激光钻井技术

2000年3月

第15卷第2期

西安石油学院学报(自然科学版)

Journal of Xi ′an Petroleum Institute (Natural Science Edition )

Mar.2000

Vol.15No.2

收稿日期:1999203208

作者简介:韩常省(19422),男,副研究馆员,主要从事石油科技情报研究与教学等方面工作.

文章编号:100125361(2000)022*******

激光钻井技术展望

Prospect of Laser Drilling T echnology

韩常省

(西安石油学院图书馆,陕西西安　710065)

摘要:为了适应石油工业发展的需要,改变传统的钻井方式,根据激光能量密度大等特性,说明了利

用激光器把其他形式的能转换成光能形成很高的温度,熔化、融熔、震碎、蒸发要钻进的岩石进行钻井的基本原理;指出激光钻井在降低成本、减少污染方面有很大的潜力,有可能使钻井发生革命性变化;提出当前应深入探讨激光钻井的原理、激光对地层及今后采收率的影响,在我国现有技术及经济条件下激光钻井的可行性及对钻井用激光器的特殊要求;回顾了激光钻井技术的发展历程和现状;建议我国应积极开展激光钻井技术的研究与开发.关键词:激光器;热钻;激光钻中图分类号:TE242 文献标识码:A 激光技术是20世纪60年代在量子物理学、光子光谱学、无线电电子技术基础上兴起的一门多学科结合的科学技术.这种基于受激辐射而获得的特殊光具有一些重要的特性.一是方向性强.几乎是一束定向发射的平行光,发散角一般为毫弧度数量级;二是亮度大(即功率密度大).激光的亮度可以达到太阳亮度的1百万万倍以上.如果用透镜将激光聚焦,可得到每平方厘米1万亿瓦的功率密度,在极小的范围内产生几百万度高温,几百万个大气压,每米几十亿伏的强电场;三是单色性高.激光近乎是单一频率的光,单色性远优于一般单色光源.激光光谱线的线宽可达到千万分之一埃;四是相干性好.由于激光的线宽窄,位移在空间的分布不随时间变,具有良好的时间相干性和空间相干性[1,2].

激光的上述特点,使它的发展促进了许多学科的发展,在许多工业部门得到了广泛的应用.

应用激光技术可在卫星上测定油气田开发过程中地面的沉降,反映出采收程度,为今后制定开发计划提供原始资料;激光可以用来进行机械切割;分析不同类型的原油;激光可以用来钻井、射孔等几十个技术部门.其中以激光钻井最具吸引力.

1　激光技术在钻井中的应用

111　激光钻井的基本原理

亮度大(即功率密度大)是激光的一大特点,是激光用来钻井的最主要的特性.从本质上讲,钻井用激光器件就是把能量转换成光子,光子经过聚焦成为强光束,把岩石熔融、粉碎、蒸发.具体说来,就是把激光束聚焦在一个要钻入地层的环形区域上,这个环形区域是要钻的井眼直径范围内很小的一部分.激光束聚焦后形成很高的温度,使要钻入的地层材料熔化蒸发,强大的热冲击也可以使要钻入的岩石材料被击成细粒,由于环形区域内熔化材料的蒸发而产生强大的压力足以使击碎的材料被腾升到地面。

为了增强热冲击的作用,易于使要钻的材料成为细粒并喷出井口,还可以向要钻的部位喷射可膨胀的很强的液体流。液体射流和激光交替作用在要钻部位,使激光束和液体射流都成为脉冲式的。液体

射流所用液体的特性要易于使要钻材料熔化与震

碎,有助于井壁的光滑.例如,若要钻的材料是纯净的干硅砂,则流体应含有钠或钙的化合物以便于岩石熔化,优化井壁特性.为了使从已钻成的井眼中排出的材料离开地面设备,在井头可装上转向器,喷出强液体射流,当从井中喷出震碎的岩石材料时使其改变方向吹离井口.

激光发生器的工作、激光脉冲的长短、注入的强射流体、喷出材料的吹除等整个系统的工作特性,如脉冲持续时间、频率、聚焦区面积和环形的大小,相干光源的工作波长和输出功率等都由控制器根据被钻地层的物理特性控制.

112　当前激光钻井技术的研究内容

尽管激光钻井技术的提出已有近30年的历史,但却一直没有付诸实现.因此,激光钻井仍然是一个探索性课题,要研究的问题很多,当前要研究的主要有以下四条:

首先是要深入探索激光钻井的原理.钻井是一个复杂的物理、化学过程,传统的钻井是通过冲击、切削将岩石剥离并通过钻井液将钻屑带出井眼.那么,用激光钻时,究竟如何将岩石一层一层剥离,又如何将岩屑带出井眼,实现这一过程会遇到什么困难,怎样克服这些困难等.

第二是探讨激光与周围介质的相互作用及作用结果对采收的影响.在钻进过程中会遇到油、气、水和各种不同类型的岩石及其他物质,激光与这些物质会发生那些作用,这些作用对钻进过程有什么影响,对今后的油气开采有什么影响,其中的不利影响如何解决.

第三是激光钻井的经济性.采用激光钻,所用的一套设备当然与传统的设备不同.在各种复杂环境下,激光钻与传统的钻井方式相比,究竟在什么情况下是合算的,什么情况下不合算.特别是在我国现有经济与技术条件下,激光钻井的可行性.

第四是对钻井用激光器的特殊要求.钻井用激光器功率要达到106W级,这么大功率的激光器为实现钻进在结构上有什么特殊要求,不同地质条件下实现激光钻井的激光器功率门槛值究竟要多大等等.

113　激光钻井技术的意义

井眼是从地下采收油气的唯一通道.因此,钻井是石油工业中极为重要的一环.随着开采难度的加大,钻井在整个石油工业中所占比重也在加大,钻井费用已占石油工业总费用的55%～80%[6].据美国天然气体研究协会1990年对世界范围内陆上和海上3000口井的分析表明,钻深大于4572m的深气井,钻机在现场时间的50%用于钻进,20%用于起下钻柱更换井下总成,30%用于其他作业.降低钻井成本主要通过加快钻进速度,减少钻柱移动来获得[7].传统的钻井方法总是要使用钻井液,钻井液不仅对周围地层造成伤害,用过的钻井液也是环境的污染源.

