国内外深井钻井技术比较分析

　[收稿日期]2007212210　[作者简介]王志刚(19712),男,1995年大学毕业,工程师,现主要从事钻井工程方面的研究工作。

国内外深井钻井技术比较分析

王志刚　(胜利石油管理局钻井工程技术公司,山东东营257064)

[摘要]通过对国内外近25年来井深超过4500m 的各种各样深井钻井技术与经济情况的调研分析,认为

美国和欧洲北海地区深井钻井技术居领先水平,我国与国际先进水平有10年以上差距。对比研究了3种

不同的深井钻井技术经济评价方法(体系)特点,初步探讨了深井钻井科技进步的纵横向变化规律及深井

钻井技术经济评价的系统科学问题。

[关键词]深井钻井;钻井设备;系统工程

[中图分类号]TE243[文献标识码]A [文章编号]167321409(2008)012N282203

1　深井钻井技术的发展历史

全世界能钻4500m 以上深井的国家有80多个,但大多数深井集中在美国。有30多个国家能钻6000m 以上的超深井,中国是其中之一,但中国第1口超深井较世界第口超深井(美国)晚了27年。欧洲北海地区深井钻井技术比较先进。苏联拥有一套适用于高纬度地区的先进深井钻井技术,创造了世界钻深12869m 的最深记录,通过技术改造可以在发展中国家应用并取得最佳效益。德国大陆科探深井(KTB )钻探技术已被我国第一口大陆科学探井所借鉴。

近年来受各种因素影响,世界年钻深井数量有所下降,但深井钻井技术发展迅速,基本满足高陡、高温、高压、高密度(高矿化度)及含H 2S 气体等复杂地质条件深钻要求。目前我国深井钻井技术水平与国外先进国家相比大约差15年(知识产权水平约差40年),因此要通过各种办法(如“科探井”和“高探井”计划)缩小差距,以适应我国国民经济持续、快速、协调发展的要求和“西气东输”、“气化中国”等工程的需要。

1966年7月28日我国钻成第1口深井———松基6井,井深4719m 。1976年4月30日我国完成第1口超深井“女基井”,井深6011m 。从第1口深井完钻至今,我国先后钻成的3口7000m 以上超深井是关基井(7175m ,1978年)、固2井(7002m ,1979年)及塔参1井(7200m )。2000年中国石油化工集团公司最深井沙82井完钻井深6346115m 。1998年中国海洋石油总公司所钻海上最深井开发井,完钻井深9238m 。

2　深井钻井设备发展与进步

深井钻井技术系统高度复杂,属于开放的复杂性系统或非线性复杂性系统,其复杂特性主要表现在“六个非”上,即非单一、非有序、非透明、非确切、非定量、非理性,思考这些问题需要运用各种综合方法。几乎所有先进适用的工程技术措施(含人工智能钻井专家系统),都在深井勘探与开发过程中得到验证、应用和发展。深井钻井技术水平从整体上反映了一个国家或一个时代的工程技术水平。

深井钻井技术装备系列化、标准化、规范化,20世纪80年代中期首次形成高峰,本世纪初将形成第二次高峰。至20世纪90年代末,深井钻机基本采用AC2SCR2DC 电驱动钻机(交流电机效率96%,直流电机效率91%,绞车减轻20%～30%,占地面积少25%～40%)和顶部驱动装置(安装顶驱占钻机总数23%以上,包括动力水龙头),井口机械化、井下自动化和整机智能化水平大幅度提高。

目前深井钻机正朝着AC2GTO2AC 电驱动和满足HSE 及TQC 综合性能要求的方向发展。美国在撒哈拉沙漠等地区使用的6000m 深井钻机代表了当今世界钻机最先进水平(符合A PI 标准),其设计制?282?长江大学学报(自然科学版)　

2008年3月第5卷第1期:理工Journal of Yangtze U niversity (N at Sci Edit)　Mar 12008,Vol 15No 11:Sci &Eng

造的大型化、撬装化、机电液气一体化程度当属第4代电驱动钻机,即全数字化电驱动钻机。苏联Бy15000型钻机是世界上最大钻机,钻深能力15000m 。德国KTB 特深井钻机是当今世界上井架最大、性能最好的钻机之一,由3家公司共同设计制造,最大钻深能力12000m ,井架高达83m ,自重1300t ,底座高12112m ,混凝土地基厚3m ,钻杆机械手高53m 、臂长5m ,司钻在中央控制室进行钻井作业。

深井钻机配套设备水平进一步提高,地面设备多元化、集成化,各种新型井下工具不断涌现。目前井控装置耐压已超过105M Pa 并耐酸蚀,且全过程计算机模拟控制。固控设备实现全封闭,由原来的四五级净化系统发展为2级净化系统,研制出了变频调速离心机。井下动力钻具由原先重视螺杆钻具和涡轮钻具,发展为螺杆、涡轮、电动钻具三者各显神通的局面,而使用串接马达和加长马达比常规马达能提高机械钻速50%。钻头设计与制造技术极为成熟且不断提高,有适合各类井下条件和地层岩性的钻头(如PDC 、TSP 、BDC 、超硬激光镀层牙轮、PCD 轴承牙轮及天然金刚石和纳米金刚石钻头等)。

深井钻井技术装备还呈现出向小型化、智能化方向发展的趋势,以满足深井全井小眼钻进(取心)和用连续油管负压钻进部分井段的要求。英国XL 技术公司正在与壳牌公司联合研制智能化的连续油管闭环钻井系统。中国深井钻井技术装备与国外先进国家相比仍有较大差距,钻机部件性能水平相差15～20年,基本处在仿造与跟踪状态,创新所占比例较小。进入20世纪90年代特别是90年代末期,我国石油钻机研发速度明显加快(与钻机更新改造直接相关),相继开发了交流变频电驱动、直流电驱动、轮式半拖挂整体移运、整体链条箱并车传动等深井钻机和4种顶部驱动装置。其中宝石厂产的Z J 50D 、Z J 70D 型电驱动钻机均采用AC2SCR2DC 驱动并有旋升式和双升式底座以适应不同油田地貌及运输条件;兰石厂产的Z J 45D 、Z J 50D 、Z J 60D 和Z J 70D 型钻机为直流电驱动型。

我国正在研制大功率交流变频电驱动、全液压驱动、车装或撬装复合驱动型深井钻机,但没有独立研制6000m ,至今还在大量进口柴油机、电缆、电传主模块、控制单元、轴承、液压泵、液压马达、控制阀、编程控制器及振动筛、钻井仪表、H 2S 检测仪、二层台逃生装置等。我国具有独立知识产权的几项先进深井钻井地面设备是:1996年通过鉴定的Z J 60DS 电驱动钻机,1997～1998年问世的第1、2代DQ60D 顶驱装置,PSZ75型液压盘式刹车和SDL9000China 综合录井仪(1999年相继通过鉴定)。我国井下工具主要专利技术:液力冲击器和加压器正在深井段试验;遥控井下可调弯外壳体螺杆钻具及遥控井下可变径稳定器已在现场试验成功,但未在深井中应用;偏轴钻具和川式改进型取心工具在“九五”科探深井中应用成功;CGDS21型地质导向钻井系统1999年启动已有突破性进展。总的来看,我国深井钻机装备性能水平比较落后,而且配套性差、国产化程度低,主要井下工具性能水平也受设计与制造因素制约。

3　深井钻井技术经济评价方法及指标

深井钻井技术经济指标随着科技进步而不断变化,近20年来变化最大,美国和欧洲北海地区领先。由于有完善的设计、先进的技术和严密的管理,美国深井钻得快、事故少、成本低、效益好。在20世纪80年代中期,美国钻1口5000m 左右深井约需90d ,钻5500m 左右深井约需110d ,钻6000m 超深井约需140d ,钻7000m 超深井约需210～300d ,井下复杂情况所占时间为5%～15%。在90年代,美国在复杂地质条件下所钻成的5口井深约7500m 超深初探井,完井周期最短的不到1年,最长的不到2年。目前,欧洲北海地区测量井深约8000m 的深井(大位移井),其钻井周期一般为90d 。深井平均单井成本美国要比世界其他地区低40%～50%。深井平均单井钻头用量由80年代初的35只下降到90年代初的22只,单只钻头平均进尺达230m ,而1992年世界各国(平均井深5099m )平均单井钻头用量和单只钻头进尺分别为26只和199m ,单井成本1129万美元,比1991年的876万美元增长29%。

