1、钻井新技术,石油工程学院 2014年9月,吴红建,13797438876 QQ:286657189 E-mail : whj_,目录,钻井技术概况,1,钻井新技术简介,2,（1）油气勘探发展现状我国陆上剩余油气资源丰富，剩余油气资源量集中在岩性地层油气藏、前陆盆地、叠合盆地中下组合与成熟盆地精细勘探等四个重点勘探领域。,油气勘探开发发展现状与趋势,资源探明率29%,资源探明率12%,钻井技术概况,针对六个趋势，亟需发展新一代石油地质勘探理论和配套的勘探工程技术，为勘探部署提供科学指导和技术支撑。,（2）油气勘探发展趋势随着油气勘探的不断深入，勘探难度日益增加，勘探对象趋于多样化和复杂化，呈以下
2、趋势 ：,从简单构造 向复杂冲断带发展,从中浅层 向深层、超深层延伸,成熟盆地 进入精细勘探阶段,天然气勘探 进入了快速发展时期,从构造圈闭 向岩性地层圈闭发展,从碎屑岩为主向 碳酸盐岩和火山岩勘探发展,油气勘探六大趋势,钻井技术概况,（1）钻井工作量和井数不断增加,19992007年钻井数对比,钻井技术概况,钻井工程的特点,（2）随着经济发展和对清洁能源的需求，天然气勘探开发力度加大，气井比例大幅提高。,陆上气井数量已超过总井数的3/4,近年来世界陆地年钻油气井数比例,钻井技术概况,近年来世界海洋年钻油气井数比例,钻井技术概况,包括特殊工艺井和直井防斜打快,包括水平井、分支井、大位移井和老井
3、侧钻水平井等,（3）“井更难打”，统计预测未来23年世界范围内钻井井型仍以常规井为主，但将更趋于复杂。,钻井技术概况,2006年数据,（4）“技术含量更高”,世界主要油公司均采用多种钻井、完井新技术，以提高勘探开发效益。,钻井技术概况,占调查总井数的比例,高效、低成本 更加注重HSE 更有利于保护油气层 自动化、可视化、智能化,钻井技术概况,钻井技术发展趋势,未来23年需投入重点发展的技术,钻井技术概况,前沿技术,目标,手段,1. 快 2. 准 3. 省 4. 健康、安全和环保(HSE)5. 保护油气层 6. 实时化、信息化和可视化 7. 自动化 8. 集成化 9. 智能化,NDS（无风险钻井
4、技术） MRC（最大储层有效进尺技术） ERC（极大触及储层技术） 颗粒冲击钻井（PID）技术 膨胀管（波纹管）技术 井口连续循环钻井装置 大容量智能钻杆传输系统 海洋深水钻井技术 天然气水合物钻井完井技术,钻井技术概况,钻井技术发展方向,1. 快, 快是钻井承包商和技术服务公司一贯追求的目标之一。 PDC钻头、热稳定聚晶金刚石钻头、高压喷射钻井、顶部驱动系统、连续管钻井和套管钻井等有助于提高钻井速度。列如:加拿大的Tesco公司和美国的威德福公司的套管钻井技术居中世界领先地位，应用规模也是最大的。 气体钻井技术是目前提高ROP最好的手段，UBD拓展到非储层钻进。 避免井眼事故，减少复杂，是整
5、体提高行程钻速的有力手段，MPD是最有效的技术之一。,钻井技术概况,2. 准,旋转闭环导向的功能,MWD LWD 导向泥浆马达 地质导向 旋转闭环导向,提高井眼轨迹的控制精度 引导钻头准确地钻入油气层并在油气层中的适当位置延伸 提高探井的成功率和开发井的油气产量。,闭环控制 地质导向 旋转导向 双向通讯,钻井技术概况,3. 省,水平井 大位移井 多目标井 多分支井,小井眼 连续管钻井 可膨胀管,显著增加泄油面积 提高单井产量和油田采收率 改善油气田开发的综合效益,提高钻井效率 降低钻井综合成本,井型多样化,钻井技术概况,井径多样化,直井 定向井 丛式井 水平井 大位移井 多目标井 分支井 多分
6、支井,井眼轨迹,井径,井身结构,常规井 小井眼 微孔井,常规井 单直径井,常规井,用可膨胀管 简化井身结构,单直径井,钻井技术概况,4. 健康、安全和环保,健康、安全和环保（HSE）越来越受到重视。,丛式井 大位移井 小井眼 连续管钻井 优质钻井液 优质完井液,减少井场数量或占地面积 减少环境污染,随钻地层压力测试,提高钻井作业安全性,钻井技术概况,5. 保护油气层,优质钻井液 优质完井液 欠平衡钻井 低密度水泥,提高探井的成功率 提高开发井的油气产量,空气钻井,雾化钻井,泡沫钻井,气体钻井 低密度钻井液,空气钻井 天然气钻井 泡沫钻井 雾化钻井 氮气钻井 尾气钻井 充气钻井液,钻井技术概况,