根据模拟实验研究,用功率为600～1200kW,波长为318μm的M IRACL激光器发出的激光,在415s钻穿了010635m的砂岩试样,移走了21495kg 的岩石,由此折算等效钻进速度为50160m/h;而用500kW激光束,在两个两秒的激光冲击后,沿水平方向钻透了011524m,折算的等效钻速为137116m/ h[7,8].因此,采用激光钻井,可以显著提高钻进速度,减少钻机平均天数,减少起下钻时间,提高井控、射孔、侧钻能力;激光与周围岩石相互作用,可以形成光滑的玻璃化井壁,减少套管;还可以促进井下钻井机械,激光钻头,激光射孔技术的发展;而所有这一切都可在有利于环保、安全,提高有效成本的情况下进行.因此,激光钻可降低成本,减少污染,可能会使钻井技术发生革命性变化.

2　激光钻井技术的发展

由于激光具有亮度大的特点,就使得激光技术问世后不久就有人想把激光技术用于石油工业的钻井.20世纪70年代初,美国、法国、荷兰就出现了用激光钻井和射孔的专利文献[3～5].但由于当时激光器的功率大约只有数千瓦,激光的波长较长难于聚焦,更主要可能还是成本较高,激光钻井未曾实现.鉴于此,许多人怀疑激光钻井的可能性.但自那以后,对激光器、激光器功率、效率、发射能力等作了大量研究取得了显著的进步.

现代的高功率激光器,可把电能、化学能或热能转换成光能,光能经聚焦后形成很强激光束可粉碎、熔化、蒸发岩石.激光的波长可为011～103μm,激光脉冲长度可在10-2～10-15s范围变化.氟化氢(HF)和氟化氘(DF)激光器、化学氧化碘激光器(CO IL)、CO2激光器、CO激光器、自由电子激光器(FEL),钕/钇铝石榴石(Nd/YD G)激光器和氟化氪(K r F)激光器,其工作波长、脉冲长度、功率等参数都可作为钻井用激光器.这些激光器通过反射、散射、黑体辐射、等离子屏蔽等形式把能量传递到岩石上.

1998年和1999年,许多文献披露了美国重新提出激光钻井的问题[7～10,11].美国GRI(G as Re2 search Institute)提出了一项两年计划,准备投资60万美元,联合美国空军、美国陆军和科罗拉多矿业学院、麻省理工学院、雷克伍德公司和菲利蒲石油公司一起探索把美国在20世纪80年代和90年代用于

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韩常省:激光钻井技术展望

星球大战的激光技术用于石油工业的气井钻井、完井的可行性、成本、益处以及对环境的影响,提高美国工业的竞争能力.

美国这次研究计划投入的力量很大.投入的设备包括美军白沙导弹实验场的高能激光系统试验设备(简称HEL STF)及美国空军的研究实验室,试验中拟使用的激光器是能量为106W的中红外高级化学激光器(简称M IRACL)和化学氧化碘激光器(简称CO IL).这些激光器原为用于舰载防御和空对空防御的激光器,以其能够击穿数英里外飞行的战术和战略目标,跟踪和摧毁导弹的能力说明能够用于钻4572m深的气井.CO IL激光器能够与光纤耦合的特点以及输出功率高、化学物质价格低,使它能够用于气井钻这类能量传输距离长的工程项目.

美国还另外投入两台高功率激光器用于研究激光束与周围材料的相互作用.一是放电共轴激光器,用来研究在各种环境下激光束对不同材料的影响.由15a来的研究成果组成的内容广泛的数据库可使人们更透彻了解材料与激光之间的相互作用.另一台是激光器示范设备(Laser Device Demonstration,简称LDD),主要用于确定强激光束与不同软岩石矿物之间的相互作用.这种试验已作了45000s,试验费用相当低廉,这表明可大量探索岩石与激光的相互作用,以及在井下条件激光与岩石的相互作用.

前述美国菲利蒲石油公司用美军M IRACL激光器所作的评价激光器钻进实验表明,激光束等效钻速可达50160m/h,而经凹面镜改变M IRACL激光器光的方向沿水平方向钻进,等效钻速达137116m/h;用激光射孔,射孔深度可达61m[5].

我国早在20世纪60年代就开始了激光技术的研究,并曾花费数千万元研制大功率激光器,尽管当时未获得成功,但积累了丰富的经验.1998年,中国科学院超短脉冲高功率激光技术研究取得了巨大进展,获得了中国科学院院级发明一等奖[11].这为激光技术在石油钻井中的应用打下了基础.

4　结束语

激光钻井是一项新技术,它可能会改变整个钻井概念.对我国来说,这既是挑战,又是机遇.尽管我国尚未见这方面的研究,但国外也只是在探索,我们应积极地迎接这一变化,尽早开展研究,在新的钻井技术发展中走在世界的前列.

参考文献:

[1]　科学出版社名词室合编.物理学辞典[M].北京:科学

出版社,1988.

[2]　周敦忠.光学[M].兰州:兰州大学出版社,1988.

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51;SPE49259,1998,9.

[8]　Starwars technology may revolutionize natural gas drilling

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[9]　Star2wars drilling[J].J PT,1998,6.

[10]　Lance Frayier.GRI Studying feasibility of laser drill

[J].American Oil&G as Report,1998,4.

[11]　郑千里.中科院颁发上年度科技奖项[N].科技日报,

1999.

编辑:马　丽

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—西安石油学院学报(自然科学版)

The results of experimental tests show that,a small oil2water interfacial tension(3.15×-3mN/m)is formed between crude oil and the chemical system,so the chemical system has good crude oil emulsifying and sweeping effects.The results of the field tests in Jing705well in three months show that,the fluid production is increased by61%～78%,and the oil production is7.2～9.8times as much as that before soaking.

