摘要：頁巖氣、致密油 / 頁巖油、致密氣、深水、極地等的勘探開發(fā)活動推動了全球鉆完井活動持續(xù)回升，促進了水平井、工廠化作業(yè)等鉆井技術(shù)，以及快速移動鉆機、深水鉆機、極地鉆機等鉆井裝備的快速發(fā)展。國外近年來在高效起下鉆機和高運移性鉆機，復合鉆頭、微芯鉆頭及高效輔助破巖工具，井下實時大容量信息高速上傳，實現(xiàn)造斜段和水平段一趟鉆的高造斜率旋轉(zhuǎn)導向技術(shù)，可折疊連續(xù)管，鉆井遠程傳輸與實時優(yōu)化，連續(xù)循環(huán)系統(tǒng)，控壓鉆井，高溫油基鉆井液、新型水基鉆井液和新型堵漏技術(shù)等方面取得顯著進展。國內(nèi)在萬米鉆機及配套裝備、MWD/LWD/EMWD/ 近鉆頭地質(zhì)導向系統(tǒng)、連續(xù)管技術(shù)與裝備、控壓鉆井、垂直鉆井、隨鉆溫度壓力測試等方面也實現(xiàn)重要突破，推動了鉆井技術(shù)與裝備不斷進步。

 

  關(guān)鍵詞：鉆井；頁巖氣；深水；北極；鉆頭；連續(xù)管；控壓鉆井；工廠化作業(yè).

 

  當前世界油氣工業(yè)正面臨結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型時期，新興市場不斷涌現(xiàn)，頁巖氣、致密油氣、深水油氣等成為工業(yè)的焦點和熱點。在這樣的背景下，鉆井技術(shù)緊隨油氣工業(yè)發(fā)展步伐，盡管面臨著前所未有的困難和挑戰(zhàn)，但也迎來了創(chuàng)新和發(fā)展的難得機遇。

 

  縱觀近年來世界鉆井技術(shù)發(fā)展動向，鉆井正發(fā)生著深刻變化。極端環(huán)境下的資源勘探開發(fā)正成為熱點和焦點，材料、通訊、計算機技術(shù)的飛速發(fā)展、鉆井的遠程控制和自動化操作使得作業(yè)區(qū)域不斷擴大。重大安全事故帶給鉆井行業(yè)的不是膽怯和放棄，而是不斷提高的更加嚴格的技術(shù)標準和操作管理規(guī)程，更加充足的探索未知領(lǐng)域的勇氣。今天，那些走在世界前列的開拓者已經(jīng)學會了如何處理短期目標與長遠發(fā)展、局部效益與整體利益的矛盾關(guān)系，學會靈活地通過合作與共享實現(xiàn)高效發(fā)展，他們在實現(xiàn)自身飛速發(fā)展的同時也給后來者提供了豐富的可供借鑒的經(jīng)驗。經(jīng)過百年的發(fā)展，鉆井行業(yè)雖然經(jīng)歷了反復的跌爬滾打，無數(shù)的失敗和打擊，但從未后退過，相反是在加速前進。加拿大油砂、巴西的鹽下層石油和美國的“致密頁巖油氣”正改變著世界的能源版圖。跟蹤世界鉆井技術(shù)發(fā)展動向，把握世界鉆井技術(shù)發(fā)展脈搏，對于掌握未來發(fā)展領(lǐng)域，調(diào)整和優(yōu)化當前的技術(shù)研發(fā)方向，提前做好技術(shù)儲備，實現(xiàn)國際化發(fā)展目標具有至關(guān)重要的意義。

 

  1 2012 年全球鉆完井特點.

 

  2012 全球鉆完井活動持續(xù)回升“，頁巖氣”、“致密油 / 頁巖油”“、極地”“、深水”等繼續(xù)成為行業(yè)聚焦重點，推動水平井、工廠化作業(yè)等鉆井技術(shù)，以及快速移動鉆機、深水鉆機、極地鉆機等鉆井裝備的快速發(fā)展。2012 年全球油氣勘探開發(fā)投資達 6 040 億美元，自 2009 年以來持續(xù)保持 2 位數(shù)的遞增。全年鉆完井支出總額達 3 600 億美元，在 2011 年高峰基礎(chǔ)上又增加 11%，比 2005 年增加 140%。2012 年石油均價為每桶 112 美元，創(chuàng)歷史最高年度均價水平，而作為全球第二大原油進口國，中國原油進口成本成為全球最高地區(qū)，而進口原油總成本更達 1.38萬億元，成為中國最大單項進口商品。