7、6. 实时化、信息化和可视化,实时监控井下和地面参数,在计算机技术、卫星通讯和互联网的推动下,方案设计 过程监控 钻后评价 人员培训,远程监控 远程决策 提高效率,长远目标,钻井技术概况,eDrilling,7. 自动化,旋转闭环导向钻井系统 自动垂直钻井系统,井下自动化,地面自动化钻井装备,地面自动化,钻井技术概况,8. 集成化,提高油气发现率 增加单井产量 缩短建井周期 降低吨油成本,试井 随钻地层压力测试 随钻地震,钻井 录井 测井 LWD、地质导向,钻井技术概况,9. 智能化,人工智能专家系统、旋转闭环导向和智能完井工艺使钻井向智能化方向迈进了一步。智能完井是建立数字油田基础，近年来发
8、展迅速，有效地加快了数字油田进程，其作用能够优化生产、提高采收率和减低生产成本。,智能完井,贝克休斯钻井专家系统OASIS,钻井技术概况,目录,钻井技术概况,1,钻井新技术简介,2,钻井新技术简介,1、欠平衡钻井技术2、水平井钻井技术3、套管钻井技术4、连续管钻井技术5、控压钻井技术,欠平衡钻井分类,欠平衡钻井是指井筒环空中循环介质的井底压力低于地层孔隙压力，允许地层流体有控制地进入井筒并将其循环到地面进行有效处理的钻井技术。,1、欠平衡钻井技术,欠平衡钻井发展历程,1041-1048 在中国第一次顿钻钻井(北宋庆历年间) 1880s 第一次用空压机钻矿井 1895 用水进行旋转钻井 1920
9、 第一次用泥浆钻井 1920s 第一次用空压机钻油气井(有意识的欠平衡钻井) 1928 第一次使用防喷器 1932 第一次应用充气泥浆钻井 1955 空气钻井开始被广泛应用(开始) 1950-60s 中石油尝试了欠平衡钻井技术(四川、新疆,清水、天然气) 1970s 第一次应用稳定泡沫钻井 1988 第一次应用欠平衡技术在Austin Chalk钻高压气井 1993 第一次应用连续管钻欠平衡井, 1995年开始用于欠平衡水平井 1997 第一次在海上应用欠平衡钻井 1970-80s 中石油欠平衡钻井技术开始深入研究与试验 1990s 中石油欠平衡钻井技术迅速发展,1、欠平衡钻井技术,欠平衡钻井
10、在勘探开发中的作用主要体现在: 勘探上: 提高低压、复杂岩性、水敏性、裂缝性等类储层油气的发现和保护。 开发上: 通过有效地保护储层,提高单井产量,降低开发综合成本。 钻井工程上: 提高了钻速,减少了井漏与压差卡钻。,1、欠平衡钻井技术,欠平衡钻井技术在勘探开发中发挥了重要作用,不同岩石类型中进行的欠平衡钻井产量增加的幅度 （BP公司）,平均数 360%大多数 200,1、欠平衡钻井技术,2006年世界欠平衡钻井领域排行榜,专家预测，未来几年欠平衡钻井仍然有较高的潜力。陆上使用欠平衡钻井比例将达到37%，海上将达到12%。,1、欠平衡钻井技术,美国历年欠平衡钻井数统计,1、欠平衡钻井技术,我国
11、近年欠平衡钻井应用情况,1、欠平衡钻井技术,2、水平井钻井技术,水平井技术发展历程,1950年前,50年代,70年代,80年代,90年代,通过坑道钻成，很少通过垂直井打钻,老井侧钻短半径泄油孔，水平进尺短,技术不成熟，成本高，处于发展停滞阶段,进入高速发展阶段，短半径为主,全世界推广和普及，成为提高油田综合效益的重要技术手段,21世纪初,综合应用到集成创新，MRC、ERC等技术,水平井技术现状,根据美国油气杂志统计，通过水平井的应用，使美国石油可采储量增加13.7108吨。 在水平井应用对象上，国外主要用于裂缝性油藏、底水或气顶油藏的开发，其中53%用于裂缝性油藏的开发，33%用于底水或气顶油
