科学化与自动化钻井技术

20世纪50年代初，石油钻井技术由经验钻井步入科学化钻井时期。20世纪50年代初～20世纪80年代初为科学化钻井前期阶段，发展了喷射钻井技术、优选参数钻井技术、丛式井钻井技术及高效钻头技术，这些技术多为单项先进技术。20世纪80年代中至今为科学化钻井后期阶段，这一阶段的主要特征是以钻井信息化、智能化为特点向自动化钻井迈进。发展了井下信息实时检测技术，如随钻测量（MWD）、随钻测井（LWD）、随钻地震(SWD)、随钻地层评价(FEMWD)和钻井动态数据实时测量，使钻井过程中井下地质参数、钻井参数和井眼参数能够实时测量、传输、分析和控制。开发了井下导向和井下闭环钻井系统。发展了有利于发现新油气层和提高油田采收率新钻井技术和方法，如欠平衡压力钻井、水平井钻井、多分支井钻井及连续油管钻井等。

20世纪80年代中期，第1次在钻定向井中使用可以随钻测井深、井斜、方位及辅助参数如温度等的MWD。80年代末,三参数组合随钻测井仪(LWD)问世，可以测量除包括MWD的测量参数外，还有地质参数（随钻电阻率、随钻伽马、随钻密度、随钻孔隙度等),可以实时向地面传输和井下仪器芯片内储存。为钻井数据自动采集，实现信息化和智能化钻井奠定了基础。

20世纪90年代形成了几种先进钻井技术，随钻地震(SWD)是结合地面地震、井筒内垂直地震和钻井工程发展起来的一项学科交叉的新技术,可以估算出钻头前方待钻地层特性参数和井身参数值，为井眼轨迹实时控制提供地质导向依据，并且可以尽早修正地震剖面。随着MWD和LWD的发展日趋精益,形成了新的随钻地层评价测试技术(FEMWD)，不仅可以测量地层岩石特性，还可以测试地层流体特性。近钻头地质导向的关键是随仪器短节越来越短，并紧靠钻头，即时分辨所钻岩石层位边界,可以控制钻头在1～3 m的薄储层里钻进。

90年代后期在MWD、LWD和SWD技术基础上发展起来的一种前沿技术即地质导向技术(GST)，是使用随钻定向测量数据和随钻地质评价测井数据以人机对话方式来控制井眼轨迹的钻井技术，可始终精确地控制井下钻具位于产层。导向工具分滑动和旋转式导向工具2种。滑动式导向工具的特点是作业时钻柱不旋转，钻柱沿井壁轴向滑动，可改变井眼的井斜角和方位角，能连续控制井眼轨迹的方向。这种导向方法目前仍占主导地位。其导向工具主要有弯壳体马达(含单弯、同向双弯、异向双弯导向马达)或弯接头与导向动力钻具组合。滑动式导向方法存在的主要缺点有摩阻大、井眼清洁难题。旋转式导向工具导向时钻柱连续旋转，钻柱轴向摩阻和井眼清洁问题得到改善，井眼轨迹更为光滑，控制轨迹的强度和精度都大为提高。开发出钻井动态检测、高速数据监测及处理应用系统(DDS)，实现了钻井动态数据在井下采集和诊断，有效地对井下钻具的运动状态进行控制。这些技术为科学化闭环钻井的实现提供技术支持。

闭环钻井（自动化钻井）技术的发展分4个阶段。井下开环钻井阶段，井下未使用MWD和LWD等随钻测量工具，只有一般的井下测量工具。井下半闭环钻井阶段，井下使用地面可控制的造斜工具(如可变径稳定器、可调弯接头、可变弯角井下动力钻具、可伸缩偏心垫块)，并采用较先进的井下测量工具(如MWD、LWD等)。井下闭环钻井阶段：指井身轨迹控制完全离开人的干预，用先进的随钻测量(MWD、LWD、SWD、GST等)和井下可调工具，用微电脑（中心电脑放在地面或井下两种）进行井下信息测量、传输、处理及控制，指令的产生和执行完全自动进行。全闭环钻井阶段：这是钻井技术发展的最高阶段，即井下和地面的钻井装备全面实现自动化和智能化。要实现全闭环钻井，还需要大量的创新实践和市场驱动。