苏联深井钻井速度相当慢,1989年4000m 深开发井钻井周期264d ,探井为357d ;5000m 深开发井钻井周期503d ,探井为654d ;6000m 深开发井钻井周期858d ,探井为1094d 。在平均井深相同的情况下,苏联生产井平均建井周期是美国的4倍,探井则为8倍。12869m 特深井SG23井历时14年钻达12000m ,历时17年完钻,而9000m 特深井SG21井历时6年完钻。尽管如此,苏联深井钻井技术对发展中国家来说,仍不失为比较先进适用的技术。

横向比较我国深钻技术经济指标也大大落后于上述国家与地区,而纵向上,20世纪80年代以前约?382?第5卷第1期:理工王志刚:国内外深井钻井技术比较分析　

15年我国主要学习苏联模式,技术进步缓慢,4000～5000m 深井建井周期达456d 以上,单井钻头用量达80多只;5000～6000m 深井建井周期达1000d 以上,单井钻头用量在110只以上;6000m 深井(女基井完钻井深6011m )建井周期达1695d 、单井钻头用量达576只。但最近20年我国深井钻井领域大量引进国外先进技术装备并借鉴美国模式,发展势头稳健而又全面、迅速而有节奏,正朝着科学化方向进步,既有高新技术引进更有本土化技术支撑,因而深钻井总数超过千口,技术进步明显。

我国在深井钻井成本方面,20世纪80年代前缺少统计数据,从1974年完钻的创全国最深、最长裸眼、最低成本记录的“渭深10井”的数据看,全井总成本165万元,单位进尺综合成本316元。而90年代我国钻井成本比80年代上升2倍多(年增长8%以上),复杂地质条件下5000m 深探井成本达3500万元以上,6000m 超深探井成本达5000万元以上,7000m 超深探井成本达7000万元以上(以上均不含相关攻关研究及技术引进费用)。

由于评价深井钻井技术经济指标的体系不同,很难对上述数据进行系统的客观分析和全面合理的对比研究。目前,国内外倾向于采用“单项技术经济指标比较法”,也有用“单项技术水平比较法”说明国家或地区深井钻井科技发展情况的报道。国内最近提出“石油钻井科技进步贡献率”指标,在一定程度上结合了上述2法的优点,从而为科学地评价深井技术整体水平提供了理论依据,在实际应用中还有待完善(比如缺少技术成功概率和利用能力因素)。印尼海上气田优化钻井中应用“成批钻井概念”取得成功,其实质也是上述2法有机结合的结果,值得重视和借鉴。

4　结 论

1)深井钻井技术经济指标随着科技进步而不断变化,近20年来变化最大,美国和欧洲北海地区领先。我国深钻历史和规模还无法与美苏及欧洲北海地区相比,因此深钻技术经济指标大大落后于上述国家与地区。

2)最近20年我国深井钻井领域大量引进国外先进技术装备和借鉴美国模式,发展势头良好,正朝着科学化方向进步,既有高新(先进)技术引进更有本土化(适用)技术支撑,因而深钻井总数超过千口,技术进步明显。

3)国内最近提出的“石油钻井科技进步贡献率”指标为科学地评价深井技术整体水平提供了理论依据,还有待在实际应用中完善(比如缺少技术成功概率和利用能力因素)。

[编辑]　易国华

?482?　长江大学学报(自然科学版)2008年3月

聚焦深井超深井钻井技术

聚焦深井超深井钻井技术 超深井钻探的实施从某种意义上说反映了一个国家最前沿的科技发展水平，也体现了一个国家的综合国力。由钻井院承担的国家863项目超深井钻井技术经过四年的攻关终于划上了一个圆满的句号,并通过了有关部委的审核。在石油工程领域,何为深井、超深井？目前国内国际深井、超深井施工的技术现状如何？超深井钻井工程的主要工作目标是什么？超深井钻井工程的主要技术难点有哪些……带着这些疑问，近日记者采访了国家863项目超深井钻井技术攻关小组成员之一、钻井院工艺所副所长、高级工程师唐洪林,并请他对这些问题进行了解答。 记者：何为深井、超深井？ 唐洪林：按照国际通用概念，井深超过4500米的井称为深井，井深超过6000米的井为超深井，超过9000米的井为特深井。目前世界上深井钻探工作量最大的是美国，迄今为止累计工作量占全球的85%。1984年，原苏联在科拉半岛的波罗地盾结晶岩中钻成世界上第一口12260米特深井SG-3井(1991年第二次侧钻至终深12869米)。专家们在认真考察当今技术水平的基础上，认为利用目前最先进的技术已具备钻达15000米深度的能力，美国已在着手制定这方面的深井钻井计划。 记者：目前国内国际深井、超深井施工的技术现状如何？ 唐洪林：在国外，在目前常规的技术条件下，施工一口井深为5000米- 6000米的井钻井技术已经成熟。有关的统计表明，目前世界上可以施工4500米以上的深井有80多个国家，其中以美国的施工技术最先进，全世界钻成的6口特深井，美国占3口，原苏联2口，德国1口。从钻井水平和工作量看，美国和前苏联仍居前列，近年来世界上的深井作业量多集中于欧洲的北海。最近几年，由于高新技术在深井钻井作业中的运用数量越来越多，使得深井钻井工程成为又一个高新技术密集区。 国内自1966年大庆钻成中国第一口深井—松基6井(完钻井深4719米)开始，中国深井钻井已经历了35年的历史，主要深井和全部超深井均分布于四川和新疆。在1978 -1998年的时间内，中国先后完成3口7000米超深井。根据有关资料的综合分析，可将1994年作为一个分界点，在此之前，国内钻井技术人员在复杂地质条件下还不能完全掌握或运用深探井科学施工规律，只能用“科学探索”办法解决复杂深探井(特别是新区第一口探井)施工的基本问题，更谈不上用“高新技术”或“先进适用技术”提高钻速、减少钻头用量、缩短周期、降低成本等解决复杂问题。继“五口科学探索井”在塔里木盆地成功实施以后，该

深井钻井技术工艺探讨

深井钻井技术工艺探讨 深井钻井技术工艺探讨 摘要：钻井过程中，常会受地层的影响遇到一些深井。此类井由于深度特别深，井下地质状况不甚明晰，往往由于相关预告不准确导致钻井出现许多情况，从而影响钻井的速度和效率。而探讨这些因素，进行深入分析，并提出相关解决策略是摆在相关工作者面前的一项重大课题。本文结合笔者经验就深井钻井来讲，如何提升钻井技术工艺谈几点看法。 关键词：深井钻井技术工艺策略 在钻井过程中，常常会受地层的影响遇到一些深井。此类井由于深度特别深，井下地质状况不甚明晰，往往由于相关预告不准确导致钻井出现许多情况，从而影响钻井的速度和效率。而探讨这些因素，进行深入分析，并提出相关解决策略是摆在相关工作者面前的一项重大课题。本文结合笔者经验就深井钻井来讲，如何提升钻井技术工艺谈几点看法。 一、深井钻井所存在的问题分析 深井钻井要穿过多套地层，这些地层跨越的地质时代较多、变化较大，相应的地质条件错综复杂，同一井段可能包括压力梯度相差较大的地层压力体系和复杂地层等，施工时一口井中需要预防和处理几种不同性质的井下复杂情况。再加上深部地层高温、高压、高地层应力等，会使井下复杂的严重程度和处理复杂的难度大大加剧。就目前我国的钻井技术水平来说，钻深井存在的技术问题主要以下几个方面： 钻井的主要装备性能差、比较陈旧，和国外的先进装备相比落后的太远了。上部大尺寸井眼和深部井段提高钻井速度是一大难题。多层套管时，深部井段小井眼的钻井速度问题。减小技术套管磨损和破裂后处理问题。防斜打直技术。深井固井质量问题。井漏、井涌、井塌、缩径等复杂情况的预防和处理。深井定向井、水平井钻井技术。深井钻井液现有体系中的包被剂抗温问题、高温稳定剂的复配问题、

