鄧博文（中國(guó)石油天然氣集團(tuán)川慶鉆探工程有限公司川西鉆探公司，四川 成都 610051）

對(duì)目前石油鉆井技術(shù)的研究與分析

鄧博文
（中國(guó)石油天然氣集團(tuán)川慶鉆探工程有限公司川西鉆探公司，四川 成都 610051）

本文首先簡(jiǎn)要闡述了我國(guó)石油鉆井技術(shù)方面存在的不足之處，進(jìn)而分析了我國(guó)石油鉆井技術(shù)的研究進(jìn)展，隨后論述了先進(jìn)石油鉆井技術(shù)的應(yīng)用，在此基礎(chǔ)上展望了石油鉆井技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。

石油開采；鉆井技術(shù)；產(chǎn)量

1 我國(guó)石油鉆井技術(shù)方面存在的不足之處

1.1 速度較慢。我國(guó)石油鉆井中所使用的鉆頭大部分為PDC型號(hào)，在鉆井過程中受地層深度大、硬度高等因素的影響，使得鉆探溫度上升較快，嚴(yán)重影響了鉆頭的鉆井速度，導(dǎo)致施工進(jìn)度緩慢。此外，隨著石油鉆井技術(shù)的不斷發(fā)展，其對(duì)鉆頭的要求也逐步提高，而當(dāng)前鉆頭的強(qiáng)度、韌性等指標(biāo)難以滿足先進(jìn)鉆井技術(shù)的要求。

1.2 儲(chǔ)層保護(hù)方面的研究力度不夠。從我國(guó)石油鉆井技術(shù)研究層面來看，大部分研究多集中于鉆井與開采方面的研究，而對(duì)其他方面的研究較少。如，石油儲(chǔ)藏層保護(hù)性問題是關(guān)系到石油鉆探作業(yè)與開采效率的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，但是關(guān)于這方面問題的研究進(jìn)展卻十分緩慢。

1.3 固井質(zhì)量欠佳。在石油鉆井時(shí)，對(duì)井周圍的穩(wěn)固化處理不到位，既缺乏相應(yīng)的操作標(biāo)準(zhǔn)加以規(guī)范，也沒有豐富的操作經(jīng)驗(yàn)可以借鑒，從而導(dǎo)致固井質(zhì)量欠佳，仍有較大的提升空間。與西方發(fā)達(dá)國(guó)家的固井技術(shù)相比，我國(guó)固井技術(shù)發(fā)展明顯滯后。

1.4 缺乏特殊工藝井技術(shù)。近年來，我國(guó)石油鉆井方式呈現(xiàn)出多樣化的發(fā)展趨勢(shì)，在側(cè)鉆水平井、欠平衡鉆井等方面的技術(shù)研究取得了較大進(jìn)展，并且相應(yīng)配套技術(shù)也日漸成熟。但是，我國(guó)在鉆井方式的工藝研究方面尚未形成系統(tǒng)性的理論體系，沒有提出適用于不同鉆井方式的理論基礎(chǔ)，對(duì)特殊工藝井鉆進(jìn)技術(shù)研究不夠深入，限制了特殊工藝井的推廣應(yīng)用。

2 我國(guó)石油鉆井技術(shù)的研究進(jìn)展

自19世紀(jì)50年代開始，我國(guó)便投入了大量的人力、物力對(duì)石油鉆井技術(shù)進(jìn)行研究，至今已經(jīng)形成了一套較為完整的技術(shù)體系，相關(guān)技術(shù)也比較成熟，較具代表性的有鉆井?dāng)?shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集處理技術(shù)、大位移井和水平井鉆井技術(shù)、多分支井鉆井技術(shù)、小井眼鉆井技術(shù)等等。

