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行業動態

未來鉆井技術發展趨勢

文字:[大][中][小] 手機頁面二維碼 2017/7/6     瀏覽次數:    


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 鉆井目標復雜化對井眼軌跡的控制精度提出了越來越高的要求。隨鉆測量(MWD)、隨鉆測井(LWD)、地質導向和旋轉閉環導向鉆井系統是提高井眼軌跡控制精度的重要手段,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沖或電磁波,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鉆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、光纖和有纜鉆桿。目前聲波信道和用于常規鉆桿的光纖信道尚在研究中。在有纜鉆桿領域,目前投入商業應用的只有美國國際服務公司的"軟連接"有纜鉆桿,即所謂的智能鉆桿。

  智能鉆桿實質上是一種有纜鉆桿,電纜之間通過電磁感應實現"軟連接":把電纜嵌入鉆桿,鉆桿接頭兩端的電纜各有一個感應環;鉆桿緊扣以后,兩感應環并不直接接觸,而是通過電磁感應原理實現信號在鉆桿間的高速傳輸。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;三是適用于包括欠平衡鉆井、氣體鉆井在內的任何井況下的數據傳輸。

  智能鉆桿已于2007年投入商業化應用,是鉆井井下信號傳輸技術的一個重大突破和重要里程碑。它已獲得了哈里伯頓、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/秒的智能鉆桿。

  發展隨鉆前視功能,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鉆頭的距離在0.91米以上,只能測量剛鉆井眼的工程參數和地質參數,并不能探測鉆頭前方的地質情況。為此,需要發展隨鉆地震等具有隨鉆前視功能的技術,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。

旋轉導向鉆井系統

  如哈里伯頓公司旋轉導向系統、Baker Hughes公司的AutoTrak旋轉閉環鉆井系統,已經用旋轉導向系統取代滑動導向鉆井系統。

未來趨勢二:快

  "快"指高能,也就是如何提高鉆井效率。"快"是油公司、鉆井承包商和技術服務公司一貫追求的重要目標。近兩三年,鉆井日費暴漲,提高鉆速尤為重要,對深井鉆井和深水鉆井來說更是如此。 探索新的破巖方式,以期在破巖技術上取得突破 自高壓噴射鉆井于上世紀60年代開始推廣應用以來,機械破巖+水力輔助破巖這種聯合破巖方式就占絕對統治地位。為了進一步提高機械鉆速,人們一直在探索其他破巖方式,如化學溶解法鉆井、爆破法鉆井、電火花鉆井、微波鉆井、熱散裂鉆井、巖熔爐鉆井等。近幾年,國外還在探索中的破巖技術主要是激光鉆井、等離子體通道鉆井(Plasma Channel Drilling)。

  激光鉆井的破巖機理是利用高能激光破碎、熔化和蒸發巖石。激光鉆井仍處于室內試驗階段,預計2020年投入商業化應用,并有望給鉆井帶來一場革命。

  等離子體通道鉆井技術的開發者是挪威的獾式鉆探器(Badger Explorer) 勘探公司。該技術的核心是高電壓脈沖能量技術。等離子體的破巖機理就是用電法霧化巖石,即利用高電壓脈沖在"鉆頭"前方的巖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巖石中極迅速地膨脹,導致局部巖石破裂和破碎。這項破巖技術目前尚處于原理驗證階段,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、環境友好的破巖方式,將主要用于修井和鉆小井眼。

  改進高溫高壓深井鉆井技術,進一步提高鉆井速度,降低鉆井成本 為了使深井鉆得更深、更快、更經濟、更環保,美國能源部于2001年3月設立了一個深井鉆井計劃——Deep Trek計劃,旨在組織開發一些新技術和新工具來提高深井鉆井完井效率,降低深井鉆井完井成本。

  Deep Trek計劃側重于4個關鍵領域的技術開發,即智能鉆井系統、高科技材料、先進的深井鉆井完井方法和新的鉆頭技術。該計劃是一系列技術創新的集成,是當今鉆井技術前沿的集中體現,代表新一代深井鉆井技術,反映深井鉆井技術的發展方向。其中的多數單項技術還處于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,其總體技術將于今年投入商業應用。Deep Trek計劃將實現"更深"和"更智能"的鉆井目標,進一步促進鉆井技術的進步。

  鉆機多樣化、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鉆機是鉆機發展史上的一個非常重要的里程碑。鉆機的多樣性主要表現在出現了適應不同地面條件、井深和作業需要的大、中、小型鉆機,包括各種陸地鉆機、海洋鉆機、車載鉆機和連續管鉆機等,正在研制微井眼鉆機。 國外在鉆機自動化設備的基礎上于90年代中后期推出了自動化鉆機。

  自動化鉆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、送鉆、排放、堆放在內的所有管子操作的自動化;二是大幅度減少鉆井作業人員,鉆臺和二層臺上不再有鉆工;三是明顯減輕司鉆的勞動強度和減少人為失誤;四是運移性好,安裝、拆卸方便;五是陸地自動化鉆機占地面積??;六是顯著提高作業效率和安全性。自動化鉆機代表當今石油鉆機的高水平,是石油鉆機的重要發展方向,正在陸地和海上得到推廣應用。 開發有利于提高鉆井完井效率和降低鉆井完井成本的新材料 新材料一直是國外超前研究的熱點,適用于鉆井完井的新材料不斷涌現,極大地推動了鉆井完井技術的進步和提速降本。連續管鉆井可大幅度提高起下鉆效率,減小井場占地面積。鋁合金鉆桿、鈦合金鉆桿和碳纖維鉆桿可大大減輕鉆桿重量,提高鉆桿韌性。納米外加劑可提高鉆井液性能。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工業公司研制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制的。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。膨脹后能夠實現自密封,額定耐壓能力高達10000psi。同時還研制成功了自膨脹篩管,其膨脹率為125%——150%。自膨脹管是膨脹管技術的新發展,它既可用于常規井,也可用于微井眼;既可用于旋轉鉆井,也可用于連續管鉆井。自膨脹管還處于現場試驗階段,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"深井鉆井計劃"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于海上的擠水泥作業。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",以犧牲鉆速為代價,近年來發展起來的偏心鉆具、偏軸鉆具、柔性鉆具等鉆具組合,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,其井斜控制效果仍不理想?,F代防斜技術的核心是解決提高井身質量和鉆速之間的矛盾,必須突破傳統觀念的束縛,積極探索新的防斜技術,勝利鉆井院研發的具有完全自主產權的捷聯式自動垂直鉆井系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,真正成為鉆井防斜打直的護航艦。該技術主要是由垂鉆系統井下閉環控制技術、防斜執行機構、旋轉密封和壓力平衡系統技術等組成。

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