井筒钻井新技术介绍

钻井新技术介绍 交流材料 编写人：刘修善刘月军 华北石油管理局钻井工艺研究院 2001年11月

目录 一、水平井钻井技术·····························································································２ 二、分支井钻井技术·····························································································５ 三、大位移井钻井技术···························································································８ 四、地质导向钻井技术······················································································１１ 五、深井超深井钻井技术 ··················································································１４ 六、欠平衡钻井技术··························································································１８ 七、小井眼钻井技术··························································································２１ 八、连续油管钻井技术······················································································２４

石油钻井新技术研究毕业论文

石油钻井新技术研究毕 业论文 Document serial number【KK89K-LLS98YT-SS8CB-SSUT-SST108】

中国石油大学（华东）现代远程教育毕业设计（论文） 题目：石油钻井新技术研究 年级专业层次：2013秋中原油田钻井技术高起专培训班学生姓名：xxx学号：000000 中国石油大学应用技术学院 论文完成时间：2015年3月1日

石油行业日益发展的今天，需要越来越多的专业人才来提升行业水平。并且石油工业现在是现代行业的重中之重，钻井技术以及采油方法成为了发展这个行业的关键，固井和完井技术的先进则决定着油水井的增产、增注。石油钻井是一项复杂的技艺工程，需要诸多方面的工种协调密切配合才能使钻井顺利完成。钻井主要的工种有钻井、内燃机、石油泥浆。这是紧密联系的三兄弟。有人形象比喻说：“石油内燃机犹如人的心脏、钻井液（泥浆）犹如人的血液、石油钻井犹如人的骨骼。”我认为这种比喻有一定的道理。石油钻井就是由这三种主要的工种组成的一个完整的钻井体系。钻井技术不断发展，对钻井液要求越来越高。本文从套管钻井新技术、连续油管钻井新技术等几方面对现今钻井新技术进行阐述分析。 关键词：钻井；石油钻井；钻井新技术；套管钻井；水基钻井液；无渗透钻井液

2.1.2山前高陡构造和逆掩覆体防斜问题 (2) 2.1.3钻头选型和钻井效率问题 (2) 2.1.4井漏问题 (2) 2.1.5井壁稳定和井深结构问题 (3) 2.1.6固井问题 (3) 2.1.7深井钻进中套管严重磨损问题 (3) 2.2重点研究方向 (3) 2.2.1提高钻前压力预测精度 (3) 2.2.2高陡构造防斜打快 (3) 2.2.3防漏堵漏技术 (3) 2.2.4特殊工艺井技术 (4) 2.2.5小井眼钻井配套技术 (4) 3.1.2套管钻井的优点 (5) 3.1.3套管钻井的范围 (6) 3.1.4套管钻井的准备条件 (6) 3.1.5套管钻井的参数设置 (6) 3.2水基钻井液新技术 (7) 3.2.1无渗透钻井新技术 (7) 3.2.2水基成膜钻井液技术 (7) 3.2.3纳米处理剂基础上的钻井技术 (8) 3.3应用钻井新技术控制污染 (9) 3.3.1小井眼钻井工艺 (9) 3.3.2多功能钻井液技术 (9) 3.3.3分支井钻井技术 (9) 3.3.4应用新型钻井液体及添加剂 (9)

深井超深井钻井技术

深井超深井钻井技术 第一节概述 (1) 第二节地层孔隙压力评估技术 (2) 第三节井身结构及套管柱优化设计 (4) 第四节防斜打快理论和技术 (9) 第五节地层抗钻特性评价与钻头选型技术 (14) 第六节井壁稳定技术 (18) 第七节钻井液技术 (23) 第八节固井技术 (27) 第九节深井测试和录井技术 (31)

第一节概述 对于油气井而言，深井是指完钻井深为4500～6000米的井；超深井是指完钻井深为6000米以上的井。深井、超深井钻井技术，是勘探和开发深部油气等资源的必不可少的关键技术。在我国，深井、超深井比较集中的陆上地区包括塔里木、准噶尔、四川等盆地。实践证明，由于地质情况复杂（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，有些地层也存在高温高压效应），我国在这些地区（或其它类似地区）的深井、超深井钻井工程遇到许多困难，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。 在“八五”末期，虽然我国在3000m以内的油气井钻井方面已接近国际80年代末的技术水平，但当井深超过4000m时，我国的钻井技术与国外先进水平相比仍有较大差距。美国5000m左右的油气井钻井周期约为90天，5500m左右约为110天，6000m左右约为140天，6500~7000m约为5~7月。然而，我国深井平均钻井周期约为210天左右，特别是在对付复杂深井超深井工程方面的钻井能力和水平比较低，没有形成一整套与之相适应的深井超深井钻井技术。 为了尽快适应我国西部深层油气资源勘探开发工程的迫切需要，在“八五”初步研究的基础上，中国石油天然气集团公司将“复杂地层条件下深井超深井钻井技术研究”列为“九五”重大科技工程项目之一（项目编号：960024），调动全国的优势科研力量开展大规模攻关研究，试图使塔里木、准葛尔、四川等盆地的深井超深井钻井技术水平有较大提高，基本满足这些地区深部油气资源高效钻探与开采的技术需求。通过五年多的持续攻关研究，该项目攻关集团攻克了不同地质条件下深井超深井钻井技术的许多难题，有力地推动了我国复杂地质条件下深井超深井钻井技术的发展，取得了丰硕的理论和技术研究成果（2002年通过专家验收评价），可概括如下： 1．项目共完成深井超深井91口，其中，由塔里木攻关集团完成一口国内最深的超深井（塔参1井），完钻井深7200米，完成6000米以上的超深井6口，4500-6000米的深井85口。各攻关集团完成的深井超深井数量分别为：塔里木攻关集团26口，准葛尔攻关集团45口，四川攻关集团12口，塔西南攻关集团3

