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未來鑽井技術發展趨勢
瀏覽: 發布日期:2017-03-05
未來趨勢一:優        "優"指優質,也就是如何提高工程質量,更好地保護油氣層,準確地監控井眼軌跡。
       提高井下數據傳輸速率,完善雙向通訊 鑽井目標複雜化對井眼軌跡的控製精度提出了越來越高的要求。隨鑽測量(MWD)、隨鑽測井(LWD)、地質導向和旋轉閉環導向鑽井係統是提高井眼軌跡控製 精度的重要手段,得到了推廣應用。目前所用的MWD和LWD的數據傳輸途徑是泥漿脈衝或電磁波,但它們的數據傳輸速率太慢,不能很好地滿足現代油氣勘探開 發對鑽井井下數據傳輸的新要求。近些年,國外一直在探索新的數據傳輸方式,包括聲波、光纖和有纜鑽杆。目前聲波信道和用於常規鑽杆的光纖信道尚在研究中。 在有纜鑽杆領域,目前投入商業應用的隻有美國國際服務公司的"軟連接"有纜鑽杆,即所謂的智能鑽杆。
       智能鑽杆實質上是一種有纜鑽杆,電纜之間通過電磁感應實現"軟連接":把電纜嵌入鑽杆,鑽杆接頭兩端的電纜各有一個感應環;鑽杆緊扣以後,兩感應環並不 直接接觸,而是通過電磁感應原理實現信號在鑽杆間的高速傳輸。其主要特點是:一是數據傳輸高速、大容量、實時:數據傳輸速率高達5.76萬位/秒;二是真 正實現雙向通訊;三是適用於包括欠平衡鑽井、氣體鑽井在內的任何井況下的數據傳輸。
       智能鑽杆已於2007年投入商業化應用,是鑽井井下信號傳輸技術的一個重大突破和重要裏程碑。它已獲得了哈裏伯頓、貝克休斯、斯侖貝謝和威德福等國際一流的油田技術服務公司的認可和支持,應用前景樂觀。下一步是開發數據傳輸速率高達10萬位/秒的智能鑽杆。
       發展隨鑽前視功能,完善地質導向 地質導向是MWD和LWD技術的重大突破,但目前的地質導向儀離鑽頭的距離在0.91米以上,隻能測量剛鑽井眼的工程參數和地質參數,並不能探測鑽頭前方 的地質情況。為此,需要發展隨鑽地震等具有隨鑽前視功能的技術,以便及時發現前方的"甜點",更好地進行地質導向和儲層導向。
       旋轉導向鑽井係統
       如哈裏伯頓公司旋轉導向係統、Baker Hughes公司的AutoTrak旋轉閉環鑽井係統,已經用旋轉導向係統取代滑動導向鑽井係統。
       未來趨勢二:快
       "快"指高效,也就是如何提高鑽井效率。"快"是油公司、鑽井承包商和技術服務公司一貫追求的重要目標。近兩三年,鑽井日費暴漲,提高鑽速尤為重要,對 深井鑽井和深水鑽井來說更是如此。 探索新的破岩方式,以期在破岩技術上取得突破 自高壓噴射鑽井於上世紀60年代開始推廣應用以來,機械破岩+水力輔助破岩這種聯合破岩方式就占絕對統治地位。為了進一步提高機械鑽速,人們一直在探索其 他破岩方式,如化學溶解法鑽井、爆破法鑽井、電火花鑽井、微波鑽井、熱散裂鑽井、岩熔爐鑽井等。近幾年,國外還在探索中的破岩技術主要是激光鑽井、等離子 體通道鑽井(Plasma Channel Drilling)。
       激光鑽井的破岩機理是利用高能激光破碎、熔化和蒸發岩石。激光鑽井仍處於室內試驗階段,預計2020年投入商業化應用,並有望給鑽井帶來一場革命。
       等離子體通道鑽井技術的開發者是挪威的獾式鑽探器(Badger Explorer) 勘探公司。該技術的核心是高電壓脈衝能量技術。等離子體的破岩機理就是用電法霧化岩石,即利用高電壓脈衝在"鑽頭"前方的岩石中形成高能等離子體,等離子 體在不到一微秒的時間內在岩石中極迅速地膨脹,導致局部岩石破裂和破碎。這項破岩技術目前尚處於原理驗證階段,其可行性還有待進一步驗證。如果它最終能夠 通過現場試驗,則有望成為一種新的簡單、高效、成本低、風險小、環境友好的破岩方式,將主要用於修井和鑽小井眼。