K ey w ords:North China Oil Field,viscous crude oil,emulsifier,recovery factor,chemical soaking,ultralow interfacial tension W U Guo2qing,HUA N G L i2xin and CHEN S han2f eng(Research Institute of Porous Flow and Fluid Mechanics,Academia China,Langfang,Hebei065007,China)J XAPI2000V.15N.2p.29～32

The N ew Advances in the Stud y of the Rheological Property of Fracturing Fluid

Abstract:Of the many factors influencing fracturing technology,the rheological property of fracturing fluid is most important.It determines the stability,suspension and friction of fracturing fluid.The various kinds of the fracturing fluid being used at present,the methods of predicting friction loss under the simulated wellbore condition and of predicting the hydraulic performance and rheological property of practuring fluids by the simulated data are introduced in this paper.It is held that the studies of the elastic behavour and dynamic performance of fracturing fluids and the transmission and subsidence of proppants under performance condition lack depth.It is suggested that the chemical property and constitution of fracturing fluids should be studied further,and that the modeling procedure for the study of the dynamic performance of fracturing fluids should be perfected.

K ey w ords:fracturing fluid,rheological parameter,rheological property,rheological model,friction pressure

L I Wen2kui,ZHA N G Jie and ZHA N G Xin2qing(Xi’an Petroleum Institute,Xi’an710065,China)J XAPI2000V.15N.2p. 33～37

Prospect of Laser Drilling T echnology

Abstract:In order to meet the need of petroleum industry development,conventional drilling methods should be improved.In this article,the principle of laser drilling is introduced based on the behaviour of high energy density of laser.By means of lasers,the other forms of energy are transferred into optical energy,and very high temperature is produced to melt,fuse,vaporise and shatter the rock to be drilled.It is pointed out that laser drilling has a power of potential in decreasing drilling cost and environmental pollu2 tion,and laser drilling may revolutionize drilling industry.It is suggested that the principle of laser drilling is comprehensively stud2 ied,the feasibility of laser drilling under economical and technological conditions of our country,the influences of laser drilling on reservoir and production,the s pecific need of lasers used in drilling well should all be discussed.The a pplication of laser drilling in the oilfields of our country should be tried.

K ey w ords:laser,thermal drilling,laser drilling

HA N Chang2xing(Xi’an Petroleum Institute,Xi’an710065,China)J XAPI2000V.15.N.2.p.38～40

Theoritical Analysis and Experimental Study of Oil Atomizing in a Single Screw Compressor

Abstract:In order to decrease air leakage,oil or other liquids must also be injected into compression cavity of a single screw com2 pressor as other rotary compressors must.The injected oil can decrease the leakage and the discharge temperature of air.But it in2 creases the losses in such as viscosity shearing,friction,stirring and intake preheating,and influences the performance of the com2 pressor directly.Based on oil atomizing theory,the parameter of Weber mumber is put forward for evaluating the atomizing level of the oil in compression cavity.The volumetric and adiabatic efficiencies of a single screw compressor are obtained at different oil in jec2 tion volumes,temperatures and injecting hole diameters.The analysis of the experimental results shows that it is possible to select oil injection parameters according to Weber number,and the Weber number of the com pressor used in the experiment should be greater than60.

K ey w ords:screw compressor,efficiency,oil injection parameter,oil atomizing,evaluation

L IN Qiang,FA N L ing and JIN Guang2xi(Xi’an Jiaotong University,Xi’an710049,China)J XAPI2000V.15N.2p.41～44 F atigue Corrosion B ehavour of20242T3Aluminum Alloy With4Surface Protective Coatings

Abstract:The fatigue corrosion behavour of20242T3aluminum alloy test pieces is studied in the acidic sodium chloride solution

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现代石油钻井技术发展现状分析

现代石油钻井技术发展现状分析 随着我国经济的快速发展，人们生活水平的不断提高，人们对于石油能源的需求也在逐渐增加。为满足日益增长的需求，我国石油公司在增加产能的同时，也在加强石油开采技术的创新，其中就包括石油钻井技术的改进。本文以现代石油钻井技术的发展现状为研究对象，简要介绍当前广泛使用的石油钻井技术，分析未来石油钻井技术的发展趋势，为我国石油钻井技术的创新提供借鉴。 标签：现代；石油钻井技术；发展现状 现代文明的发展离不开科学技术的进步，人们的生活需要消耗大量的石油能源，为满足人们日益增加的石油能源需求，石油公司在钻井技术创新方面并未停止脚步，其结果就是石油产量的节节攀升。 1 现代石油钻井技术 石油钻井技术需要根据石油开采过程中的实际情况进行选择，其中包括井下动态数据采集和处理技术、水平井及大位移井钻井技術、多分支井及重入井钻井技术、前平衡压力钻井技术、连续油管和小井眼钻井技术等，不同的钻井技术之间存在明显差异。 2 井下动态数据采集和处理技术 数据的采集和处理是石油钻井技术的核心，目前石油钻井广泛采用旋转钻井的手段，由于钻头的使用导致地下结构遭到一定程度的破坏，并且，地下结构的变化直接作用于钻头，增加钻头的磨损量，使钻井成本大大增加。为此，在石油钻井过程中，利用集成了多种功能的传感器对钻头进行实时检测，检测对象包括钻头转速、温度、磨损量等，通过对传感器的数据进行实时监控，可以对钻头状态进行诊断，从而了解井下环境的变化，为采取正确的控制手段提供依据。 3 水平井及大位移井钻井技术 作为一种普遍使用的石油钻井技术，水平井及大位移井钻井技术相比较直井钻井技术不仅成本低，并且在提高石油产量方面效果明显。大位移井钻井技术的斜井段距离较长，为解决钻井过程中钻柱之间摩擦力较大的问题，创新性的使用了稳定器和偏心器两个装置，不仅如此，该技术的使用同时解决了钻井过程中钻削的导出问题。在海洋石油开采过程中，大位移钻井技术的使用较为常见，是现代石油钻井技术中最具发展潜力的技术之一。 4 多分支井及重入井钻井技术 顾名思义，多分支井有多个井口，除主井口外，其它井口均属于主井口的分支，除此之外，在分支井的基础上依然可以进行第二次分支。分支井的类型较多，