深井_超深井钻井提速技术难点及对策分析_汤卫华

化学工程与装备 2015年 第2期 96 Chemical Engineering & Equipment 2015年2月 深井、超深井钻井提速技术难点及对策分析 汤卫华 （中石化中原石油工程公司塔里木分公司，新疆 库尔勒 841000） 摘 要：据目前来看，深井、超深井的钻井的钻速持续偏低成为机械运转所面对的一大问题所在，这一问题对开采深部的油气能源造成了极大的障碍。本文首要一点便是从高温直螺杆、涡轮钻具以及旋冲工具等可以提升钻速等工具的使用上进行了使用规律上的研讨，且阐明了在我国的油田中的使用成效如何。此外还对于机械钻速紧密相连的提速技术等的提速机理及使用成效做出相关讨论。 关键词：深井；机械钻速；高温直螺杆工具；钻头优化 随着浅层油气能源的渐近匮乏,国内石油和天然气的勘探形式的标准正逐步由浅层转换向深层的发展，以深井和超深井的方式而存在。而深层地下的油气能源开采的潜能巨大，这种地方多存在于我国的盆地地区。但尽管如此，经实践证明，深层地下若想得以进行开采，面临的主要问题便是深井、超深井钻井提速技术方面的困难，只有提升深井和超深井机械的钻速，才能够加大开采力度、将盆地石油和天然气的开采出来。因此，本文便从深井、超深井机械技术的钻速所面对的困难开始分析，并提出提升技术所采取的主要措施，以使得油田、天然气能源的资源更加丰富。 1 深井钻井提速的难点剖析 1.1 深层地下的岩石质层的钻性较差 伴随着井的深度不断增大，深层地下的岩石所承压的阻力逐步增加，并且致其岩石的缝隙和整体构架产生变化，导致变形，导致其深度平均延伸一千米，岩石的硬度密度、抗挤压的强度以及磨损度翻倍的增长，继而使得岩石的凝固密度更大，联结更加紧密，凿钻度变得越来越差，可钻度也越来越低。图一便为新疆某区块不同井深条件下细砂岩的岩石力学性质的数据分析，据图一可以得出：此地区的石炭系砂岩抗压强度高达221MPa，极大的超出了通常性质的PDC 钻头钻性极点124MPa 的数值。且因这井的深度不断增大，此地区的细砂岩的硬度密度、抗挤压的强度以及磨损度都在不断增长，继而使得岩石的凝结密度更大，联结更加紧密，钻性即变得越来越差。 1.2 深层地下的井内的恒定温度略高 API 的数据表明，正常的温度应为2.7340C/100m。假想若地表温度为200C，则井内的稳定温度则为20+2.734x 井深的长度。若井的深度超出了井5000m 后，则井下的稳定温度则已达到了国际上所规定的高温标准范围(国际标准为1500C)。这将给井下的机械钻速带来很大的困难，同时会造成不小的损失，原因在于，若井下温度过于高，则橡胶材质的工具零件则会经过高温而快速老化，从而造成脱落并失去 了原本效果，从而使得井底的堵塞状况越来越严重，碎屑的长期堆积，从而降低了机械的钻速效果。 1.3 钻头加压带来的难处 在对深井进行凿钻的进程中，往往会随同井深的不断加大，而造成钻柱扭曲的状况发生，这种情况下会致其钻井倾斜的效果，并使得钻压的传递性越来越差，加大了施工的难度，极大降低了传统的钻井方式，破岩的效率大大降低。此外，为了防御钻井倾斜的情况发生，通常会采用保守的轻压

905-3001--大直径反井钻井新技术及装备

2015年度国家技术发明奖推荐项目公示材料 一、项目名称 大直径反井钻井新技术及装备 二、推荐单位 中国煤炭工业协会 三、项目简介 反井是指地下采矿连接不同水平巷道的暗竖井，是重要的井巷工程，一般采用由下向上的施工方法，反井是施工难度最大、风险最高工程，以往反井钻机只能钻凿直径较小的溜渣孔，解决溜渣孔施工的安全问题，但爆破刷大的安全问题依然存在。近年来反井概念有了很大拓展，泛指煤矿、金属、非金属采矿具有下部巷道通向地面的井筒，以及包括军事等其他地下工程中井筒。这些工程施工都需要工人在井筒内复杂条件下进行钻爆作业，塌方、涌水、瓦斯、设备等经常造成伤亡事故，每年井筒掘进消耗炸药约5.5万吨，向大气中排有毒气体550万m3及大量粉尘。因此，需要研究安全、排放少的新技术及装备，本项目提出反井钻机一次钻成大直径井筒新工艺，钻孔直径从1.5m到5.0m，岩性从以沉积岩为主的煤矿软岩地层（普氏系数f<8），到水电、交通的火成岩以及铁矿的高强度变质岩（f>25），需要提高机械破岩效率和寿命；钻孔深度从100m到600m，钻孔偏斜控制需要从现在1.0%降低到0.5%；从垂直孔到抽水蓄能电站大倾角斜井（50°）的钻井工艺，以及大直径钻孔带来的井帮稳定控制安全等问题，解决了从反井“钻孔”到“钻井”的技术难

题。本项成果是科技部科研院所专项研究开发资金项目、北京市重大科技成果转化落地培育项目、发改委煤矿深井建设技术国家工程试验室建设及多项煤炭、水电研究项目成果的创新与集成。 项目取得多项创新成果：1、创造性提出了反井钻机钻凿大直径井筒新技术，研制出一次钻孔直径达到5m，钻进深度600m的大直径系列反井钻机；2、突破了反井镶齿滚刀破碎坚硬岩石刀具寿命低磨损快的技术瓶颈，使反井钻井能够适应不同类型地下工程所遇到的各类岩石； 3、形成了多种反井钻井工艺，创新反井钻井偏斜控制，大直径井帮稳定控制、反井钻井安全控制技术和理论； 4、研发出新型钻具结构形式，新型锯齿形螺纹解决了传递大扭矩、大拉力钻杆可靠联接问题，组装式大直径扩孔钻头解决井下运输和组装及稳定运行难题； 5、首次采用反井钻井法钻成直径5.3m，深度近500m的煤矿井筒工程，一次钻进破岩面积达到23.7m2，在水电站f系数达到20的岩石中，一次钻成直径3.5m 多种用途的井筒工程。形成了新的机械破岩钻井凿井新工艺。 项目申报发明专利12项（授权8项，受理4项），授权实用新型专利6项，建立行业标准3项，发表学术论文200多篇，其成果作为煤炭协会重点推广项目，在煤炭建设、生产得到全面应用，在冶金、黄金、核矿、非金属等地下矿山开发，水电、抽水蓄能电站、公路、铁路隧道等领域广泛应用，并在我国承担的国外煤炭、水电、冶金建设项目中发挥巨大作用，经济效益社会效益显著。 经专家鉴定，5m大直径井筒反井施工技术达到国际领先水平，实现反井施工人员不下井，无有害物质排放，符合煤炭、能源科技发展规划，

国内外深井钻井技术比较分析

[收稿日期]2007212210　[作者简介]王志刚(19712),男,1995年大学毕业,工程师,现主要从事钻井工程方面的研究工作。 国内外深井钻井技术比较分析 王志刚　(胜利石油管理局钻井工程技术公司,山东东营257064) [摘要]通过对国内外近25年来井深超过4500m 的各种各样深井钻井技术与经济情况的调研分析,认为 美国和欧洲北海地区深井钻井技术居领先水平,我国与国际先进水平有10年以上差距。对比研究了3种 不同的深井钻井技术经济评价方法(体系)特点,初步探讨了深井钻井科技进步的纵横向变化规律及深井 钻井技术经济评价的系统科学问题。 [关键词]深井钻井;钻井设备;系统工程 [中图分类号]TE243[文献标识码]A [文章编号]167321409(2008)012N282203 1　深井钻井技术的发展历史 全世界能钻4500m 以上深井的国家有80多个,但大多数深井集中在美国。有30多个国家能钻6000m 以上的超深井,中国是其中之一,但中国第1口超深井较世界第口超深井(美国)晚了27年。欧洲北海地区深井钻井技术比较先进。苏联拥有一套适用于高纬度地区的先进深井钻井技术,创造了世界钻深12869m 的最深记录,通过技术改造可以在发展中国家应用并取得最佳效益。德国大陆科探深井(KTB )钻探技术已被我国第一口大陆科学探井所借鉴。 近年来受各种因素影响,世界年钻深井数量有所下降,但深井钻井技术发展迅速,基本满足高陡、高温、高压、高密度(高矿化度)及含H 2S 气体等复杂地质条件深钻要求。目前我国深井钻井技术水平与国外先进国家相比大约差15年(知识产权水平约差40年),因此要通过各种办法(如“科探井”和“高探井”计划)缩小差距,以适应我国国民经济持续、快速、协调发展的要求和“西气东输”、“气化中国”等工程的需要。 1966年7月28日我国钻成第1口深井———松基6井,井深4719m 。1976年4月30日我国完成第1口超深井“女基井”,井深6011m 。从第1口深井完钻至今,我国先后钻成的3口7000m 以上超深井是关基井(7175m ,1978年)、固2井(7002m ,1979年)及塔参1井(7200m )。2000年中国石油化工集团公司最深井沙82井完钻井深6346115m 。1998年中国海洋石油总公司所钻海上最深井开发井,完钻井深9238m 。 2　深井钻井设备发展与进步 深井钻井技术系统高度复杂,属于开放的复杂性系统或非线性复杂性系统,其复杂特性主要表现在“六个非”上,即非单一、非有序、非透明、非确切、非定量、非理性,思考这些问题需要运用各种综合方法。几乎所有先进适用的工程技术措施(含人工智能钻井专家系统),都在深井勘探与开发过程中得到验证、应用和发展。深井钻井技术水平从整体上反映了一个国家或一个时代的工程技术水平。 深井钻井技术装备系列化、标准化、规范化,20世纪80年代中期首次形成高峰,本世纪初将形成第二次高峰。至20世纪90年代末,深井钻机基本采用AC2SCR2DC 电驱动钻机(交流电机效率96%,直流电机效率91%,绞车减轻20%～30%,占地面积少25%～40%)和顶部驱动装置(安装顶驱占钻机总数23%以上,包括动力水龙头),井口机械化、井下自动化和整机智能化水平大幅度提高。 目前深井钻机正朝着AC2GTO2AC 电驱动和满足HSE 及TQC 综合性能要求的方向发展。美国在撒哈拉沙漠等地区使用的6000m 深井钻机代表了当今世界钻机最先进水平(符合A PI 标准),其设计制?282?长江大学学报(自然科学版)　 2008年3月第5卷第1期:理工Journal of Yangtze U niversity (N at Sci Edit)　Mar 12008,Vol 15No 11:Sci &Eng