2.1 鉆井?dāng)?shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集與處理技術(shù)。國(guó)內(nèi)的石油鉆井多以旋轉(zhuǎn)式鉆進(jìn)為主，工程實(shí)踐表明，這種鉆進(jìn)方式在鉆井的過程中，鉆頭入孔后會(huì)受到巖層、地質(zhì)結(jié)構(gòu)等條件的影響，從而造成鉆頭橫向轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣一來，便會(huì)導(dǎo)致鉆頭的磨損加劇。微電子與傳感檢測(cè)兩項(xiàng)技術(shù)在鉆井過程中的應(yīng)用，使這一問題獲得了有效解決，借助鉆井動(dòng)態(tài)傳感檢測(cè)系統(tǒng)，不但能夠?qū)︺@頭進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，而且還能快速、高效地完成相關(guān)數(shù)據(jù)的采集和故障診斷，為鉆井工作的順利進(jìn)行提供了強(qiáng)有力的技術(shù)保障。

2.2 大位移井與水平井技術(shù)。與直井鉆井技術(shù)相比，水平井技術(shù)最為突出的特點(diǎn)是能夠顯著提升產(chǎn)量、降低鉆井成本。而大位移井技術(shù)雖然斜井段相對(duì)較長(zhǎng)，但隨著變徑穩(wěn)定器以及可控偏心器的應(yīng)用，有效解決了鉆柱摩擦阻力增大以及境內(nèi)鉆屑清除困難等問題后，該技術(shù)在國(guó)內(nèi)各大油田獲得了廣泛應(yīng)用。

2.3 多分支井技術(shù)。該技術(shù)具體是指在井眼底部鉆出一個(gè)分支井眼，并在該分支井眼的基礎(chǔ)上，結(jié)合地質(zhì)結(jié)構(gòu)和巖層情況再進(jìn)行分支，由此能夠?qū)崿F(xiàn)單井多靶的立體式開采，大幅度提高了油井產(chǎn)量。

2.4 小井眼鉆井技術(shù)。該技術(shù)的出現(xiàn)及其在石油開采中的應(yīng)用，有效解決了鉆頭尺寸過大、鉆井成本高的問題，隨著鉆井工藝的逐步發(fā)展和完善，使得該技術(shù)的內(nèi)涵被重新定義，在這一前提下，小井眼鉆井技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)入了高潮時(shí)期。

3 先進(jìn)石油鉆井技術(shù)的應(yīng)用

3.1 智能化鉆井技術(shù)。在石油開采過程中，應(yīng)用智能化的鉆井技術(shù)不但有助于提高現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員的安全，而且還能進(jìn)一步提升資源利用率。智能化鉆井技術(shù)的應(yīng)用主要體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：

3.1.1 智能專家系統(tǒng)。該系統(tǒng)以計(jì)算機(jī)為載體，以鉆井相關(guān)行業(yè)專家編寫的數(shù)據(jù)庫(kù)為核心，其能夠執(zhí)行如下任務(wù)：接受和分析數(shù)據(jù)以及發(fā)送指令等等，它的應(yīng)用可以為井下實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的分析工作提供參考依據(jù)。該系統(tǒng)的具體工作流程如下：設(shè)置在井下的傳感器會(huì)對(duì)鉆井過程中的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，然后傳輸給計(jì)算機(jī)，系統(tǒng)會(huì)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)分析處理，按照不同的數(shù)據(jù)作出不同的反應(yīng)，即數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫(kù)的范圍以內(nèi)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)將指令實(shí)施反饋給井下，若是數(shù)據(jù)超出數(shù)據(jù)庫(kù)的范圍，系統(tǒng)會(huì)反饋一個(gè)參考指令給井下，并將該數(shù)據(jù)自行上傳給互聯(lián)網(wǎng)上的專家，由專家對(duì)此進(jìn)行具體分析后，給出方案及措施，隨后回傳給系統(tǒng)。通過該系統(tǒng)的應(yīng)用，不僅大幅度提升了鉆井速度和安全性，而且操作也更加科學(xué)、規(guī)范。