 

  2012 年全球鉆井數(shù)超過 11 萬口，全年平均鉆機數(shù) 3 166 臺（不包括中國、俄羅斯等），其中北美市場2 235 臺、國際市場 931 臺。68.6% 的鉆機分布在北美。陸海鉆機的利用率和日費均有所增長，鉆井承包市場規(guī)模逐漸回升。

 

  2012 年全球上游油氣并購共完成 679 筆交易，共有 92 宗交易的價格超過 10 億美元，總額達到 4020 億美元，大大超過了 2010 年創(chuàng)下的 2 120 億美元的紀錄。其中 3 個最大交易占到了全球總交易額的 38%，達 970 億美元：俄羅斯國有石油巨頭俄羅斯石油公司 620 億美元收購 TNK-BP 公司，中國海洋石油總公司 180 億美元收購加拿大尼克森公司以及美國自由港邁克墨倫銅金礦公司 172 億美元收購Plains E&P 公司。中石油、中石化、中海油 2012 年海外收購賬單成績斐然，投資金額超越以往任何年份，海外收購花費達 254 億美元。

 

  繁榮的鉆井市場與突出的鉆井熱點引領(lǐng)了鉆井技術(shù)的發(fā)展方向。鉆井技術(shù)裝備在頁巖、深水、極端環(huán)境和安全環(huán)保方面表現(xiàn)突出。頁巖氣大開發(fā)推動水平井、快速移動鉆機及叢式井、批鉆井等技術(shù)發(fā)展。深水鉆井備受關(guān)注，推動鉆井裝備升級與鉆井技術(shù)創(chuàng)新齊頭并進。鉆井安全愈受重視，推動防噴器改造與風險預(yù)測軟件研發(fā)。北極油氣成為焦點之一，促使國外公司加緊建造極地鉆井裝置。

 

  1.1 2012 年頁巖氣鉆完井.

 

  美國的“頁巖氣革命”正在改變世界能源格局，帶動世界許多國家投入頁巖氣開發(fā)，中國、印度、澳大利亞、阿根廷、英國、墨西哥等國加入了頁巖氣鉆探行列。

 

  針對頁巖鉆井中鉆機移動慢、施工自動化程度低、鉆機占地面積大、頁巖坍塌、油基鉆井液昂貴、水平井造斜難、鉆完井成本高等諸多問題，近年來相繼推出了一系列鉆機、鉆頭、井下工具、泥漿、固井等新型鉆井技術(shù)裝備和方法，有效地降低了頁巖鉆井的周期和成本，提高了頁巖氣產(chǎn)量。

 

  廣泛采用水平井、叢式井設(shè)計結(jié)合批鉆井技術(shù)，使鉆井開發(fā)井網(wǎng)覆蓋區(qū)域最大化，作業(yè)流程最優(yōu)化。

 

  推出多種適用批鉆工藝的快速運移鉆機，如Drillmec 鉆井公司的液壓絞車鉆機可減少 30% 的非生產(chǎn)時間，減少運移和安裝成本 40%，提高大位移井、水平井鉆井效率 50%。

 

  貝克休斯公司推出 PDC-牙輪混合鉆頭，在頁巖地層和交互地層鉆進，鉆速更快，進尺更多，壽命更長。史密斯公司推出新型鋼體聚晶金剛石復合片（PDC）頁巖鉆頭，可快速、有效鉆曲線和長水平段，消耗水力能量更少，切削深度更深，狗腿控制更容易。

 

  鉆井液方面，M-I SWACO 推出新型頁巖水基鉆井液，可在含有可溶性鈣、鹽和酸氣的地層中也能保持穩(wěn)定 , 改變了頁巖氣鉆井不易用水基泥漿的事實。

 

  井下工具方面，斯倫貝謝公司推出新型旋轉(zhuǎn)導向工具造斜率高達 17（°）/100 ft，一次起下完成垂直和水平井段的鉆進，從而在油藏中布置更多的井眼，并提高水平井的鉆井效率。

 

  1.2 極地鉆完井.