激光钻井技术

2000年3月 第15卷第2期 西安石油学院学报(自然科学版) Journal of Xi ′an Petroleum Institute (Natural Science Edition ) Mar.2000 Vol.15No.2 收稿日期:1999203208 作者简介:韩常省(19422),男,副研究馆员,主要从事石油科技情报研究与教学等方面工作. 文章编号:100125361(2000)022******* 激光钻井技术展望 Prospect of Laser Drilling T echnology 韩常省 (西安石油学院图书馆,陕西西安　710065) 摘要:为了适应石油工业发展的需要,改变传统的钻井方式,根据激光能量密度大等特性,说明了利 用激光器把其他形式的能转换成光能形成很高的温度,熔化、融熔、震碎、蒸发要钻进的岩石进行钻井的基本原理;指出激光钻井在降低成本、减少污染方面有很大的潜力,有可能使钻井发生革命性变化;提出当前应深入探讨激光钻井的原理、激光对地层及今后采收率的影响,在我国现有技术及经济条件下激光钻井的可行性及对钻井用激光器的特殊要求;回顾了激光钻井技术的发展历程和现状;建议我国应积极开展激光钻井技术的研究与开发.关键词:激光器;热钻;激光钻中图分类号:TE242 文献标识码:A 激光技术是20世纪60年代在量子物理学、光子光谱学、无线电电子技术基础上兴起的一门多学科结合的科学技术.这种基于受激辐射而获得的特殊光具有一些重要的特性.一是方向性强.几乎是一束定向发射的平行光,发散角一般为毫弧度数量级;二是亮度大(即功率密度大).激光的亮度可以达到太阳亮度的1百万万倍以上.如果用透镜将激光聚焦,可得到每平方厘米1万亿瓦的功率密度,在极小的范围内产生几百万度高温,几百万个大气压,每米几十亿伏的强电场;三是单色性高.激光近乎是单一频率的光,单色性远优于一般单色光源.激光光谱线的线宽可达到千万分之一埃;四是相干性好.由于激光的线宽窄,位移在空间的分布不随时间变,具有良好的时间相干性和空间相干性[1,2]. 激光的上述特点,使它的发展促进了许多学科的发展,在许多工业部门得到了广泛的应用. 应用激光技术可在卫星上测定油气田开发过程中地面的沉降,反映出采收程度,为今后制定开发计划提供原始资料;激光可以用来进行机械切割;分析不同类型的原油;激光可以用来钻井、射孔等几十个技术部门.其中以激光钻井最具吸引力. 1　激光技术在钻井中的应用 111　激光钻井的基本原理 亮度大(即功率密度大)是激光的一大特点,是激光用来钻井的最主要的特性.从本质上讲,钻井用激光器件就是把能量转换成光子,光子经过聚焦成为强光束,把岩石熔融、粉碎、蒸发.具体说来,就是把激光束聚焦在一个要钻入地层的环形区域上,这个环形区域是要钻的井眼直径范围内很小的一部分.激光束聚焦后形成很高的温度,使要钻入的地层材料熔化蒸发,强大的热冲击也可以使要钻入的岩石材料被击成细粒,由于环形区域内熔化材料的蒸发而产生强大的压力足以使击碎的材料被腾升到地面。 为了增强热冲击的作用,易于使要钻的材料成为细粒并喷出井口,还可以向要钻的部位喷射可膨胀的很强的液体流。液体射流和激光交替作用在要钻部位,使激光束和液体射流都成为脉冲式的。液体 射流所用液体的特性要易于使要钻材料熔化与震

我国定向井钻井技术发展现状浅析

我国定向井钻井技术发展现状浅析 摘要：当今的世界石油工业中，定向井钻井技术是一项新型实用技术，在钻井技术领域有着广阔的应用前景，定向井已成为主要发展趋势之一。本文就我国定向井钻井技术的发展进行了分析探讨，并重点对定向井轨道设计与控制技术和定向井专用工具进行了介绍，对促进定向井钻井技术的发展具有一定的参考作用。 关键词：定向井；钻井技术；发展；探讨 定向钻井就是使井身沿着预先设计的井斜和方位钻达目的层的钻井方法。定向钻井技术是当今世界石油勘探开发领域最先进的钻井技术之一，它是由特殊井下工具、测量仪器和工艺技术有效控制井眼轨迹，使钻头沿着特定方向钻达地下预定目标的钻井工艺技术，目前在油田开发中广泛使用。采用定向钻井技术可以使地面和地下条件受到限制的油气资源得到经济、有效的开发，能够大幅度提高油气产量和降低钻井成本，有利于保护自然环境，具有显著的经济效益和社会效益。 一、我国定向井钻井技术的发展 我国定向钻井技术始于50年代。1956年，玉门油田钻成第一口定向井，1962年起，四川油田进行了多种型式的涡轮钻定向钻进试验。70年代以来，我国海洋定向钻井迅速发展，在渤海湾海面打丛式井，在一座钻井平台上施工多达12口定向井。1977～1982年，全国共完成定向井316口，平均井深2478.9m。自1986年，通过攻关及推广，各油田“七五”期间钻各类定向井4317口，掌握了定向井、丛式井优化设计技术及计算机软件包，包括丛式井开发油田平台数和平台位置的优化设计技术，三维绕障井和三维多目标井设计技术。“八五”期间，重点攻关“石油水平井钻井成套技术研究”，到1997年钻成长、中、短半径三类水平井共153口，掌握了水平井井眼轨迹优化设计方法，建立了水平井下部钻拄大挠度受力分析模型，以及水平井井眼轨迹预测模型，定向钻井技术总体上达到了90年代国际先进水平。之后几年通过研究与引进，我国石油勘探部门基本上拥有了国外专用于定向井的先进工具、仪器，如无线随钻测量仪、有线随钻测量仪、单点陀螺测斜仪等。现今，我国又掌握了如定向井轨道设计与控制技术、套管防卡技术、地层测试技术等技术，并拥有了新的钻井设备和专用工具，如非磁钻铤、迪那钻具、螺杆钻具等。 二、定向井轨道设计与控制技术 定向井轨道设计内容 根据地质要求，选择轨道类型。①确定增斜率和降斜率.选择造斜点.②求得全井最大井斜角。③计算各井段的井斜角、垂深、水平位移、井斜方位角和井深. ④作垂直投影图和水平投影图.必要时绘出控制安全圆柱。常规定向井轨道有三

