浅议现代钻井技术发展

肖昊翔

【摘 要】旋转钻井的发展可分为初期阶段、发展阶段、科学化钻井3个阶段。科学化钻井后期阶段成果主要有3大项：实现了井下信息关时检测、传输、处理、分析；开发了井下导向和井下闭环钻井系统；发展了新钻井技术。现代钻井技术发展趋势是：向信息化、智能化方向发展；向多学科紧密结合、提高油井产量和油田采收率方向发展；向有效开采特殊油气藏方向发展。建议：能引进的采取引进一消化一创新的技术路线来跟踪前沿，不能引进的国内自主开发；在水平井钻井技术、多分支钻井技术和欠平衡压力钻井技术三大新钻井技术方面，我国目前还有许多基础工作要做，建议有计划地组织攻关；钻井科研工作者在观念上应有新的转变。目前石油工程技术的发展要求钻井工程不仅要建油流通道，而且要担负提高单井产量和油田采收率部分任务以及开发开采特殊油气藏的任务，因此钻井科技人员应熟悉和了解采油工程和油藏工程有关理论和技术。

【关键词】钻井技术；趋势；进展

1 钻井技术发展回顾

旋转钻井的发展可分为初期阶段、发展阶段、科学化钻井3个阶段。初期阶段（萌芽阶段）从1900年至1920年，发展阶段（经验钻井阶段）从1920年至1950年，科学化钻井阶段年代从1950至现在。科学化钻井阶段又可分为前期阶段（1950年到1980年）和后期阶段（现代钻井阶段）。前期阶段出现了9项单项技术：喷射钻井技术、优选参数钻井技术、平衡压力钻井技术、保护油气层技术、深井钻井技术、丛式钻井技术、高效钻井技术、井控技术、洗井液技术。后期阶段成果主要有3大项：（1）实现了井下信息实时检测、传输、处理、分析。该项成果使用随钻测量（MWD）、随钻测井（LWD）、随钻地震（SWD）、随钻井下钻井动态数据实时检测和处理技术（DDS）、地质导向技术（GST）及随钻地层评价（FEWD）等随钻测量技术，对地层参数、钻井参数、井眼参数进行实时检测、传输、处理、分析。（2）开发了井下导向和井下闭环钻井系统。（3）发展了新钻井技术（水平井钻井技术、多分支井钻井技术、欠平衡压力钻井技术），在此基础上发展了新的小井眼钻井技术、连续油管钻井技术。

2 现代钻井技术发展趋势

2.1 向信息化、智能化方向发展信息化钻井技术以MWDE、LWD、SWD、FEWD、GST、DDS为主要特征

智能化钻井技术是由井下导向工具、测试工具、作业控制三者组成的闭环钻井系统。l990年由数家大石油公司合作，历时5a，耗资1000万美元，成功开发了集成钻井系统（IDS）和集成钻井作业系统（IDO）。井下闭环钻井发展阶段分为井下开环、井下半闭环、井下全闭环、地面井下全闭环4个阶段。

目前已投入商业运作的钻井系统有垂直钻井系统（VDS）、自动定向钻井系统（ADD）、自动导向钻井系统（AGS）、旋转导向钻井系统（SRD）、旋转闭环钻井系统。

2.2 向多学科紧密结合提高油井产量和油田采收率方向发展以水平井为例

2.2.1 水平井设计程序

水平井设计程序是1992年11月由美国石油工程协会、地质家协会、地球物理家协会和测井分析家协会共同开会约定的。该设计内容由地质、钻井、采油、成本核算4部分人员共同合作完成。