深井超高温钻井液技术综述

129 按照国际通用概念，井深超过4500m （15000f t ）的井称为深井，井深超过6000m （20000ft）的井为超深井，超过9000m（30000ft）的井为特深井。深井和超深井的钻井液技术一直被认为是钻井技术水平好坏的重要标志。 井底高温是限制钻探深度的决定性因素之一。井下高温所带来的直接问题之一是钻井液的稳定性受到严峻挑战，当温度低于250℃时，现有的抗高温处理剂可以直接用于水基钻井液中，温度达到300℃时，可以使用热稳定性更高的油基钻井液，而当温度高于350℃时，保持钻井液的热稳定性将变得非常困难。而且世界各地几乎都存在深度仅为几百或几千米而地温高达几百摄氏度的高温地带，例如我国著名的羊八井、日本的葛根田地热区、美国的Cinitations地区所钻的深度小于4000m的地热井，井下温度均超过了350℃。 1　深水超高温钻井液技术难点 钻超深井使用的钻井液必须具有的特点是：高温稳定性，良好的润滑性和剪切稀释特性，固相含量低，高压失水量低，抗各种可溶性盐类和酸性气体的污染，有利于处理、配置、维护和减轻地层污染。温度对水基钻井液的影响非常大，超过150℃ 时大多数聚合物处理剂易分解或降解，或出现高温交联现象，引起增稠、胶凝、固化成型或减稠等流变性恶化，造成钻井液体系不稳定。对于深井超高温钻井液体系主要存在以下技术难点：钻井液用处理剂高温高压失效问题；钻井液高温流变性的控制问题；高温滤失造壁性的控制问题；抗高温钻井液的护胶问题；高温高压条件下，深井、超深井段易破碎地层的防漏堵漏工艺和材料选择问题；超深井的高压将使钻井液高温流变性的控制更加困难，除了更易于增稠外，还存在加重剂的悬浮、沉降稳定性问题；高温高压条件下钻井液的润滑性问题；高密度的钻井液的维护问题。 2　国外深井钻井液技术发展现状 国外深井超高温钻井液技术研究起步较早，且研究系统、全面，如测试仪器的研制和评价方法的建立、井壁稳定机理的模拟研究、抗高温钻井液材料的选择和研制、钻井液高温高压流变特性研究等，并形成了几种深井超高温钻井液体系： 2.1　石灰基钻井液体系 美国阿莫科公司针对深井研制了石灰基钻井液体系，解决了常规的石灰基钻井液（尤其是高密度钻井液）在高温高压下易发生胶凝，甚至固化的问 深井超高温钻井液技术综述 王永生 （大庆钻探工程公司钻井工程服务公司，吉林 松原 138000） 摘要： 文章根据国内外已完成深井、超深井的资料，分析了深井超高温钻井过程中的钻井液主要技术难点，并对国外深井、超深井钻井液技术现状进行了调研，提出了深井超高温钻井液技术方案及处理维护措施。关键词： 深井；超深井；超高温；钻井液中图分类号： TE254 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2012）32-0129-03 2012年第32/35期（总第239/242期）NO.32/35.2012 （CumulativetyNO.239/242） 地质矿产 G eology Resources and Mines

浅析冀东油田深井钻井技术

浅析冀东油田深井钻井技术 石油钻井受众多因素影响，特别是深井钻井因为钻进深度较大、地层信息不明确，往往会由于各种因素影响造成井下复杂状况增多，影响钻井速度和效益，本文结合深井钻井技术实施中存在的问题，对钻井技术措施进行了探究。 标签：深井钻井；技术难点；技术措施 冀东油田油气资源勘探开发中，应用了较多深井进行采油作业，因深井钻井储层埋深加大、地质因素不明确、部分岩层硬度较大、温度和压力变化大以及井壁易坍塌等原因，造成钻井中存在一定困难。特别是多套层系共生、储层和盖层交错复杂以及广泛分布软泥层和盐膏层等特点，造成钻井技术实施存在较多难点。因此，有必要结合深井钻井困难和钻井技术实施中的难点，采取有针对性的措施进行深井钻井。 1 深井钻井技术实施难点 结合冀东油田地质条件，深井钻井技术实施中需要钻穿多套年代和性质存在较大差异的地层，一口油井钻井中不同深度压力也存在较大差异，同一口油井不同深度地层钻井需要分段采取不同技术手段应对不同的地质条件和各类复杂状况，同时地层深度较大后存在压力、温度、地层应力较高等问题，加剧了井下复杂状况发生的概率，特别是多套压力系统的存在，造成漏失和井喷威胁同时存在。就钻井技术实施而言，钻井技术装备与国际先进深井钻井存在一定差距，浅层地层的大尺寸井眼钻进和深层钻速提升存在一定困难；同一油井钻进中需要配套多层套管，深层地层小井眼钻速提升存在困难；有针对性的套损和防斜打直技术实施需求较大；深层地层钻井中地层漏失、喷涌、坍塌和缩径等问题同时存在，钻井液配制中需要同步考虑包被剂抗温、高温稳定剂等多种试剂和复配问题，同时还要考虑钻井液流变稳定性和环保问题；钻进地层较多后存在部分高陡构造，易加大钻井质量控制难度。 2 冀东油田深井钻井技术措施 2.1 井身设计优化 油井井身会对钻井效率、效益和安全性产生重要影响，要结合区块地质开发资料和邻井开发情况，以及三压力剖面和地层特点等进行井身轨迹优化设计。一般在确保完井尺寸的情况下尽量减小井眼尺寸，确保浅地层大尺寸钻进速度，同时还要满足套管下入、优快钻井和完井质量要求。比如在濮深某油井沙三段地层钻进中，深度3700-4000m地层承压性较低，破压当量密度仅为1.6kg/L，在井身设计时充分考虑该因素，在上层地层钻井中应用Ф244.5mm的套管对地层进行封隔，虽然增加了施工成本，但避免了下部地层钻进中上部地层的漏失、坍塌等危害，确保了优快钻井。