       改進高溫高壓深井鑽井技術,進一步提高鑽井速度,降低鑽井成本 為了使深井鑽得更深、更快、更經濟、更環保,美國能源部於2001年3月設立了一個深井鑽井計劃——Deep Trek計劃,旨在組織開發一些新技術和新工具來提高深井鑽井完井效率,降低深井鑽井完井成本。
       Deep Trek計劃側重於4個關鍵領域的技術開發,即智能鑽井係統、高科技材料、先進的深井鑽井完井方法和新的鑽頭技術。該計劃是一係列技術創新的集成,是當今 鑽井技術前沿的集中體現,代表新一代深井鑽井技術,反映深井鑽井技術的發展方向。其中的多數單項技術還處於實驗室研究或現場試驗階段,個別單項技術已投入 商業化應用,其總體技術將於今年投入商業應用。Deep Trek計劃將實現"更深"和"更智能"的鑽井目標,進一步促進鑽井技術的進步。
       鑽機多樣化、數字化、自動化、智能化,運移方便 上世紀90年代中期推出的交流變頻鑽機是鑽機發展史上的一個非常重要的裏程碑。鑽機的多樣性主要表現在出現了適應不同地麵條件、井深和作業需要的大、中、 小型鑽機,包括各種陸地鑽機、海洋鑽機、車載鑽機和連續管鑽機等,正在研製微井眼鑽機。 國外在鑽機自動化設備的基礎上於90年代中後期推出了自動化鑽機。
       自動化鑽機分為交流變頻電驅動和液壓驅動兩大類,主要特點是:一是實現包括傳送、上卸扣、送鑽、排放、堆放在內的所有管子操作的自動化;二是大幅度減少 鑽井作業人員,鑽台和二層台上不再有鑽工;三是明顯減輕司鑽的勞動強度和減少人為失誤;四是運移性好,安裝、拆卸方便;五是陸地自動化鑽機占地麵積小;六 是顯著提高作業效率和安全性。自動化鑽機代表當今石油鑽機的最高水平,是石油鑽機的重要發展方向,正在陸地和海上得到推廣應用。 開發有利於提高鑽井完井效率和降低鑽井完井成本的新材料 新材料一直是國外超前研究的熱點,適用於鑽井完井的新材料不斷湧現,極大地推動了鑽井完井技術的進步和提速降本。連續管鑽井可大幅度提高起下鑽效率,減小 井場占地麵積。鋁合金鑽杆、鈦合金鑽杆和碳纖維鑽杆可大大減輕鑽杆重量,提高鑽杆韌性。納米外加劑可提高鑽井液性能。利用可膨脹管和自膨脹管可解決很多井 下問題,建成單直徑井。路易斯安那州M&D工業公司研製的超級水泥已投放市場。
       自膨脹管是為美國能源部的微井眼計劃研製的。它通過旋轉實現彈性膨脹,操作簡便,徑向膨脹率大,最大膨脹率可達200%以上。膨脹後能夠實現自密封,額 定耐壓能力高達10000psi。同時還研製成功了自膨脹篩管,其膨脹率為125%——150%。自膨脹管是膨脹管技術的新發展,它既可用於常規井,也可 用於微井眼;既可用於旋轉鑽井,也可用於連續管鑽井。自膨脹管還處於現場試驗階段,有望在不久的將來投入商業應用。
       超級水泥實質上是一種樹脂密封劑,是為美國能源部的"深井鑽井計劃"開發的。其基本成份是液態的樹脂和硬化劑,可按需要添加其它外加劑。它是一種非水泥 類固井材料,可替代水泥,是固井和擠水泥技術的一大突破。它能夠在高溫高壓深井中可靠地封隔環空和長期維持井的完整性,但是目前其成本太高,使其商業性應 用僅限於海上的擠水泥作業。通過不斷改進,其成本有望降下來,應用前景樂觀。
       直井防斜打快技術 傳統的防斜技術多采用"輕壓吊打",以犧牲鑽速為代價,近年來發展起來的偏心鑽具、偏軸鑽具、柔性鑽具等鑽具組合,雖然有了一定的改進,但是對高陡構造以 及造斜能力強的地層,其井斜控製效果仍不理想。現代防斜技術的核心是解決提高井身質量和鑽速之間的矛盾,必須突破傳統觀念的束縛,積極探索新的防斜技術, 勝利鑽井院研發的具有完全自主產權的捷聯式自動垂直鑽井係統在鄂爾多斯麻黃山區塊寧深1#再次成功應用,經受住了現場的考驗,真正成為鑽井防斜打直的護航 艦。該技術主要是由垂鑽係統井下閉環控製技術、防斜執行機構、旋轉密封和壓力平衡係統技術等組成。

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