设计步骤：（1）提出候选目标油气藏。由作业公司提出候选目标油气藏。（2）地质评价。审查油气藏条件是否适合钻水平井，是否有法律争议，是否符合公司经营战略。（3）初步筛选油气藏。初步进行产量递减和现值研究、储量分析。（4）经济效益分析。初步经济分析和初步成本预测，是否受土地租赁和规划条例限制。（5）详细油气藏分析。用分析模型或大型计算机数值模拟程序进行详细的油气藏分析。（6）生产战略。与详细油气藏分析相结合，进行油气藏生产特性的分析，确定水平段长度，距流体接触面距离。（7）增产措施及完井对策。是否需要下套管、固井、射孔和压裂，这些环节将耗费作业费用，需要认真进行投入与产出预算，作出经济预测评价，再作出完井方法及相关设计。（8）详细设计（油井设计）。由石油公司钻井部设计，包括井眼剖面、水平段长度、井径、套管程序、套管柱设计、注水泥设计、井控、保护储集层设计及钻井液密度设计。（9）钻井施工设计。包括钻头类型、钻井液设计、钻井参数设计、钻柱设计、钻柱下部结构设计、钻井设备选择。在以上基础上，进行详细成本预测和费用核算，重做经济分析，以确定水平井是否经济有效。（10）完井试油后评价。进行回顾总结，以便总结经验和教训。以上设计程序称为水平井综合设计平台。国外各石油公司都有自己的综合设计平台和软件。软件可融合地质模型、钻井模型、采油油藏模型、成本和费用核算模型，以便考证水平井的有效性和经济性。我国现在缺少此类模型。

2.2.2 水平井效益问题

水平井钻井技术从20世纪80年代初开始研究，90年代大规模推广应用，目前已作为常规钻井技术应用于各类油藏。水平井钻井成本已降至直井的1.5～2.0倍，甚至有的水平井钻井成本只是直井的1.2倍。水平井产量则是直井的4～8倍。应用水平井技术开发整装油气田，是20世纪90年代水平井应用发展的主要趋势之一，它不仅可显著提高油田产量，更可以有效地提高油田采收率。

2.3 向有效开采特殊油气藏方向发展

以低渗透油气藏为例，我国已探明储量中，低渗透油气藏占总探明储量25，预计近3～4a约60的新增储量来自低渗透油气藏。钻井技术。美国20世纪90年代以前用水基钻井液+常规保护油气层技术钻直井和用油基钻井液钻井（成本高）；90年代以后普遍用欠平衡技术钻水平井，包括气体钻井、雾化钻井、泡沫钻井、充气钻井等，方法选择需根据储集层特性进行选配。某致密气藏用常规钻井液钻直井，平均日产量为30万m3。如用空气钻井，直井产量提高3倍，水平井产量提高10倍。

近2O年来钻井技术的发展进程以信息化和智能化钻井为核心，全面提高了钻井技术水平，使钻井技术由部分定量分析研究进入全面定量分析研究，从而发展了水平井钻井技术、多分支井钻井技术和欠平衡压力钻井技术，使钻井手段、钻井任务、钻井类型和钻井对象等方面都发生了巨大变化。钻井工程在石油工程中的作用和地位比过去更为重要。

3 参考建议

1）信息化、智能化钻井的有关设备和技术，能引进的采取引进消化一创新的技术路线来跟踪前沿，不能引进的国内自主开发。国内三大石油公司也可以采取联合开发的方法尽快缩短差距。

2）近10年来国外开发的三大新钻井技术（水平井钻井技术、多分支钻井技术和欠平衡压力钻井技术）对世界石油的开采有重大影响。我国水平井钻井技术近年来发展较快，水平井数量增多。水平井轨道控制技术比较成熟，但水平井井控技术、水平井井壁稳定技术、水平井完井技术、水平井携带岩屑技术（岩屑床问题）、水平井压裂技术等还有许多工作要做。另外我国目前所钻水平井基本为单一水平井和双台阶水平井，而分支水平井和多分支水平井尚未广泛应用，影响了水平井的经济效益。

3）钻井科研工作者在观念上应有新的转变。长期以来钻井工程的主要任务是建造油气从油气层流至地面的通道，其衡量指标是每米进尺成本最低，建井时间最短，井眼质量符合规定要求。目前石油工程技术的发展要求钻井工程不仅要建油流通道，而且要担负提高单井产量、油田采收率的部分任务和开采特殊油气藏的任务。钻井工程与采油工程、油藏工程必须紧密结合，这是石油工程技术发展的客观要求，也是石油工程技术近10年来发展的总趋势，不可逆转。

[责任编辑：邓丽丽]