【钻井工程】国内外深井、超深井井下工具简介

国内外深井、超深井井下工具简介 按照我们国家对深井、超深井的界定，深井是指井深大于4500m 的井，超深井是指井深6000m以上的井。迄今，世界上最深的井为前苏联的SC-3井，井深12869m。目前，美国深井、超深井的钻井水平大致为：5000m的井完井周期3个月，6000m的井完井周期6个月，7000m的井完井周期12个月。 深井、超深井对钻井的方方面面都是一个极为严峻的挑战，其关键技术包括：先进的地震技术以及对地震资料的准确判读与分析；对邻井钻井资料的全面采集、处理和利用；功率、功能强大且易于控制的钻机设备；先进的数据采集、分析系统和先进的用于不同目的的井下工具；科学合理的钻井设计；成熟的钻井工艺技术；高温高压泥浆体系；科学、强化的生产技术管理等。 随着世界范围内深井、超深井钻井数量与钻井难度的逐年递增，国内外各大石油公司近几年先后开发研制出了用于深井、超深井防斜打直、提高钻速、井眼轨迹和井下参数测量与控制、井眼扩大规整、刚体膨胀管补救、深井扩孔等先进的井下工具，现一一简单介绍如下： 1、井下动力钻具---用于提高机械钻速 ●国产螺杆钻具耐温低，仅能用于上部井段； 1

●BakerHughes INTEQ的高速螺杆钻具采用新的橡胶定子制 造工艺，耐温190℃，且转速与排量成正比，输出功率是涡轮钻具的两倍多； ●俄罗斯的带齿轮减速箱新型涡轮钻具耐温可达250℃∽ 300℃； ●美国Manurer公司为钻高温地热井研制的齿轮减速涡轮钻 具成功钻成了温度高达316℃的地热井； 2、旋冲钻井工具---用于提高机械钻速 ●国内：厂家众多，成熟较少，究其原因，主要有三：一是寿命 短，二是无匹配之钻头，三是无深部极硬之地层，故效果不明显。现场应用最好当属江苏东海的科钻1井，但该井具以下特点：连续取心，工具一次下井工作时间短；钻头为孕镶式天然金刚石取心钻头，抗冲击能力强；地层为非沉质岩地层，硬度高、可钻性差、研磨性强，故应用效果明显； ●国外有适合于地层、同时也适合于工具的专用钻头，如图1。 1

超深井钻井技术研究及工业化应用

超深井钻井技术研究及工业化应用 摘要自改革开放以来，我国的社会经济保持着高速发展，经济体量不断壮大，已经成为世界第二大经济体，而随着经济的发展，科学技术水平也在不断提高，其中超深井钻井技术也取得了长足进步。石油是经济发展和社会发展过程中不可或缺的资源，而为了人类的进步和发展，石油勘探技术也在不断提高，越来越多的钻井、越钻越深的钻井、从陆地转向海洋的钻井，这些都见证着我国钻井技术的发展历程。本文主要分析和探讨了超深井钻井技术的研究和工业化的应用。 关键词超深井钻井；技术研究；工业化应用 近些年來，随着石油资源的不断开采和消耗，深层找油也变得也来越多，超深井钻井技术的应用日益变多，但超深井开采会遇到多方面的问题，包括深高温高压、层岩性等因素，这些问题会对钻具、钻速、井斜等产生直接影响，进而造成事故发生。 1 超深井钻井遇到的各类问题 随着经济的快速发展和对石油资源的更大需求，我国油气资源勘探开发的步伐不断加快，开始向更深层次进发，特别是在塔里木盆地、四川盆地等地方的超深层油气勘探，使得对超深井钻井技术提出了迫切的需求和更高的要求。但是因为超深井钻井工程通常所处的地质环境都比较复杂，所以钻井会遇到各种问题，有些甚至是世界级难题，给我国油气资源的开采带来了巨大挑战，主要包括以下几个方面。 1.1 地质条件比较复杂 通常油气资源丰富的西北地区，地层时代都比较古老、构造活动期次频繁、演化程度也很高，很多地区还存在厚砾石层、陆相地层胶结致密等现象，地层压力系数超过2.4。同时地层埋藏深、地层比较坚硬、岩石强度较高、可钻性比较差、研磨性较强、机械钻速相对低[1]。 1.2 井身结构设计困难 因为西北以及川东北地区由纵向上分布的压力系统很多，同时由于破碎带、低承压层等方面的影响，所以造成了井身结构设计和优化的难度较大；超深井因为上部套管尺寸很大、下深相对较深，所以经常会出现抗内压和套管抗挤强度达不到标准。 1.3 气候条件造成困扰 因为工程所处地区的原因，往往会引发高温状况下，钻井液黏土出现分散、

钻井新技术及发展方向分析

钻井新技术及发展方向分析 1 钻井技术新进展 1.1石油钻机 钻机是实现钻井目的最直接的装备,也直接关系到钻井技术进步。近年来,国外石油钻机能力不断增强,自动化配套进一步完善,使钻机具备更健康、安全、环保的功能,并朝着不断满足石油工程需要的方向发展。主要进展有: (1) 采用模块化结构设计,套装式井架,减少钻机的占地面积,提高钻机移运性能,降低搬家安装费用。 (2) 高性能的“机、电、液”一体化技术促进石油钻机的功能进一步完善。 (3) 采用套管和钻杆自动传送、自动排放、铁钻工和自动送钻等自动化工具,提高钻机的智能化水平,为提高劳动生产率创造条件。 1.2随钻测量技术 1.2.1随钻测量与随钻测井技术 21 世纪以来, 随钻测量(MWD) 和随钻测井(LWD) 技术处于强势发展之中,系列不断完善,其测量参数已逐步增加到近20种钻井工程和地层参数,仪器距离钻头越来越近。与前几年的技术相比,目前,近钻头传感器离钻头只有0.5～2 m 的距离,可靠性高,稳定性强,可更好地评价油、气、水层,实时提供决策信息,有助于避免井下复杂情况的发生,引导井眼沿着最佳轨迹穿过油气层。由于该技术的市场价值大,世界范

围内有几十家公司参与市场竞争,其中斯伦贝谢、哈里伯顿和贝克休斯3 家公司处于领先地位。 1.2.2电磁波传输式随钻测量技术 为适应气体钻井、泡沫钻井和控压钻井等新技术快速发展的需要,电磁波传输MWD(elect romagnetic MWD tool s ,EM MWD) 技术研究与应用已有很大进展,测量深度已经达到41420 km。 1.2.3随钻井底环空压力测量技术 为适应欠平衡钻井监测井筒与储层之间负压差的需要,哈里伯顿、斯伦贝谢和威德福等公司研制出了随钻井底环空压力测量仪（annular pressure measurement while drilling，APWD) ,在钻井过程中可以实时测量井底环空压力,通过MWD 或EMMWD 实时将数据传送到地面,指导欠平衡钻井作业。 1.2.4 随钻陀螺测试技术 美国科学钻井公司将航天精确陀螺定向仪封装在MWD 仪器中研制出随钻陀螺测试仪( gyro measurement-while-drilling ,gMWD) ,截至2007 年底,gMWD 已经在美国的多分支井中成功应用数百口井,特别是在需要精确定向或对接井中起到了关键作用。 1.2.5 井下随钻诊断系统 美国研究人员开发出了井下随钻诊系统(diagnostics-whiledrilling，DWD)包括井下温度、压力、钻头钻压、钻头扭矩、井斜方位和地层参数等各种参数测量仪器,高速实时数据传输系统及其相关的仪器,地面