激光钻井,“没有什么可以阻挡”

激光钻井，“没有什么可以阻挡” 石油天然气勘探开发的钻井，最直白的解释就是从地表向下挖掘一个筒形的通道。最早的钻井是用乘汲取地下水的。 在人类的发展史上，钻井大致经历了挖掘井技术、顿钻井技术和旋转井技术3三个发展阶段。 在前两个技术阶段中，我国均处在发展的最前列，我国已经发现的公元前1500年前后的甲骨文中就已经有了“井”字，春秋战国时期的井的深度已经达到50多米。 到北宋的庆历年间（公元1041～1048年），我国古代钻井技术取得了划时代的突破，出现了顿钻技术，井深达到了130米左右，钻井井筒直径仅有碗口大小。利用这项技术，到明清时期，我国四川钻凿油气井的技术应用就相当普遍了，井深大约都在1000米左右。 公元11世纪，我国顿钻技术传入西方，西方对设备和工艺进行了改进和更新。近代油气勘探开发传统的钻井已经有100多年的历史，主要采用的是旋转钻井技术，通过金属钻头、钻具冲击、切割岩石，促使岩屑剥离，并通过钻井液将岩屑带出井口。遇到坚硬的砂岩层，甚至采用化学手段（如爆破），对周围生态环境、地质结构产生一定影响。 1990年，根据美国气体研究所（GRI）的数据统计，一口井的钻井周期中，48%时间钻进，27%时间换钻具、下套管，25%时间用来测井，且行成数据。从钻井周期各阶段钻井耗时分布情况来分析，缩减钻井成本的主要途径是加大钻井速度，减少排渣、搬装钻具、安装护套等。 激光钻井正符合上述需求，是传统钻井方式最有潜力的替代者。 激光钻井技术的优势 1990年始，美国开始把部分冷战技术民用化，科学家们努力把激光应用到钻井实践中。从理论上讲，激光钻井是一个能量传递过程，岩石吸收能量后，使其局部发生物理和化学变化。 激光器是一种电磁相干辐射的能源，将不同种类的能量（电能、化学能、热能等）转换为光能。 激光辐射称为单色辐射，激光辐射的波长决定于激光器的放射性介质，范围从0.1微米到10微米，跨越光谱的紫外光、可见光、红外光和亚毫米的波段。 激光器把能量转换成光子，光子经过聚焦成为强光束，传递给岩石，岩石导热性差，局部形成高温，使其层层剥离、熔融、气化。促使岩石局部高温和破坏源于吸收激光传递的能量，岩石导热性差，局部高温，发生了物理和化学变化。 对于激光钻岩石，红外辐射比可见辐射更有吸引力，不仅因为红外高能激光先进性，而且与岩石的特性有关。 激光钻井相对于传统机械钻井优点如下： (1)占地小，井场作业面小，方便移动；

浅谈钻井技术现状及发展趋势

浅谈钻井技术现状及发展趋势 【摘要】随着油田的深入开发，钻井技术有了质的发展，钻井工艺技术研究、破岩机理研究、固控技术研究、钻井仪表技术研究、保护油气层钻井完井液技术研究以及三次采油钻井技术等都取得了科研成果，施工技术逐渐多样化，目前已在水平井、径向水平井、小井眼钻井、套管开窗侧钻井、欠平衡压力钻井等方面获得了突破。一些先进的钻井技术走出国门，走向世界，如：计算机控制下套管技术、套管试压技术、随钻测斜技术、密闭取心技术、固控装备、钻井仪表、钻井液监测技术、MTC固井技术及化学堵漏技术等，本文就国内钻井技术的现状及发展趋势进行分析。 【关键词】钻井技术；发展趋势；油田开发 引言 通过钻井技术及管理人员的不懈努力，钻井硬件设施已经比较完善，很多钻井公司配备了先进的钻井工艺实验室、固控设备实验室、钻井仪表实验室、油田化学实验室、高分子材料试验车间、全尺寸科学实验井等，这些硬件设施满足了各种钻井工程技术开发与应用的需要。钻井技术也有了长足发展，具备了世界先进水平，钻井技术的进步为油田科技事业的发展做出了积极的贡献，并取得了良好的经济效益和社会效益，如TZC系列钻井参数仪作为技术产品曾多次参与

国内重点探井及涉外钻井工程技术服务，并受到外方的认可。多年来，由于不断进行技术攻关研究与新技术的推广应用，水平井钻井技术迅速提高。水平钻进技术是在定向井技术基础上发展起来的一项钻进新技术，其特点是能扩大油气层裸露面积、显著提高油气采收率及单井油气产量。对于薄油层高压低渗油藏以及井间剩余油等特殊油气藏，水平井技术更具有明显的优势。 1、钻井技术发展现状 从世界能源消耗趋势看，还是以油气为主，在未来能源消耗趋势中，天然气的消耗增加较快，但是在我国仍然以石油、煤炭作为主要能源。尽管如此，我国的油气缺口仍然很大，供需矛盾很突出，60%石油需要进口，从钻井的历史看，我国古代钻井创造了辉煌历史，近代钻井由领先沦为落后，现代钻井奋起直追，逐步缩小差距，21世纪钻井技术有希望第二次走向辉煌。随着钻进区域的不断扩大及钻井难度的不断增加，各种新的钻井技术不断出现，目前，水平井钻井技术逐渐成为提高油气勘探开发最有效的手段之一。各种先进的钻井技术在油田开发中显示出了其优越性，新技术、新工艺日益得到重视和推广应用。例如：旋转钻井技术，是目前世界上主要的钻井技术，旋转钻井方式有以下几种：转盘（或顶驱）驱动旋转钻井方式、井下动力与钻柱复合驱动旋转钻井方式（双驱）、井下动力钻具旋转钻井方式、特殊工艺旋