12、藏的开发。 目前美国水平井钻井成本已降至直井的1.52倍，甚至有的水平井成本只是直井的1.2倍，水平井的产量是直井的38倍。 以美国、加拿大为代表，国外水平井技术十分成熟，进入集成创新阶段，随着水平井设计水平的提高，MWD、LWD和地质导向技术发展，水平井井眼轨迹控制几何靶区逐渐缩小，并向跟踪油层的地质靶区转变，实现了0.5m以下薄油层有效动用，水平井油层钻遇率和地质效果得到极大的提高。,2、水平井钻井技术,水平井已经发展成为一个集成技术，包括： L型水平井 开窗侧钻水平井 多分支水平井 多阶梯水平井 水平分支井 连通水平井 大位移井,2、水平井钻井技术,核心技术,水平井轨迹设计,水平井轨迹控
13、制技术,井下测控工具,钻井液技术,水平井固井技术,水平井完井技术,2、水平井钻井技术,不同类型的分支井,2、水平井钻井技术,中国石油20002008年水平井完成情况,近几年，通过各油田、各施工服务企业的共同努力，2008年首次完成超过1000口水平井，水平井应用规模、应用领域、应用效果、应用水平均实现了跨越式发展。,2、水平井钻井技术,国内水平井部分纪录： 油层段进尺最长：辽河油田静52-H1Z井，共20个分支。完成主井眼进尺4246m，水平段主井眼长1002m，20个鱼刺井眼进尺3332m，总进尺7578m，潜山钻遇进尺4560m。 垂深最浅水平井：新疆油田hqHW001井,垂深131m，水
14、垂比达到2.69。 水垂比最大水平井：庄海8Nm-H3井,斜深4728.5米，垂直深度为1071.02米，井底水平位移4195.86米，水垂比达到3.92。 钻遇储层最薄：大庆油田南219-平320井，油层厚度0.5m。 单井眼水平井段最长井：四川油气田广安002-H1井，水平段长达到2010m。 水平位移最大：大港油田张海502FH井，位移4128m。 产量最高油井：冀东油田南堡1-平4井，投产初期日产油1000t。 产量最高的气井：长北CB12-1井,正式生产平均日产量高达200104m3。 垂深最大：川东北普光105-1H井,完钻井深6538m，完钻最大垂深5883.47m。 测量井深最
15、大：川东北普光105-1H井，井深6538m。,2、水平井钻井技术,长庆安塞油田杏平1井主水平井完钻井深2768m，主水平段长1203m。共钻7分支，水平段总长度3503m，全井累计进尺5068m，分支井段油层钻遇率87.7%。实现了分支井的技术突破。,2、水平井钻井技术,辽河油田静52-H1Z井，共20个分支。完成主井眼进尺4246m，水平段主井眼长1002m，20个鱼刺井眼进尺3332m，总进尺7578m，潜山钻遇进尺4560m。潜山主井眼采用筛管完井，鱼刺裸眼完井；建井周期262天，太古界鞍山群储层初期日产油约40t。,2、水平井钻井技术,大港油田在埕海一区滩海钻成的庄海8Nm-H3井斜
16、深4728.5米，垂直深度为1071.02米，井底水平位移4195.86米，水垂比达到3.92。,2、水平井钻井技术,存在391口井眼防碰的瓶颈技术,2、水平井钻井技术,U型水平井技术设计基本结构 (定向穿越/开采煤层气实用阶段),l,l:封隔器组的长度,可调整的封隔器组,两个井口，一个水平段； 可实现两个井口同时注汽、同时生产或一注一采； 两个井口控制的水平井段长度可以调整。,注汽井口,采油井口,2、水平井钻井技术,3、套管钻井技术,套管钻井是指在钻进过程中直接采用套管(取代传统的钻杆)向下传递机械能量和水力能量，井下钻具组合接在套管柱下面边钻进边下套管完钻后作钻柱用的套管留在井内作完井用，
