論石油鉆井技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展研究

肖鵬

摘要：當(dāng)前我國(guó)鉆井技術(shù)不斷進(jìn)步，以井下數(shù)據(jù)采集應(yīng)用、閉環(huán)鉆井技術(shù)、欠平衡鉆井技術(shù)等為代表的先進(jìn)適用技術(shù)不斷發(fā)展，未來(lái)以智能化和信息化為基本特點(diǎn)的鉆井新技術(shù)將有利于開發(fā)傳統(tǒng)技術(shù)難以開發(fā)的油氣儲(chǔ)層和特殊油藏，并提升深井勘探和鉆井成功率，推進(jìn)石油鉆井行業(yè)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：石油;鉆井技術(shù);監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

1 引言

油氣資源作為經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的必要條件，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)健康發(fā)展意義重大。我國(guó)作為油氣資源相對(duì)比較匱乏的國(guó)家，在長(zhǎng)期鉆井技術(shù)發(fā)展中一直處于模仿跟隨階段，近年來(lái)結(jié)合我國(guó)自身油氣資源實(shí)際，已經(jīng)將石油勘探開發(fā)領(lǐng)域的主要目標(biāo)調(diào)整為尋找油氣資源、提升油氣采收率，與此對(duì)應(yīng)的是井下隨鉆動(dòng)態(tài)測(cè)量技術(shù)、井下閉環(huán)鉆井技術(shù)、欠平衡鉆井技術(shù)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的應(yīng)用實(shí)踐和改進(jìn)，取得了較大進(jìn)步，特別是當(dāng)前鉆井智能化、信息化、自動(dòng)化水平提高，井下隨鉆實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為石油鉆井提供了更加精準(zhǔn)及時(shí)的地質(zhì)參數(shù)和鉆井參數(shù)，便于為下步鉆井提供指導(dǎo);井下閉環(huán)鉆井技術(shù)，提升了鉆井質(zhì)效和安全性，使鉆井各項(xiàng)措施能夠相互呼應(yīng)、環(huán)環(huán)相扣;欠平衡鉆井技術(shù)等有利于勘探開發(fā)新油層、提升油氣采收率，對(duì)原有技術(shù)未開發(fā)的儲(chǔ)層和特殊的油藏資源開發(fā)非常有利。因此，有必要結(jié)合石油鉆井技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀，對(duì)其未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行探究。

2 我國(guó)石油鉆井技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

我國(guó)在油氣資源開發(fā)領(lǐng)域，長(zhǎng)期以來(lái)處于對(duì)國(guó)外先進(jìn)鉆井技術(shù)的技術(shù)跟蹤和模仿階段，隨著近年來(lái)我國(guó)科技水平的整體進(jìn)步和石油鉆井領(lǐng)域技術(shù)水平的提高，在吸收借鑒國(guó)外先進(jìn)鉆井技術(shù)、實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化的基礎(chǔ)上，鉆井技術(shù)也得到了長(zhǎng)足發(fā)展。但整體上，依然與國(guó)外先進(jìn)的石油勘探國(guó)家存在5～10年的基礎(chǔ)差距。從國(guó)內(nèi)看，雖然我國(guó)鉆井工程規(guī)模、技術(shù)水平整體提高，但在膨脹管鉆井技術(shù)、深海鉆井技術(shù)和超深井鉆井技術(shù)等技術(shù)應(yīng)用上，與世界先進(jìn)國(guó)家技術(shù)依然存在一定差距。比如，國(guó)際上比較先進(jìn)的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)在我國(guó)應(yīng)用還不充分，限制了分支井鉆井技術(shù)、大位移油井鉆井技術(shù)等鉆井新技術(shù)的應(yīng)用。從國(guó)際上看，欠平衡鉆井技術(shù)作為國(guó)外先進(jìn)國(guó)家的油氣勘探常規(guī)技術(shù)，在我國(guó)推廣應(yīng)用還需要進(jìn)一步加大力度。

2.1 井下鉆井動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集應(yīng)用技術(shù)