复合冲击破岩钻井新技术

复合冲击破岩钻井新技术 摘　要：针对传统旋冲钻井和扭冲钻井在钻头的匹配性及地层的适应性方面存在的局限性，结合高效钻井技术发展趋势，提出了复合冲击破岩钻井新技术，并开发了可实现扭向反转冲击联合轴向脉动冲击的新型复合冲击 钻具。该钻具可将流体的液压能转换成工具扭向和轴向交替的高频冲击机械能并直接传递给钻头，给钻头施加周 期性的低幅高频复合式冲击，在不需要改变任何设备的前提下提高破岩效率。在介绍复合冲击破岩钻井新技术破 岩原理的基础上，详细介绍了复合冲击钻具的结构和工作原理、影响破岩效率的关键参数等。新型复合冲击破岩 钻井新技术，可真正实现“立体破岩”，从而提高机械钻速和井身质量。 Ｎｅｗ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｗｉｔｈ　Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　Ｐｅｒｃｕｓｓｉｏｎ　Ｄｒｉｌｌｉｎｇ　ａｎｄ　Ｒｏｃｋ　ＢｒｅａｋｉｎｇＬＩＵ　Ｇｏｎｇｈｕｉ　１，２，ＬＩ　Ｙｕｍｅｉ　１，ＬＩ　Ｊｕｎ１，ＺＨＡ　Ｃｈｕｎｑｉｎｇ１，ＺＨＡＮＧ　Ｔａｏ３，ＨＵＯ　Ｍｉｎｇｍｉｎｇ４（１．Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｈｉｎａ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ（Ｂｅｉｊｉｎｇ），Ｂｅｉｊｉｎｇ，１０２２４９；２．Ｂｅｉｊｉｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ，１００１２４；３．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　＆Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　Ｅｎ－ｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ，１００１９２；４．Ｘｉｎｊｉａｎｇ　Ｐｅｔｒｏ－ｌｅｕｍ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｋａｒａｍａｙ，Ｘｉｎｊｉａｎｇ，８３４０００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｓｏｌｖｅ　ｔｈｅ　ｌｉｍｉｔａｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ　ｒｏｔａｒｙ　ｄｒｉｌｌｉｎｇ　ａｎｄ　ｔｏｒｓｉｏｎａｌ　ｄｒｉｌｌｉｎｇ　ｉｎ　ｄｒｉｌｌｂｉｔ　ｍａｔｃｈｉｎｇ　ａｎｄ　ａｄａｐｔａｂｉｌｉｔｙ，ａ　ｎｅｗ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　ｐｅｒｃｕｓｓｉｏｎ　ｄｒｉｌｌｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｆｏｒ　ｒｏｃｋ　ｂｒｅａｋｉｎｇ　ｗａｓ　ｐｒｏ－ｐｏｓｅｄ．Ｉｎ　ａｄｄｉｔｉｏｎ，ａ　ｎｅｗ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　ｐｅｒｃｕｓｓｉｖｅ　ｄｒｉｌｌｉｎｇ　ｔｏｏｌ　ｗａｓ　ａｌｓｏ　ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ　ｔｏ　ａｃｈｉｅｖｅ　ｒｅｖｅｒｓａｌ　ｔｏｒｓｉｏｎ－ａｌ　ｐｅｒｃｕｓｓｉｏｎ　ａｎｄ　ｔｏｒｓｉｏｎａｌ　ｐｕｌｓｅ　ｐｅｒｃｕｓｓｉｏｎ．Ｔｈｅ　ｄｒｉｌｌｉｎｇ　ｔｏｏｌ　ｃｏｕｌｄ　ｃｏｎｖｅｒｔ　ｔｈｅ　ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　ｅｎｅｒｇｙ　ｏｆ　ｆｌｕｉｄｓｉｎｔｏ　ａｌｔｅｒｎａｔｉｖｅ　ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｅｎｅｒｇｙ　ｏｆ　ｔｏｒｓｉｏｎａｌ　ａｎｄ　ａｘｉａｌ　ｈｉｇｈ－ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｐｅｒｃｕｓｓｉｏｎ　ａｎｄ　ｄｉｒｅｃｔｌｙ　ｔｒａｎｓｆｅｒ　ｉｔｔｏ　ｔｈｅ　ｂｉｔ．Ｔｈｕｓ，ｐｅｒｉｏｄｉｃ　ｌｏｗ－ａｍｐｌｉｔｕｄｅ　ｈｉｇｈ－ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　ｐｅｒｃｕｓｓｉｏｎ　ｗａｓ　ａｐｐｌｉｅｄ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｂｉｔ　ｉｎ　ｏｒ－ｄｅｒ　ｔｏ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｒｏｃｋ　ｂｒｅａｋｉｎｇ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ｗｉｔｈｏｕｔ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　ｃｈａｎｇｅ．Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｒｏｃｋ　ｂｒｅａｋｉｎｇ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　ｐｅｒｃｕｓｓｉｏｎ　ｄｒｉｌｌｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｄｅｔａｉｌｓ　ｔｈｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｗｏｒｋｉｎｇ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ　ｏｆ　ｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　ｄｒｉｌｌｉｎｇ　ｔｏｏｌｓ，ｋｅｙ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ａｆｆｅｃｔｉｎｇ　ｒｏｃｋ　ｂｒｅａｋｉｎｇ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ，ａｎｄ　ｍｏｒｅ．Ｔｈｅ　ｎｅｗ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｐｅｒｃｕｓｓｉｏｎ　ｄｒｉｌｌｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｆｏｒ　ｒｏｃｋ　ｂｒｅａｋｉｎｇ　ｃａｎ　ｂｅ　ｕｓｅｄ　ｔｏ　ａｃｈｉｅｖｅ　ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ　ｒｏｃｋ　ｂｒｅａｋｉｎｇ　ｔｏｉｍｐｒｏｖｅ　ｔｈｅ　ｒａｔｅ　ｏｆ　ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｔｏ　ｅｎｈａｎｃｅ　ｗｅｌｌ　ｂｏｒｅ　ｑｕａｌｉｔｙ． Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｓｔｉｃｋ－ｓｌｉｐ　ｖｉｂｒａｔｉｏｎ；ｒｏｔａｒｙ　ｐｅｒｃｕｓｓｉｏｎ　ｄｒｉｌｌｉｎｇ；ｔｏｒｓｉｏｎａｌ　ｐｅｒｃｕｓｓｉｏｎ　ｄｒｉｌｌｉｎｇ；ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎ－ｓｉｏｎａｌ　ｒｏｃｋ　ｂｒｅａｋｉｎｇ；ｄｒｉｌｌｉｎｇ　ｔｏｏｌ；ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ　ｒａｔｅ 　随着油气资源勘探开发的不断深入，深井、超深井越来越多，钻遇“三高地层”（岩石硬度高、岩石可钻性级值高、岩石研磨性高）的可能性越来越大，这严重影响了深部硬地层的机械钻速和勘探开发成本［１－７］。针对硬地层钻进过程中机械钻速低、钻头因黏滑振动失效快、钻井成本高等问题，亟待研制开发一种新型破岩工具来提高高硬度和高研磨性地层的机械钻速。 冲击钻井技术的设想最初源于欧洲，冲击回转钻井技术的实际应用距今已有上百年的历史［８－９］。１９５８年，我国开始旋冲钻井技术研究与试验，至今

