 术 ( 在 术 基 础 上 发 展起 来 的 一 种 前 沿 技 术 , 是 使 用 随 钻 定 向 测 量 数 据 和 随 钻 地 质 评 价 测 井数 据 以 人 机 对 话 方 式 来 控 制 井 眼 轨 迹 的 钻 井 技 术 。 它 是 以 井 下 实 际地 质 特 征 来 确 定 和 控 制 井 眼 轨 迹 的 钻 井 。 使 用 随 钻 定 向 测 量 和 随 钻地 层 评 价 测 井 数 据 进 行 地 质 导 向 钻 井 , 可 以 随 时 知 道 钻 头 周 围 几 米 范围 内 的 地 质 特 征 、 钻 头 与 地 质 界 面 以 及 地 层 流 体 界 面 的 相 对 位 置 , 因此 可 以 控 制 钻 头 始 终 在 油 气 层 中 行 进 。 下 动 态 数 据 实 时 采 集 、 处 理 与 应 用 技 术传 感 检 测 技 术 和 微 电 子 技 术 的 进 步 , 开 发 出 了 钻 井 动 态 传 感 检 测元 件 和 高 速 数 据 监 测 及 处 理 应 用 系 统 ( 实 现 了 钻 井 动 态 数 据 在井 下 采 集 和 诊 断 , 然 后 将 诊 断 结 果 传 输 到 地 面 , 以 有 效 地 对 井 下 钻 具的 运 动 状 态 进 行 控 制 。 下 闭 环 钻 井 技 术闭 环 钻 井 技 术 是 信 息 化 、 智 能 化 钻 井 向 自 动 化 钻 井 迈 进 中 发 展 起来 的 集 成 化 钻 井 技 术 , 包 括 以 下 6 项 工 作 : ⑴ 地 面 测 量 , 主 要 包 括 钻 井液 录 井 和 钻 井 参 数 地 面 测 量 ; ⑵ 井 下 随 钻 测 量 , 即 采 用 井 下 几 何 参 数 和 地 层 参 数 ; ⑶ 数 据 采 集 和 地 面 计 算 ; ⑷ 数 据 整 体 综合 解 释 , 主 要 包 括 把 测 量 数 据 解 释 成 有 用 参 数 以 指 导 作 业 ,并 用 “ 人 工 智能 ” 把 世 界 范 围 内 专 家 经 验 应 用 于 井 场 ; ⑸ 地 面 操 作 控 制 自 动 化 ; ⑹ 井下 操 作 自 动 控 制 , 主 要 是 利 用 “ 智 能 ” 型 井 下 工 具 和 可 控 的 井 底 钻 具 组合 进 行 控 制 。 整 个 钻 井 作 业 过 程 分 别 由 井 下 和 地 面 两 大 操 作 系 统 完 成 。 一 世 纪 钻 井 技 术 展 望(1)21 世 纪 前 20 年 , 以 信 息 化 、 智 能 化 为 特 点 的 导 向 和 井 下 闭 环 钻井 技 术 将 得 到 进 一 步 发 展 , 使 钻 井 技 术 步 入 自 动 化 钻 井 阶 段 。(2) 21 世 纪 前 20 年 , 国 际 石 油 界 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 油 管 钻 井 和 欠 平 衡 压 力 钻 井 中 应用 , 并 完 善 配 套 这 些 技 术 , 以 大 幅 度 提 高 油 气 采 收 率 。(3)原 井 再 钻 技 术 , 将 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 。(4)采 用 以 信 息 化 、 智 能 化 为 特 点 的 上 述 新 钻 井 技 术 可 望 从 根 本 上解 决 目 前 存 在 的 部 分 难 以 开 采 的 特 殊 油 气 藏 , 如 高 含 水 油 藏 、 低 渗 透 油气 藏 、 稠 油 藏 和 薄 油 层 的 开 采 问 题 。 也 会 显 著 提 高 深 探 井 、 超 深 探 井 的勘 探 成 功 率 。利 用 钻 井 手 段 和 方 法 提 高 油 气 采 收 率 , 将 会 在 21 世 纪 成 为 世 界 各石 油 公 司 的 共 识 , 会 越 来 越 得 到 普 遍 的 关 注 和 重 视 。浅 谈 石 油 钻 井 技 术 的 发 展 趋 势 及 成 就□ 王 成( 长 江 大 学 石 油 工 程 学 院 湖 北 · 荆 州 434023)摘 要 目 前 , 石 油 钻 井 技 术 科 学 化 的 主 要 特 征 是 以 钻 井 信 息 化 、 智 能 化 为 特 点 向 自 动 化 钻 井 迈 进 时 期 。 这 一 时 期 主要 技 术 成 就 有 : (1)发 展 了 井 下 信 息 实 时 检 测 技 术 ,如 随 钻 测 量 、 随 钻 测 井 、 随 钻 地 震 、 随 钻 地 层 评 价 和 钻 井 动 态 数 据 实 时 测 量 ,使 钻 井 过 程 中 井 下 地 质 参 数 、 钻 井 参 数 和 井 眼 参 数 能 够 实 时 测 量 、 传 输 、 分 析 和 控 制 ; (2)开 发 了 井 下 导 向 和 井 下 闭 环 钻 井 系统 ; (3)发 展 了 有 利 于 发 现 新 油 气 层 和 提 高 油 田 采 收 率 的 新 钻 井 技 术 和 方 法 , 如 欠 平 衡 压 力 钻 井 、 水 平 井 钻 井 、 多 分 支 井 钻 井及 连 续 油 管 钻 井 ; (4)随 着 业 和 网 络 技 术 的 应 用 , 为 提 高 石 油 行 业 勘 探 开 发 、 数 据 应 用 和 经 营 管 理 水 平 而 进 行 的 钻 井 系统 信 息 化 网 络 建 设 等 。关 键 词 发 展 方 向 进 展 展 望问 题 与 对 策224
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