經(jīng)過(guò)努力，我國(guó)已經(jīng)研制成功了井下鉆頭地質(zhì)導(dǎo)向系統(tǒng)，在世界上處于領(lǐng)先地位，為各種先進(jìn)的鉆井井下參數(shù)獲取提供了技術(shù)保障。井下鉆井實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的采集、獲取和應(yīng)用，對(duì)石油鉆井實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)化、高效化應(yīng)用至關(guān)重要。在具體的井下鉆進(jìn)中，因?yàn)殂@柱本身屬于一種柔性結(jié)構(gòu)，旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)中存在扭動(dòng)、轉(zhuǎn)向和橫向移動(dòng)等各類問(wèn)題，會(huì)造成鉆具在實(shí)際鉆井中偏離預(yù)定的油井軌跡。比如，鉆頭的震動(dòng)會(huì)造成與井底地層脫離，產(chǎn)生空轉(zhuǎn)和鉆具磨損加重等問(wèn)題，如果出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)和振動(dòng)的同步發(fā)生，還會(huì)造成鉆頭與鉆柱之間出現(xiàn)渦動(dòng)，引發(fā)鉆具脫扣、滑扣等井下復(fù)雜事故。

我國(guó)在井下鉆井?dāng)?shù)據(jù)的采集和應(yīng)用上，對(duì)鉆柱的振動(dòng)監(jiān)測(cè)應(yīng)用比較成熟，但鉆柱振動(dòng)與鉆頭運(yùn)行特征的對(duì)應(yīng)模型還未建立，無(wú)法準(zhǔn)確通過(guò)鉆柱的運(yùn)行狀態(tài)把握鉆頭狀態(tài)。特別是當(dāng)前水平井鉆井、大位移井鉆井等鉆井技術(shù)應(yīng)用增多，鉆柱與井壁接觸概率加大，降低了鉆柱監(jiān)測(cè)對(duì)井下鉆井狀況的預(yù)測(cè)精準(zhǔn)性。從上個(gè)世紀(jì)末開始，依托電子信息和傳感器等技術(shù)，開發(fā)了鉆井傳感監(jiān)測(cè)元器件和DDS高速數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)處理系統(tǒng)等，實(shí)現(xiàn)了對(duì)井下數(shù)據(jù)的收集和匯總分析，以此了解鉆具運(yùn)行情況。目前，該技術(shù)應(yīng)用比較成熟，主要構(gòu)成部件為井下傳感器系統(tǒng)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)等，可以在井場(chǎng)鉆臺(tái)和值班監(jiān)控室實(shí)時(shí)顯示傳輸?shù)母黝愩@井信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)鉆井?dāng)?shù)據(jù)的全面掌握和鉆井軌跡的精準(zhǔn)控制。

2.2 井下閉環(huán)鉆井技術(shù)

從20世紀(jì)末開始，依托信息化、智能化等技術(shù)進(jìn)步，集成化的鉆井技術(shù)閉環(huán)鉆井技術(shù)產(chǎn)生，并不斷在實(shí)踐中完善。閉環(huán)鉆井技術(shù)需要開展地面測(cè)量，主要是對(duì)鉆井液錄井、地面鉆井參數(shù)等進(jìn)行測(cè)量;井下隨鉆測(cè)量，主要是依托MWD、LWD技術(shù)等，對(duì)井下的地層參數(shù)、幾何參數(shù)等進(jìn)行測(cè)量;數(shù)據(jù)采集和地面計(jì)算系統(tǒng)，主要是對(duì)采集到的鉆井信息進(jìn)行匯總分析;鉆井?dāng)?shù)據(jù)解釋，主要是通過(guò)與鉆井預(yù)定軌跡和地質(zhì)情況進(jìn)行比對(duì)，確定下步最優(yōu)的鉆井方案和鉆井調(diào)整方案;地面控制自動(dòng)化，通過(guò)智能化、信息化技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)對(duì)井下鉆井的自

動(dòng)化控制;井下操作自動(dòng)控制，主要是通過(guò)采集到的鉆井實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析結(jié)果，對(duì)井下鉆具進(jìn)行精準(zhǔn)控制。閉環(huán)鉆井技術(shù)包括井下和地面兩大操作系統(tǒng)，是當(dāng)前鉆井技術(shù)的概括性技術(shù)統(tǒng)稱，有利于實(shí)現(xiàn)鉆井技術(shù)從地面到井下、從開鉆到完鉆環(huán)環(huán)相扣的進(jìn)行。

