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面向21世纪的重要钻井技术
出处:中国矿业报 日期:2007-8-14 12:13:00  浏览:4083

面向21世纪,老油田提高采收率及低压低渗和稠油储层的高效开发,特别需要研究和开发先进适用的特殊工艺钻井技术;高压高温油气藏,特别是高压高温天然气藏的钻探与开发,急需突破高压高温钻井的技术障碍;深部油气资源的钻探与开发,需要进一步研究和发展深井、超深井钻井技术,特别是在深探井的钻井效率上应加大科研与开发力度。

1.高压高温钻井技术

按国际通用概念,地温超过150℃称高温,地层压力当量密度超过1.8g/m3或须用超过70MPa的井口装置时称高压,两者同时具备的井称作高压高温(HPHT)井。井底温度超过220℃,井底压力超过105MPa,称作超高压高温井。天然气层的温度较油层的高,地温梯度一般在3~5℃/100m,5000m的井地温就可能达到150~250℃,故天然气井,特别是深层天然气井大都是高压高温井。高压高温井,特别是高压高温深探井,是钻井工程中难度最大、风险最高、工程费用也最高的一种苛刻井。例如北海中央地堑的一口5000m探井,钻井费用近2000万美元,开发井也不低于1200万美元;南海崖城21—1构造的3口探井,前两口井未钻达设计目的层,经济损失较大。

高压高温钻井技术是勘探开发高压高温油气藏的关键技术,也是代表21世纪钻井技术发展水平的重要标志之一。

2.深井、超深井钻井技术

深井是指完钻井深为4500~6000m的井;超深井是指完钻井深为6000m以上的井。深井、超深井钻井技术是勘探和开发深部油气等资源必不可少的关键技术。进入21世纪,我国西部及东部深层钻探工作将进一步加强,需要完成的深井、超深井数将进一步增加。我国深井、超深井比较集中的地区有塔里木盆地、准噶尔盆地、四川盆地及柴达木盆地等。实践证明,由于深井、超深井地质情况复杂(诸如山前构造、高陡构造、难钻地层、多压力系统及不稳定岩层等,有些地层也存在高压高温效应),我国在这些地区(或其他类似地区)的深井、超深井钻井技术尚未过关,表现为井下复杂与事故频繁,建井周期长,工程费用高,从而极大地阻碍了勘探开发的步伐,增加了勘探开发的直接成本。我国在深井、超深井(主要是深探井)钻井方面的装备和技术水平现状与美国相比还存在较大的差距,平均建井周期与钻头使用量约为美国的两倍。

3.特殊工艺钻井技术

特殊工艺钻井主要包括定向井、水平井、丛式井、大位移井、复杂结构井及欠平衡钻井等,在世界范围内这些特殊工艺钻井技术的研究与应用已经比较成熟,并且仍在深入研究与试验,以刷新技术指标。目前,我国已基本掌握了定向井、水平井及丛式井钻井技术,但是,对复杂结构井、大位移井及欠平衡钻井的研究仍比较薄弱。

大位移井是指水平位移与垂深之比等于或大于2的定向井。钻大位移井的主要目的,就是通过大位移延伸实现对油气资源的高效勘探与开发。因此,大位移井钻井的关键技术指标是水平位移的长度。在海洋、滩海及特殊区域的油气勘探与开发工程中,应用大位移井钻井技术,可获得明显的经济和社会效益。

复杂结构井,主要是指多分支井,可从一个主井筒内侧钻出若干个分支井筒,并且各分支井都能重入和投产。如果各分支井都是水平井,则称为多分支水平井。多分支井既可钻新井,也可用于老井侧钻,但只适用于油气开发目的。由于多分支水平井克服了常规水平井“一井一层”的不足,可实现“一井多层”,并共用一个主井筒及地面采油设施,钻井费用少,故单井产量高,提高采收率效果好。多分支井与我国陆相沉积油层薄及油层多的特点相适应,对老油田稳产及低压低渗和稠油油藏的高效开发具有重要意义。

所谓欠平衡钻井就是人为地使井内流体的有效流动压力低于地层孔隙压力的钻井方式。在钻进过程中允许地层流体进入井内,循环出井,并在地面得到控制。欠平衡钻井有利于发现低压储层,避免对储层的损害,并且能够提高机械钻速,降低钻井费用,还可减少储层增产作业等。美国的调查结果表明,石油公司对欠平衡钻井能够有效地减轻或避免储层伤害最感兴趣,而技术服务公司则更关注欠平衡钻井的高效率。欠平衡钻井是一种高风险的钻井作业,容易引发井壁失稳和井喷事故,必须具有相应的套管程序和增加一整套地面控制装置,故所需费用一般较近平衡钻井要高。在“九五”期间,我国已经钻探了一批欠平衡井,但所用的主要装备是进口的,并且对欠平衡钻井的机理认识还不够深入。

4.三维可控与可视化钻井技术

实钻井眼轨迹通常是在复杂的三维地层空间中变化,看不见、摸不着,尤其是在丛式定向井、水平井、大位移井及复杂结构井等特殊工艺钻井中,如何有效地测量和控制实钻井眼的轨迹变化与稳定,甚至达到“看着打,随意打”的理想目标,是油气钻井向自动化和智能化方向发展的重要研究课题之一。经过不断地研究,在20世纪90年代国内外就已经掌握了井下动力导向钻井系统及可变径稳定器等技术。同时,国外又进一步研制成功了旋转导向钻井系统,例如贝克休斯(Baker Hughes)的Auto Track RCLS 系统,斯仑贝谢(Shlumberger)的Power Drive SRD系统,以及哈里伯顿(Halliburton)的Geo-Pilot系统等等。这些旋转导向钻井系统,目前主要是为了满足大位移井等特殊工艺钻井的高技术需求而研制开发的。

为了使油藏沿井眼更好地裸露,须用复杂的“地质靶子”(如地层中不同岩层或流体的界面)代替简单的“几何靶子”,而这些“地质靶子”的精确位置往往是难以预测的。于是,国外发明了随钻地质导向技术,如随钻测井技术和随钻地震技术等,以便帮助识别“地质靶子”的位置,从而可将实钻井眼轨迹保持在适当轨道内,更快更好地到达地质勘探和油藏开发的目标。

利用计算机可视化技术,可以更好地理解大量井下测量数据(包括井眼轨迹参数、地层特性参数及近钻头力学参数等)及丛式井设计数据等,实现三维钻井的几何形态、地质状况及力学行为的“可视化”,为三维钻井的优化控制提供信息可视化帮助。

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