3.1.2 智能通訊網(wǎng)絡(luò)。其中主要涉及了三種技術(shù)，即信息技術(shù)、通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，它的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：①能夠使鉆井信息可以在控制中心與現(xiàn)場(chǎng)控制平臺(tái)之間雙向傳遞，為遠(yuǎn)程鉆井控制及信息共享提供了可能。②具有強(qiáng)大的存儲(chǔ)及快速傳輸能力，穩(wěn)定性較高。該技術(shù)在鉆井過程中的應(yīng)用，確保了井下與地面的交流。

3.2 鉆井事故預(yù)警技術(shù)。在實(shí)際鉆井的過程中，經(jīng)常會(huì)遇到井斜、卡鉆、鉆具失效以及井塌等安全問題，輕則會(huì)造成鉆井作業(yè)終端，嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)導(dǎo)致人員傷亡，由此會(huì)給企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失。為了避免各種安全事故的發(fā)生，可在鉆井時(shí)應(yīng)用預(yù)警技術(shù)。該技術(shù)主要是以錄井?dāng)?shù)據(jù)為基礎(chǔ)進(jìn)行預(yù)警模型的構(gòu)建，以此來實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)防范，避免各類安全事故的發(fā)生。當(dāng)預(yù)警模型構(gòu)建完畢后，可對(duì)井漏、卡鉆、超拉、鉆具掉落等問題進(jìn)行預(yù)警，現(xiàn)場(chǎng)操作人員便可根據(jù)預(yù)警信息快速制定出解決措施，在最短的時(shí)間內(nèi)消除問題，恢復(fù)鉆井作業(yè)。

3.3 鉆井污染控制技術(shù)。石油鉆井必須采取先進(jìn)的技術(shù)手段，有效控制鉆井作業(yè)中對(duì)環(huán)境造成的污染，將鉆井產(chǎn)生的廢氣、廢液、廢渣進(jìn)行無害化加工處理，加大對(duì)鉆井污染的控制力度。鉆井污染控制技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用，在保護(hù)鉆井作業(yè)區(qū)域環(huán)境中起著至關(guān)重要的作用。具體技術(shù)包括：

3.3.1 油基鉆井液技術(shù)。為了減少油基鉆井液對(duì)海洋環(huán)境造成的危害，近年來研發(fā)了一種新型的合成基鉆井液，該基液主要由醚、酯、線形石蠟、內(nèi)烯烴、a-烯烴等構(gòu)成，具備鉆井所需的各種性能。

3.3.2 多功能鉆井液技術(shù)。多功能鉆井液具備固井液和鉆井液的雙重功能，既可以大幅度減少鉆井作業(yè)產(chǎn)生的廢漿量，又可以有效提高固井質(zhì)量，固化處理鉆井液的廢漿，取得良好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。

3.3.3 泥漿轉(zhuǎn)換成水泥漿的技術(shù)。該技術(shù)的應(yīng)用可以降低鉆井液排出的廢漿量，消耗高爐礦渣和粉煤灰等廢渣。以人工鈉土為主要原料的鉆井液，適當(dāng)加入緩凝劑、激活劑和分散劑，與高爐礦渣進(jìn)行一同轉(zhuǎn)化，并使用泥漿泵進(jìn)行施工，有利于提高固井質(zhì)量。

3.3.4 可控速降解處理劑。該產(chǎn)品可使用添加劑調(diào)節(jié)處理劑的降解速度，降低快速降解對(duì)附近環(huán)境造成的影響。

3.4 運(yùn)用3G視頻監(jiān)控技術(shù)?，F(xiàn)代信息技術(shù)在石油鉆井領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，為石油鉆井安全作業(yè)提供了有力保障。石油鉆井作業(yè)可充分利用3G視頻監(jiān)控技術(shù)，建立小型的遠(yuǎn)程無線監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)鉆井作業(yè)平臺(tái)的遠(yuǎn)程監(jiān)控和安全監(jiān)管。3G視頻監(jiān)控技術(shù)具備覆蓋范圍廣、費(fèi)用低、抗干擾能力強(qiáng)等應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，可將其安裝在室外任何地方，快速、便捷地建立起視頻監(jiān)控點(diǎn)，使安全管理人員及時(shí)了鉆井作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的施工情況，確保作業(yè)過程始終處于可控狀態(tài)。