石油钻井技术现状及发展趋势分析

石油钻井技术现状及发展趋势分析 “石油”作为工业发展的血液，为各种工业建设提供动力，因此石油被形象的称作“黑金”。从我国社会主义初级阶段的建设初期，就开始重视工业石油的勘探和挖掘。当时涌现了一大批献身石油工作的劳动者，比如铁人王进喜，这一大批劳模，缓解了当时中国的石油困难。现如今，我国经济处于高速发展时期。工业发展建设也在日新月异，同时我国工业对石油的需求也越来越大。然而由于我国石油钻探技术的研究发展時间比较短，有很多技术都是引进国外的。一旦我们的设备在生产过程中，出现问题，就需要求助国外人员来维修，浪费人力财力和物力。本文就以我国石油钻井技术的发展现状和发展趋势进行研究探讨，希望对大家有用。 标签：石油；钻探；智能；技术 自改革开放以来，我国工业迅猛发展。相应配套的石油产业，也应运得到了很大的提高。可是我国科技依然与国外有一定的差距，在石油钻探的技术方面我国依然有很多不足之处。例如：我国对石油贮藏保护层上的研究不够成熟，固井效果比较差，钻井效率比较低等问题。因此我国的科研部门应该联合石油部门，加快研发对钻井技术高新科技的研究，迎头赶上国外的钻井技术。此外，我国研究石油钻探技术，可以减少人力财力的浪费，提高钻探效率，让我过的石油开采变得更加安全和快好省。 1 石油钻探技术在我国的发展现状 1.1 石油钻探技术在我国已经取得的成就 改革开放以来，我国在钻井技术上的研究，投入大量的资金和人才，经过短短几年的研究实践，取得了不错的成绩。例如：水平钻井的技术、自动式钻井技术、多维多目标的钻井技术等等。由于多年的开采，我国陆地上的石油储备已经很少了。然而在我国沿海下边，储存着大量的石油矿藏。因此我国在深海石油钻井技术上也不不错的成绩。在海上进行石油钻井开采，需要很强大的技术力量支持。因为一旦海底的石油泄漏，将会污染那个地区的海洋，甚至会给很多海洋生物带来灭顶之灾。因此，海上钻井技术的研发，在我国一直很受重视。接下来介绍一下我国经常使用的钻井技术。 在深海石油钻井当中，通常采用大位移井与水平井钻探技术。因为深海距离海平面距离比较远在水下钻探时，会使斜井钻探的部分十分长。当钻井的时候钻柱与钻柱之间会产生很大的摩擦力，采用水平钻井与大位移井的技术，可以很好的减弱摩擦力，让钻柱的使用寿命更加长久。这一项技术还是海陆通用的钻井技术，因此在我国推广这种技术有十分可观的经济效益。 石油开采过程中有很多危险的过程，如果科学技术不过关很可能造成不可逆的问题。比如污染这一块。欠压平衡就是为了解决石油泄油，回流到底层中造成

石油钻井技术的现状与发展

石油钻井技术的现状与发展 摘要：石油钻井技术的全面发展是当前技术运用中的一个重要环节，要从多方 面深入分析造成各种机械性能失效的重要原因。完善管理措施，加强设备维护与 管理措施，走上科学化、规范化、现代化的发展模式，推动石油开采技术的全面 进步。 关键词：石油钻井；现状；技术；发展研究 石油开采技术的不断上升，尤其是钻井技术的全面进步，给石油开采带来了 更大的前景，在整个技术运用中，可以结合当前石油开采的现状进行分析，采取 高效、先进的开采技术，将能收到更好的效果。本文将围绕当前石油钻井现状， 结合石油钻井设备的运行状况深入分析，全面探讨石油钻井技术的整体发展，更 好的推动石油钻井技术的全面升级。 1石油钻井工程技术简介 1.1水平井钻井技术 水平井钻井技术是在上世纪八十年代迅速发展起来的一种钻井技术，同目前 各类钻井技术相比较，水平井钻井技术具有很多优势，发展到现在，其逐渐成为 比较核心钻井技术。随着一些大型油田的开采已经接近尾声，现需要寻找新的油 气资源，然而目前发现油田相对比较分散，针对这一情况，采用水平井钻井技术 恰好能够满足钻井工程的需求。作为一种定向钻井技术，水平井钻井技术的钻井 倾斜角度需要大于86度，且最大为90度左右。并且利用水平井钻井技术更适用 于特别薄的油气层钻井，利用该技术可以明显的提高薄油层的裸露程度，能够很 大程度上的提高油气的产量。此外，针对纵向薄油层，水平钻井具有明显的贯穿 效果，由于这方面技术的突破，可以保证一些薄油层能够被开采利用。 1.2欠平衡钻井技术 欠平衡钻井技术是在19世纪末被人们提出来的，其理论发展已经相当的完善。但是欠平衡钻井技术具有较高的要求，需要对油气资源地层压力比较了解，压力 控制比较精确，这样才可以发挥欠平衡钻井技术的优势，使得钻井速度加快，钻 井成本降低。不过利用欠平衡钻井技术进行钻井施工时，还是具有很大的风险， 由于需要相对精确的压力控制，所以钻井的难度也是相当的大，尤其是在水平钻 井以及超深钻井方面，近几十年来，我国在欠平衡钻井技术上投入很大，因此快 速地促进了欠平衡钻井技术的发展。 1.3大位移钻井技术 作为一种新型钻井技术，大位移钻井技术结合了深井钻井技术与水平井钻井 技术的优点。因此大位移钻井技术所具备的技术含量比较高，具有比较复杂，比 较特殊的性质。大位移井指的是水平位移与垂直深度的比值不小于2.0，并且水 平位移大于3000米，αmax大于63度。大位移井能够扩大控油面积，提高石油 开采效率，此外大位移钻井技术还具有以下三个优点：第一，能够节省钻井平台，较少钻井井数；第二，可以用于开发主油田附近的小油田；第三，对于海底油田 可以采取陆地开采的方法，避免搭建人工岛或者海上钻井平台，有利于保护环境。 1.4分支钻井技术 分支井指的是在一口主井的底部再钻出两口或者两口以上的分支井眼，也称 二级分支井眼，以进入地底油气藏，甚至还可以再从二级分支井眼的底部钻出多 个分支井眼（三级分支井眼）。其中主井眼可以是直井、定向斜井以及水平井； 分支井眼可以是水平井、定向斜井以及波浪式分支井眼。同普通定向井、水平井