 

  在高油價和高能源需求下，北極油氣成為相關(guān)國家和國際大油公司關(guān)注的焦點之一，美國、挪威、俄羅斯、丹麥、加拿大、日本、韓國、印度等國都在加快針對北極的“圈地”運動。2011 年殼牌公司的北極圈海域鉆井計劃獲得美國政府批準，于 2012 年夏展開鉆探工作；挪威宣布計劃在北極水域?qū)嵤└嗟你@井作業(yè)；殼牌、埃克森美孚等國際石油公司也通過合作、收購等形式參與北極地區(qū)的油氣勘探開汪海閣等：國內(nèi)外鉆完井技術(shù)新進展3發(fā)項目。

 

  北極是目前全球油氣鉆井活動熱點地區(qū)之一，早在 2008 年，美國地質(zhì)調(diào)查局就預(yù)測北極地區(qū)蘊藏著 900 億桶未探明原油儲量、1 670 萬億立方英尺天然氣。評價還指出其中 84% 的油氣資源集中在北極海域。北極油氣儲量占全球未探明技術(shù)可采儲量的 22%，包括 13% 的未探明原油儲量，30% 的未探明天然氣儲量和 20% 的未探明天然氣液儲量。

 

  美國地質(zhì)調(diào)查局的評估還顯示，北極地區(qū)未探明石油儲量的 70% 位于全世界 5 個近海地區(qū)，包括阿拉斯加州北極地區(qū)、Amerasia 盆地、東格陵蘭島裂谷盆地、東巴倫支海盆地和加拿大西格陵蘭地區(qū)。超過 70% 的未探明天然氣儲量位于西西伯利亞盆地、東巴倫支海盆地和阿拉斯加州北極地區(qū)。

 

  全世界獨立石油公司、國家石油公司不惜花費數(shù)十億美元巨資和多年時間計劃在北極地區(qū)從事油氣勘探開發(fā)活動，為的是能夠在這種全球最極端、最惡劣的環(huán)境中，獲得一份資源分成。

 

  美國地質(zhì)調(diào)查局還指出，到 2008 年，加拿大、俄羅斯和阿拉斯加的陸上區(qū)塊已經(jīng)投入開發(fā)，新發(fā)現(xiàn)的超過 400 個油氣田位于北極圈內(nèi)。這些油氣田預(yù)計油氣當量可達 2 400 億桶，約占全球探明常規(guī)油氣儲量的 10%。目前一些大型石油公司及俄羅斯、挪威、加拿大、美國等國家已經(jīng)在北極海域開始石油鉆探活動，北極油氣勘探開發(fā)如今正受到業(yè)界推崇，然而一些作業(yè)者和政府正在呼吁，北極油氣開發(fā)需要更加嚴厲的安全監(jiān)測。2012 年 OTC 會議將北極開發(fā)難度分為中等難度、高難和極端困難 3 個等級。

 

  1.3 深水鉆完井.

 

  深水鉆完井同樣聚焦了 2012 年全球目光。多公司在墨西哥灣接連取得重大深水發(fā)現(xiàn)，巴西鹽下發(fā)現(xiàn)幾個新的深水油藏，尼日利亞、安哥拉以及印尼的深水項目正在進行。與此同時，康菲公司蓬萊19-3 漏油事故、雪佛龍巴西漏油、俄羅斯鉆井平臺沉沒這一系列安全環(huán)保事故的發(fā)生，對鉆井提升安全標準，升級設(shè)備等級提出迫切要求。

 

  墨西哥灣深水鉆探重啟后，Nobel、埃克森美孚、殼牌和挪威先后宣布在該地獲得重大深水發(fā)現(xiàn)，赫斯和雪佛龍斥資 23 億美元開發(fā)該地區(qū)深水油氣田，巴西鹽下發(fā)現(xiàn)幾個新的深水油藏，尼日利亞、安哥拉以及印尼的深水項目正在進行。

 

  深水鉆井已被美國、挪威、巴西等國作為重點發(fā)展的技術(shù)，研發(fā)力度進一步加大，深水作為未來全球油氣資源開發(fā)的重要基地，石油公司的勘探開發(fā)投資不斷增加，重大油氣發(fā)現(xiàn)不斷出現(xiàn)，油氣儲產(chǎn)量增勢明顯，作業(yè)水深超過 1 500 m 的超深水鉆井裝置在未來一段時間內(nèi)將依然保持供不應(yīng)求的局面。

 