4 石油鉆井技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

現(xiàn)階段，想要在原有油井的基礎(chǔ)上開采出更多的石油和天然氣，就必須不斷加大對(duì)鉆井技術(shù)的研究力度，這不但是最為有效的途徑之一，也是最佳的選擇。從目前的總體情況上看，鉆井技術(shù)呈現(xiàn)出以下發(fā)展趨勢(shì)：

4.1 鉆井設(shè)備逐步向自動(dòng)化方向發(fā)展。近年來，國(guó)外石油鉆井設(shè)備的自動(dòng)化水平不斷提高，工作能力得到了大幅度提升。如，為了提高鉆井設(shè)備的工作效率，對(duì)于具備同樣鉆深能力的鉆機(jī)而言，絞車功率提高了約1.5倍馬力，每臺(tái)泵的輸入功率提高了約1.6倍馬力；為了滿足大位移井的作業(yè)需要，必須擴(kuò)大石油鉆井設(shè)備的規(guī)模，提高鉆井設(shè)備的自動(dòng)化水平，大力研發(fā)和應(yīng)用機(jī)、電、液一體化的鉆井技術(shù)，以完善鉆井設(shè)備的功能，提高鉆井設(shè)備的性能。

4.2 積極改進(jìn)鉆井方式提高油氣產(chǎn)量。為了讓每一口油井的利用效率得以最大程度地發(fā)揮，并從油井中采收到更多的石油和天然氣，就必須用最科學(xué)、最合理的方式進(jìn)行鉆井。為進(jìn)一步提高單個(gè)油井的整體產(chǎn)量，國(guó)外一些發(fā)達(dá)的國(guó)家已經(jīng)進(jìn)入了以土壤質(zhì)量為導(dǎo)向的鉆井市場(chǎng)化階段，各類鉆井技術(shù)和先進(jìn)工藝的引進(jìn)，不但有助于節(jié)約鉆井成本，而且還能使尤其采收率獲得大幅度提升。此外，在發(fā)現(xiàn)和保護(hù)油氣層方面，可以氣體作為循環(huán)介質(zhì)進(jìn)行鉆井，并通過降密度劑將氣體輸送帶鉆井液，這樣便能夠起到保護(hù)油氣層和提高油氣產(chǎn)量的目的。

4.3 加大連續(xù)管鉆井技術(shù)的研究力度。連續(xù)管鉆井技術(shù)是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外研究的熱門鉆井技術(shù)，該技術(shù)可以通過減少鉆井液的侵入，減少鉆井對(duì)地層造成的損害，進(jìn)而提高石油儲(chǔ)層的產(chǎn)量。尤其在鉆機(jī)空間受到限制的情況下，應(yīng)用連續(xù)管鉆井技術(shù)可以充分發(fā)揮其占地面積小、施工安全、操作簡(jiǎn)單、污染少等優(yōu)勢(shì)，只需要五人以下的操作人員，便可完成鉆井作業(yè)。

結(jié)語

總而言之，在石油需求量不斷增大的背景下，石油勘探工程勢(shì)必會(huì)大幅度增多，鉆井技術(shù)作為石油開采中不可或缺的重要組成部分之一，其受到了越來越多的關(guān)注和重視，加大相關(guān)技術(shù)方面的研究力度已經(jīng)勢(shì)在必行。為此，除了要對(duì)現(xiàn)有的鉆井技術(shù)進(jìn)行不斷改進(jìn)和完善之外，還應(yīng)當(dāng)積極研發(fā)新的鉆井技術(shù)，并將之運(yùn)用到實(shí)際工程當(dāng)中，為石油開采工作的順利進(jìn)行提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐，這有助于提高石油企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，從而促進(jìn)其健康、穩(wěn)定、持續(xù)發(fā)展。

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