激光钻井技术研究进展与展望-

?钻井技术与装备? 激光钻井技术研究进展与展望? 张世一１韩彬１，２李美艳１王勇１孙嘉楠１ （１.国家采油装备工程技术研究中心２.中国石油大学（华东）机电工程学院） 摘要：采用传统旋转钻井技术钻井时钻具磨损严重，需经常更换钻头，钻井周期长，成本高三而激光钻井技术可大大提高钻井速度，缩短钻井周期三综述了国内外激光钻井技术在激光／岩石／流体相互作用原理和岩石快速相变的热力学与传热学２大基础学科中的研究成果三指出了激光钻井技术面临的诸多问题，深入分析了影响激光直接钻井破岩效率的因素三提出将激光钻井技术与机械旋转钻井技术相结合的激光辅助破岩技术，并阐述了激光辅助破岩技术的原理，为激光钻井技术的发展指明了研究方向三 关键词：激光钻井；激光破岩；破岩效率；激光辅助破岩 中图分类号：ＴＥ２１ 文献标识码：Ａ ｄｏｉ：１０.１６０８２／ｊ.ｃｎｋｉ.ｉｓｓｎ.１００１－４５７８.２０１６.０７.００２ ＲｅｓｅａｒｃｈＰｒｏｇｒｅｓｓａｎｄＰｒｏｓｐｅｃｔｏｎＬａｓｅｒＤｒｉｌｌｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ＺｈａｎｇＳｈｉｙｉ１ＨａｎＢｉｎ１，２ＬｉＭｅｉｙａｎ１ＷａｎｇＹｏｎｇ１ＳｕｎＪｉａｎａｎ１（１.ＮａｔｉｏｎａｌＯｉｌＰｒｏｄｕｃｔｉｏｎＥｑｕｉｐｍｅｎｔＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒ；２.ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＥｎ-ｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＰｅｔｒｏｌｅｕｍ（Ｈｕａｄｏｎｇ）） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｒｏｔａｒｙｄｒｉｌｌｉｎｇｕｓｕａｌｌｙｌｅａｄｓｔｏｄｒｉｌｌｉｎｇｔｏｏｌｗｅａｒ，ｗｈｉｃｈｒｅｓｕｌｔｓｉｎｆｒｅｑｕｅｎｔｄｒｉｌｌｂｉｔｒｅｐｌａｃｅｍｅｎｔ，ｃａｕｓｉｎｇｌｏｎｇｄｒｉｌｌｉｎｇｐｅｒｉｏｄａｎｄｈｉｇｈｃｏｓｔ.Ｔｈｅｌａｓｅｒｄｒｉｌｌｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｃｏｕｌｄｇｒｅａｔｌｙｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｄｒｉｌｌｉｎｇｓｐｅｅｄａｎｄｓｈｏｒｔｅｎｔｈｅｄｒｉｌｌｉｎｇｃｙｃｌｅ.Ｔｈｅｄｏｍｅｓｔｉｃａｎｄｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌｌａｓｅｒｄｒｉｌｌｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｒｅｓｅａｒｃｈｒｅｓｕｌｔｓｉｎｌａｓｅｒ／ｒｏｃｋ／ｆｌｕｉｄｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｔｈｅｏｒｙａｎｄｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃｓａｎｄｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒｏｎｒｏｃｋｒａｐｉｄｐｈａｓｅｔｒａｎｓｉｔｉｏｎｈａｖｅｂｅｅｎｒｅｖｉｅｗｅｄ.Ｔｈｅｉｓｓｕｅｓｆａｃｅｄｂｙｔｈｅｌａｓｅｒｄｒｉｌｌｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｈａｖｅｂｅｅｎｐｏｉｎｔｅｄｏｕｔ.Ｉｎ-ｄｅｐｔｈａｎａｌｙｓｉｓｈａｓｂｅｅｎｐｕｔｏｎｔｈｅｆａｃｔｏｒｓａｆｆｅｃｔｉｎｇｔｈｅｄｉｒｅｃｔｌａｓｅｒｄｒｉｌｌｉｎｇｒｏｃｋｂｒｅａｋｉｎｇｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ.Ｌａｓｅｒａｓｓｉｓｔｅｄｄｒｉｌｌｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｃｏｍ-ｂｉｎｅｄｌａｓｅｒｄｒｉｌｌｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｗｉｔｈｍｅｃｈａｎｉｃａｌｒｏｔａｔｉｎｇｄｒｉｌｌｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｈａｓｂｅｅｎｐｒｏｐｏｓｅｄ，ａｎｄｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｌａｓｅｒａｓｓｉｓｔｅｄｒｏｃｋｂｒｅａｋｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｈａｓｂｅｅｎｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ｔｈｕｓ，ｐｒｏｖｉｄｉｎｇｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｄｉｒｅｃｔｉｏｎｏｆｌａｓｅｒｄｒｉｌｌｉｎｇｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ. Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｌａｓｅｒｄｒｉｌｌｉｎｇ；ｌａｓｅｒｒｏｃｋｂｒｅａｋｉｎｇ；ｒｏｃｋｂｒｅａｋｉｎｇｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ；ｌａｓｅｒａｓｓｉｓｔｅｄｒｏｃｋｂｒｅａｋｉｎｇ ０ 引言 传统旋转钻井方式依靠高钻压二高扭矩和高转速来提高机械钻速［１］，钻具磨损严重，需经常更换，这会导致钻井效率低，钻井周期长，钻井成本高三近年来，激光技术从小功率激光器的岩石切割逐步发展到大功率激光器的钻井破岩阶段［１－３］三将激光技术和钻井工程相结合的新型钻井方式已成为各国研究的热门课题，未来新型激光钻井技术可能取代旋转钻井方式三笔者介绍了激光钻井技术的发展历程，综述了激光钻井技术在基础学科研究中取得的成果，深入分析了影响激光直接破岩效率的因素，并对将激光技术和机械旋转钻井技术相结合的激光辅助破岩技术进行了展望，为激光钻井技术的发展指明了方向三 ７ ２０１６年第４４卷第７期石油机械 ＣＨＩＮＡＰＥＴＲＯＬＥＵＭＭＡＣＨＩＮＥＲＹ ?基金项目：山东省自然科学基金项目 深层油气藏激光辅助机械破岩机理及可钻性评价 （ＺＲ２０１４ＥＥＱ０３７）；中央高校基本科研业务费专项资金资助项目 深层复杂地质条件激光辅助钻井破岩机理研究 （１５ＣＸ０５０２０Ａ）三