17、套管钻井技术将钻进和下套管合并成一个作业过程。钻头和底部钻具组合的起下可以用钢丝绳在套管内完成，不再需要常规的起下钻作业。,3、套管钻井技术,套管钻井技术可为中浅井提供一种新的钻井方式，钻井成本降低10%以上。目前国内中浅井占钻井总数的70(约8400口）以上，可以采用套管钻井这样的先进技术来降低钻井综合成本；同时在沙漠、海洋等特殊环境下，套管钻井也可有效地降低综合成本。,3、套管钻井技术,套管钻井的优势,2006年，吉林局承担了863重大项目“先进钻进技术与装备”所属课题“套管钻井技术”，参加单位中石油钻井研究院，大庆局，大港局，管材研究所等单位。,国内技术发展现状：,3、套管钻井技术,4、
18、连续管钻井技术,连续管技术在石油天然气勘探开发领域是一项应用广泛的新技术，国外已广泛应用于钻井、测井、修井以及增产作业等各领域，连续管作业机被誉为“万能作业机”。,4、连续管钻井技术,1）井场占地小，适合于地面条件受限制的地区或海上平台作业； 2）特别适用于小井眼钻井，降低作业成本； 3）在老井重钻(加深钻或侧钻)作业中，可进行过油层套管作业，实现边钻边采的目的； 4）可安全地进行欠平衡钻井作业，其最大的优势是可以确保井下始终处于欠平衡状态，减少钻井液漏失，防止地层伤害的发生； 5）连续管不需接单根可以实现连续循环钻井液，减少起下钻时间和作业周期，提高起下钻速度和作业安全性，避免因接单根可能引
19、起的井喷和卡钻事故； 7) 连续管内置电缆后可改善信号的随钻传输，实现随钻测井，有利于实现闭环钻井； 8) 最小限度地冲蚀地层，可以得到良好的录井质量(连续进行)。,连续管钻井优势,微小井眼技术是一项崭新的油气开发技术，尚处在发展的初期。它是以连续管技术装备为中心发展起来的一套集钻井、测试、采油等功能装备和技术于一体的集成技术。,微井眼钻井,4、连续管钻井技术,4、连续管钻井技术,初级发展阶段（60年代70年代初）1962年第一台修井用CTU投入应用，油气井冲洗作业；连续油管生产线相继建立；连续油管外径 12.72 5.4mm ；主要用于浅井作业。 停滞阶段（70年代初80年代初）材料强度问题
20、；深井作业问题；焊缝失效、设备故障。 高速发展阶段（80年代80年代末）钢材材质和管材制造技术的改进 ；应用于钻井、完井、试油、采油、修井和集输等作业领域 ；连续油管直径最大已达6-5/8in。 广泛应用阶段（90年代现在）进入90年代后，连续管作业技术发展迅速。工艺技术的改进与完善，特别是连续管井下作业工具的研制，有力地促进了该技术向更广泛的应用领域扩展。目前连续管作业技术广泛应用于钻井、完井、试油、采油、修井和集输等作业领域。,国外连续管钻井技术发展历程,4、连续管钻井技术,国外连续管装备形式多样化，功能不断加强,拖车式注入头和滚筒可更换,拖车带井架式,车装式,撬装式,装备,连续管钻井市场
21、规模快速扩张，特别是2006年，市场增幅59.1%，市场规模达到3.5亿美元。 截至2007年年底，全世界应用连续管钻井已经超过10000口，预计今后每年新增连续管钻井数量将达到1000口左右。随着连续管钻井技术与欠平衡钻井、控压钻井、旋转导向等技术的结合，使得连续管钻井技术的应用领域得到了大幅度的拓展。,4、连续管钻井技术,市场发展,目前加拿大应用连续管技术钻井的数量占全世界应用连续管技术钻井总量的85%以上。占技术主导地位的是威德福和斯伦贝谢公司。 用连续油管钻定向井的费用是常规方法的25%75%，钻侧钻井成本是常规侧钻的30%40%。,4、连续管钻井技术,市场发展,4、连续管钻井技术,2006年，中石油钻井研究院承担了863重大项目“先进钻进技术与装备”所属课题“连续管技术与装备”，参加单位有宝鸡钢管厂，辽河局，大港局等。,国内技术发展现状：,5、控压钻井技术,地面压力控制装置（PCDS-精细控压钻井系统）在西南油气田蓬莱9井、磨030-H25井、塔里木油田中古105H井、华北油田苏49K-P5井，完成了近、欠平衡条件下控压钻井现场试验与应用，有效解决了溢漏共存钻井难题。,精细控压钻井系统,高压力级别旋转防喷器,环空压力随钻测量装置PWD 地面压力自动控制装备 钻井液密闭分离装置 连续循环钻井装置 高压力级别旋转防喷器,控压钻井配套装备,5、控压钻井技术,谢谢！,