2.3 欠平衡壓力鉆井技術(shù)

欠平衡壓力鉆井又稱為負(fù)壓鉆井，其概念已經(jīng)提出了一個(gè)世紀(jì)，但直到上個(gè)世紀(jì)80年代研制出配套的井控設(shè)備和井控技術(shù)才得以實(shí)現(xiàn)，該技術(shù)因?yàn)榫哂幸韵聝?yōu)點(diǎn)，在當(dāng)前我國(guó)油氣勘探中應(yīng)用較為普遍：能夠杜絕境內(nèi)液體深入地層，提升對(duì)地層的保護(hù)性，降低污染性;有利于發(fā)現(xiàn)低壓低滲等油氣儲(chǔ)層，減輕鉆井中井筒內(nèi)液柱壓力對(duì)巖屑的壓持效應(yīng)，提升機(jī)械鉆速，杜絕粘卡等事故;可以實(shí)現(xiàn)鉆井與油氣開采同步進(jìn)行，縮短油井鉆井的周期，使油井早見效。但是，欠平衡鉆井需要依托完善的井控設(shè)施，油氣儲(chǔ)層要求無(wú)水層存在，對(duì)油井周邊地層的井壁穩(wěn)定性要求較強(qiáng)。我國(guó)當(dāng)前油田井控設(shè)備不斷完善，應(yīng)用該技術(shù)也相應(yīng)增多，有利于早發(fā)現(xiàn)油氣儲(chǔ)層和提升采收率。

3 石油鉆井技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

3.1 提升油藏區(qū)塊勘探成功率和油氣采收率

當(dāng)前油氣勘探以提升勘探開發(fā)效益為主要目標(biāo)，致力于發(fā)現(xiàn)新的油藏區(qū)塊和提升油氣采收率，對(duì)我國(guó)而言更是如此，我國(guó)陸地油田很多都進(jìn)入開發(fā)中后期階段和高含水階段，產(chǎn)能遞減趨勢(shì)明顯。因此，必須加大鉆井技術(shù)研發(fā)投入，更加注重尋找新油藏和對(duì)現(xiàn)有油藏挖潛增產(chǎn)。比如，應(yīng)用欠平衡壓力鉆井技術(shù)、分支水平井鉆井技術(shù)、大位移井鉆井技術(shù)等，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)原有油井的重鉆和油井井網(wǎng)部署的改善，發(fā)現(xiàn)未開發(fā)的油氣儲(chǔ)層或是開發(fā)原有技術(shù)不能開發(fā)到的油氣儲(chǔ)層，使油井以最直接的方式實(shí)現(xiàn)與油氣藏的連通，以最原始的狀態(tài)打開油藏進(jìn)行開發(fā)，提升開發(fā)效益。

3.2 提升鉆井自動(dòng)化水平

在當(dāng)前隨鉆測(cè)量、地層評(píng)價(jià)、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)收集、地質(zhì)導(dǎo)向鉆井、閉環(huán)鉆井等技術(shù)應(yīng)用下，鉆井技術(shù)發(fā)生了質(zhì)變，向數(shù)字化方向轉(zhuǎn)變，通過(guò)自動(dòng)化的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠?qū)Φ貙訁?shù)、液體參數(shù)和工具運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，通過(guò)科學(xué)的模型構(gòu)建和對(duì)比，對(duì)各類數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、匯總、反饋和修正，實(shí)現(xiàn)以數(shù)字化指導(dǎo)鉆井工作，逐漸脫離人為操作和井眼控制的模式，提升鉆井科學(xué)化水平;向鉆井工具的智能化和集成化方向發(fā)展，比如FEMWD隨鉆地層評(píng)價(jià)測(cè)試系統(tǒng)、IDS集成鉆井系統(tǒng)等現(xiàn)代化智能鉆井技術(shù)，都體現(xiàn)了鉆井工具和作業(yè)流程的智能化發(fā)展趨勢(shì)。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊大鵬.石油勘探技術(shù)創(chuàng)新的思考與發(fā)展[J].化工管理，2019（13）：94-95.

[2]劉人銅，崔嘉禎.鉆井工程技術(shù)分析及提高效率的措施[J].云南化工，2019，46（02）：173-174.