11塔河油田深井超深井钻井液技术

塔河油田深井超深井钻井液技术 郭才轩1王悦坚2宋明全1 （1、中国石化石油勘探开发研究院德州石油钻井研究所，2、中国石化西北分公司）摘要塔河油田主力油藏深度一般在5300m以下，是我国目前陆上油气层埋藏最深 的一个大型整装油田。由于油气埋藏深，钻遇的地层多、而且复杂，曾一度给油气田的 开发和扩展带来了困难。后通过技术攻关和技术引进，成功解决了塔河油田三叠、石炭 系硬脆性泥页岩地层的坍塌，奥陶系地层大型裂缝溶洞地层漏失，塔河油田新区巨厚盐 膏层塑性蠕变卡钻等制约塔河油田的瓶颈问题。技术进步使塔河油田在解决复杂问题的 能力上得到大幅提升，6000m左右的开发井建井周期从原来的100多天缩短到70天以内，新区超深盐层钻井成功率从2002年前不足40%提高到现在100%。 主题词超深井井眼稳定欠平衡钻井承压封堵欠饱和盐水 塔河油田是中国石化在西部地区的一个大油田，近年来原油产量一年一个台阶，2004年原油产量达到357万吨。原油产量的大幅提高，除了得益于油藏地质技术进步外，钻井技术，尤其是钻井液技术的发展也是重要的动力源之一。塔河油田的主力油藏位于奥陶系的裂缝型灰岩地层中，埋深在5300m以上，有二套地层，一套不含盐膏，位于塔河油田老区块；另一套含有巨厚盐膏层，位于塔河油田外围新区。中国石化西北分公司针对塔河油田存在的主要钻井液技术问题，组织联合攻关，通过近5年的努力，较好解决了三叠、石炭系井眼坍塌，巨厚盐膏层塑性蠕变卡钻和奥陶系裂缝性油气藏的损害等技术难题，为塔河油田增储上产、降本增效做出了巨大贡献。 一、塔河油田存在的主要钻井液技术问题分析 1、三叠、石炭系井眼坍塌问题 长期钻井实践表明：塔河油田三叠、石炭系存在严重的井眼坍塌问题，钻井中经常会遇到大面积突发性井眼坍塌，严重时必须反复划眼和通井，不仅影响了钻井速度，而且影响了成井质量，给后期的测井、固井、测试等作业埋下了隐患。我们随机的对2002年和2003年施工的30口井进行了统计分析，5000m以下地层扩大率在0-10%的井7口、10-15%的井6口、15-20%的井5口、大于20%的井12口。统计数据说明塔河油田三叠系、石炭系地层存在严重的扩径问题。从井径曲线看，三叠、石炭系井径很不规则，小的缩径率达2%以上，大的井径测不到边。 2、巨厚盐膏层钻井液问题 塔河油田外围新区石炭系的膏盐层具有埋藏深、厚度大、蠕变速度快，钻井中极易发生塑性蠕变卡钻。早期在该区及其外围施工30余口井，虽然沙10、沙24、沙42、乡1、轮南46等井成功地钻穿了巨厚盐膏层，但大多数井都发生了不同程度的井漏、阻卡、套管变形甚至挤毁等问题，半数以上井因井漏、盐膏层蠕变卡钻、井眼坍塌埋钻等事故而被迫提前完钻或弃井。综合分析认为：①井身结构上没有采取专打专封的方案，使上低下高不同的压力体系处于三开同一裸眼段，地层岩性特征、孔隙压力和坍塌压力变化大，为了安全钻进石炭系的膏盐层，需要提高钻井液密度以减少盐膏层蠕变速度，而高的钻井液密度会把上部地层压漏，因此在进入盐层前提高地层承压能力是盐层钻井的技术难题之一；②盐膏层塑性蠕变速度快，而钻井液密度因地层原因又不能提的很高，所以选择钻井液含盐浓度是一个技术关键，高了会降低盐层溶蚀速度，甚至在上返过程中形成盐重结晶，而低了又不能保证井眼稳定，因此控制钻井液氯根平衡范围也是盐层钻井成败的关键技术之一。

国内外水基钻井液新技术

文章编号:1004—5716(2006)11—0177—02中图分类号:TE927+13　文献标识码:B 国内外水基钻井液新技术 聂　宇,徐　滨 (胜利石油管理局井下作业三公司河口作业大队,山东东营257000) 摘要:近年来,钻井液技术的研究领域出现了几个研究热点,引起了国内钻井液界的重视。如最近国外引进的无渗透 钻井液技术,几乎成了国内钻井液界议论的焦点。在对一些有代表性的研究成果给予简单介绍的同时,就这些技术的 出现进行简单分析,然后就钻井液技术未来的发展谈一些看法。 关键词:水基钻井液;无渗透钻井液;成膜钻井液;纳米处理剂 1　概述 水基钻井液的成膜理论与控制技术是近年来国内外研究较多和发展较快的一类新型钻井液技术和理论。该理论与技术的提出基于解决两方面问题:一是非酸化屏蔽暂堵保护储层;二是成膜护壁维持井壁稳定。 众所周知,国内外保护储层技术最普遍使用的是屏蔽暂堵技术,该技术在国内的应用己见到很好的效果。非酸化隔离膜保护储层技术的核心内容是尽量减少钻井液中的有害固相含量,通过改变钻井液处理剂的抑制性使钻井液本身固相颗粒的粒度大小与储层的孔隙大小相匹配,有效封堵孔隙,与此同时,利用成膜技术中特定的聚合物在井壁岩石表面形成一层防止钻井液和钻井液中有害固相进入储层的屏障,即隔离膜。无需进行酸化作业,求得最大自然产能,与屏蔽暂堵技术相比可节省大量的屏蔽暂堵材料费用和酸化作业费用。 2　几种水基钻井液新技术 2.1　无渗透钻井液技术 无渗透钻井液技术(简称N IF钻井液),是由美国环保钻井技术公司(ED TI)生产的一种钻井液。该钻井液主要由DWC2000(增粘剂)、FL C2000(动态降漏失剂,注意:不是A PI降滤失剂)、KFA2000(润滑刑)组成,是一种据称可以在超低固相含量下,使所钻地层损害接近于零的钻井液。这种钻井液依靠表面化学原理在地层表面产生可以密封地层的非渗透膜,实现同一种组分的钻井液封闭不同孔隙尺寸分布的地层的目的,从而实现钻井液对地层的无渗透。NIF钻井液可以无损害地钻开油层,还可以钻进油层与页岩的互层、在同一裸眼井段中不同压力的油层、由于力学原因而严重失稳的地层。室内试验表明,NIF 钻井液可使岩石的渗透率恢复率达到90%以上。 2.2　水基成膜钻井液技术 这种技术在理论上认为,在水基钻井液中,通过加入一到几种成膜剂,可以使钻井液体系在泥页岩等类地层井壁表面形成较高质量的膜。这样可阻止钻井液滤液进入地层,从而在保扩油气层和稳定井壁方面发挥类似油基钻井液的作用。 国外M—I钻井液公司对页岩的膜效率进行过比较系统的研究,并取得了一些成果,比如他们研究认为,在水基钻井液中可以形成三种类型的膜: (1)水基钻井液成膜(Ⅰ型膜)。这类膜形成于页岩表面,钻井液滤液、页岩粘土、孔隙流体的化学性、孔隙尺寸、滤液粘度、渗透率、粘土组分和页岩的胶结作用都会影响膜的形成。在水基钻井液中能够成膜的物质有糖类化合物及其衍生物(如甲基葡糖贰M EG)、丙烯酸类聚合物、硅氧烷、木质素磺酸盐、乙二醉及其衍生物和各种表面活性剂(如山梨糖醇配的脂肪酸盐); (2)封堵材料成膜(Ⅱ型膜)。如硅酸盐、铝酸盐、铝盐、氢氧化钙和酚醛树脂等封堵材料。在实验中发现在硅酸盐钻井液中加入糖类聚合物可保持实际渗透压接近理论渗透压。硅酸盐钻井液的成膜效率可达到70%以上; (3)合成基和逆乳化钻井液成膜(Ⅲ型膜)。钻井液中的流体和页岩作用导致了毛细管力和较高的膜效率。此膜是由连续相的可移动薄膜、表面活性剂薄膜和钻井液的水相的薄膜组成的 胀、机械整形,井漏现象完全消失。下入可膨胀波纹管后至该井完钻,完钻泥浆密度1.55g/cm3(临界漏点1.45g/cm3),整个过程井下均未发生漏失。完钻后井径测试曲线表明,波纹管内最小直径220mm,完全满足钻头通过,充分证明了可膨胀波纹管堵漏技术试验成功。 5　结论和建议 (1)可膨胀波纹管能够减少井眼锥度,简化深井的井身结构设计,在钻井过程中特别适合处理漏失、坍塌等井下复杂情况。 (2)可膨胀波纹管和可膨胀实体管相比具有成本低,膨胀施工工艺相对简单,具有较高性能价格比等特点,能大幅度降低钻井综合成本,有广泛的应用前景。 (3)目前我国该项技术仅处于起步阶段,离大规模工业应用还有一定的距离,建议相关单位在管材、膨胀工具、配套设备方面大力开展研究,争取早日实现该技术的国产化。 参考文献: [1]　张彦平,田军,赵志强,等.波纹管堵漏技术在吐哈油田L7-71井的 应用[J].石油钻采工艺,2005,27(1). 总第127期2006年第11期 西部探矿工程 WEST-CHINA EXPLORA TION EN GIN EERIN G series No.127 Nov.2006