激光钻井技术发展研究

激光钻井技术发展研究 【摘要】近些年来，激光钻井技术在国外有较大的发展，国内这方面也做了一些研究，但还很不够，有必要跟踪该技术的发展，以借鉴和促进国内在这一技术领域的进步。 【关键词】激光；钻井；特性 中图分类号：p62文献标识码：a文章编号： 1006-0278(2012)04-124-01 早在2 0世纪6 0年代和7 0年代，国外就开展过激光钻井研究。但是由于当时的激光技术水平有限，妨碍了激光技术在石油钻井领域的研究与应用。从1997年起，美国重新开展了激光钻井研究，已经取得了令人鼓舞的成果。国内对激光钻井的研究刚刚起步，但我国高功率激光技术已取得突破。故激光钻井的研究前景广阔。本文结合国内外文献，介绍激光钻井技术的技术优势、原理、现状和未来展望。 一、激光钻井的技术优势 就钻井方式而言，传统钻井工艺可分为人工掘井、人力冲击钻、机械顿钻与旋转钻。目前来看，旋转钻井方式是石油钻井的主要方法。旋转钻井这种机械破岩方式于2 0世纪初取代顿钻以来，虽然不断取得进展，但并没有根本性的变化，而且随着钻井难度越来越大，钻井成本总体呈上升趋势。要想大幅度降低钻井成本，需要开发一种更加有效的替代方法。在这种情况下激光钻井技术应运而生，那么激光钻井技术有哪些优势呢？

与传统钻井工艺相比，激光钻井主要具有以下优势： 1.由于极高的能量，使得激光钻进能够更易穿透岩石，美国phillipse公司的现场实验表明：激光钻井10小时的钻井进尺，传统钻井工艺需要10天的时间去完成； 2.激光钻井过程中无需钻井液、钻头，套管等传统钻井必须的设备，从而免去了下套管和起下钻柱的时间，大大节约了成本和时间。据研究表明，传统钻井工艺平均仅有50％的时间用于钻进。20％的时间用于起下钻柱，剩下的30％时间耗费在下套管和注水泥等其他操作上； 3.在钻进过程中，激光冲击岩石后会形成一层陶质层井壁，这层井壁可以有效地防止地层流体流入井中，即对井喷事故具有一定程度的预防作用．从而大大增加钻进的安全系数； 4.激光器系统包括各种图像可视系统及井下传感器，可通过光纤电缆与地面进行通讯，可以对整个钻进过程有更全面的把握与布局。 二、激光钻井技术的原理 激光依靠其吸收、散射和反射功能实现钻进工作。激光照射在岩石的表面上，冲击范围为面积为sl的区域，该区域会迅速吸收激光的能量，导致岩石的熔融。与此同时，伴随着对激光能量的进一步吸收以及激光的散射和反射，会进一步影响sl区域周围的岩石，促使其熔融或蒸发，最终会产生面积为s2的井眼(sl

石油钻井技术现状与发展趋势

石油钻井技术现状与发展趋势 石油钻井技术随着人们的社会生活中对其应用需求量的扩大而获得一定的发展，但由于开采工作受到多方面因素的影响，且其本身具有较高的专业性要求，因此，我国现行的石油钻井技术在实施中还存在一些问题和不足，但从根本上来说，石油资源的应用需求呈现不断扩大的趋势，因此，通过对钻井技术应用现状的研究找到其未来的发展趋势，对于这项技术的有效应用和完善发展具有非常大的意义。 1石油钻井技术的现状简析 首先，现行的钻井技术中，在我国石油开采中应用比较广泛且取得了良好的效果的技术类型包括保护油层技术、高效钻井技术等。另外，除了以上已经发展应用成熟的技术外，我国目前的石油钻井技术进一步向深海领域扩展。其次，在深海区域进行石油开采的主要支持技术则包括了深井钻井技术和分支钻井技术。从客观上来讲，深海区域的石油资源蕴藏总量比较大，且油田也具备一定的规模，但其开在过程中受到环境和技术两方面的影响。一方面，深海区域的地理环境和地形具有高度的复杂性，且海洋环境与陆地环境本身就属于两个不同体系的环境类型。另外，在技术开发上，由于深海区域的现实条件影响，要在此区域进行石油开采，就必须将技术开发重点放在能够实现大跨度位移的钻井技术，避免井内钻屑对海洋环境造成不利的影

响。另外，我国目前的钻井技术研发成果还包括钻头地质导向系统技术以及连续油管钻井技术。从这些现状的分析中可总结得知，我国的石油钻井技术发展水平已经达到了一定的高度，也取得了一定的突破和成就。 2石油钻井技术中的问题分析 2.1钻井速度问题 石油开采的工作中，应用什么样的开采技术，会直接对原油产品的出产质量造成直接的影响。而在钻井工作实施的过程中，决定着钻井工作是否顺利进行的要素是钻头，目前我国的石油开采工作中，PDC型号的钻头是普遍使用的，这种长期使用一种型号的钻头进行石油开采工作的情况，必然会对钻井的速度造成一定的限制。 2.2缺乏特殊工艺支持 除了钻井设备本身对开采工作的与影响，不同的油井类型也同时影响着钻井技术的实施。我国目前的钻井技术常用的领域包括了水平井的钻井、侧钻法进行水平井的钻井。但除此之外，在需要利用特殊工艺来完成的钻井工作来说，我国的石油企业对其的掌握和应用还比较缺乏。 2.3储油层的保护力度不够