  為減少深水鉆井中用于組裝、拆卸鉆桿及下放、回收水下工具等作業(yè)時間，多公司推出了雙作業(yè)鉆機。雙作業(yè)鉆機通過雙聯(lián)井架設(shè)計結(jié)合 2 套提升系統(tǒng)（旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)以及鉆井液循環(huán)系統(tǒng)）可實現(xiàn)主、輔雙井口作業(yè)方式 , 將一些準備工作與正常鉆井同步進行 , 大大提高鉆井效率。目前在建的深水鉆機基本上全部配備雙作業(yè)鉆機，如荷蘭 Huisman設(shè)備公司為深水半潛式鉆井平臺和鉆井船設(shè)計的雙作業(yè)箱式鉆機井架的提升力達 1 090 t，額定鉆深能力達 12 192 m。采用新型雙井架設(shè)計可減小半潛式鉆井平臺和鉆井船的尺寸，顯著提高鉆井作業(yè)效率。

 

  殼牌公司將新型自動控壓鉆井裝置和套管 / 尾管鉆井技術(shù)相結(jié)合，解決枯竭油田鉆井難題。挪威開發(fā)簡化的 MPD，通過改進節(jié)流控制系統(tǒng)、簡化地面系統(tǒng)使 MPD 更加高效。另外，泥漿帽鉆井可解決嚴重漏失地層鉆進問題。

 

  Huisman 公司的鉆井平臺旋轉(zhuǎn)式懸臂梁可圍繞甲板上的固定點旋轉(zhuǎn)，聯(lián)合多功能箱式鉆塔，創(chuàng)造了一種輕質(zhì)構(gòu)造，使相同的支撐腿提供更大的鉆深能力和更多的甲板自由面積。自升式鉆井平臺可變載荷 907 t，懸臂梁尺寸 64.8×19.2×12 m，最大延伸26.8 m，橫向旋轉(zhuǎn) 37.8 m，鉆塔高度 61 m，大鉤載荷1 090 t，最大鉆井深度 10 668 m。

 

  Helix Well Containment Group（HWCG）推出了應(yīng)對漏油事故的井口溢油控制裝置，該裝置使用了Sonardyne 寬帶聲波監(jiān)測技術(shù)，在井口壓力為 68.9MPa 情況下，每天可收集 8 745 桶石油或 269 ×104m3天然氣。Sonardyne 系統(tǒng)由地面指揮單元、智能聲波遠程傳感器和海底電子模塊組成，可遠程監(jiān)測壓力和溫度變化，并及時上傳到地面。

 

  隨著深水不斷取得重大油氣發(fā)現(xiàn)，勘探開發(fā)熱點已從美國墨西哥灣、巴西、西非拓展到中東、亞太等地區(qū)。全球海洋鉆井作業(yè)水深紀錄不斷刷新。2003 年Transocean 公司在美國墨西哥灣創(chuàng)造了 3 051 m 的世界海洋鉆井作業(yè)紀錄，2011 年該公司再次刷新了紀錄，在印度海域創(chuàng)造了新的世界紀錄 –3 107 m。

 

  對石油工業(yè)而言，海洋既是高新技術(shù)的主要用武之地，也是高新技術(shù)的發(fā)源之地。為迎接未來更加嚴峻的挑戰(zhàn)，深水鉆井技術(shù)裝置的發(fā)展方向主要是：海洋環(huán)境適應(yīng)能力更強（比如向北極拓展）；作業(yè)水深不斷加大；鉆深能力更強；結(jié)構(gòu)多樣化（比4石油鉆采工如圓筒形、深吃水半潛式等）、多功能化；信息化、自動化、智能化；鉆井效率更高（越來越多地配置雙作業(yè)鉆機）；更加安全、環(huán)保、舒適。BP 墨西哥灣泄油事故以后，海洋鉆井的安全環(huán)保備受關(guān)注，要求更加嚴格，定將推動海洋鉆井技術(shù)裝備上一個新的臺階。

 

  2 國外鉆完井技術(shù)與裝備新進展.

 

  國外近年來在鉆機裝備、鉆頭及破巖工具、控壓鉆井、高速信息傳輸、井下工具、鉆井液及新材料等方面取得顯著進展，推動了鉆井技術(shù)與裝備不斷進步。

 

  2.1 工廠化作業(yè).

 

  工廠化鉆井（Factory Drilling）是叢式井場批量鉆井（Pad Drilling）和工廠化鉆井（Factory Drilling）等新型鉆完井作業(yè)模式的統(tǒng)稱，是指在同一地區(qū)集中布置大批相似井、使用大量標準化的裝備和服務(wù)，以生產(chǎn)或裝配流水線作業(yè)的方式進行鉆井和完井的一種高效低成本的作業(yè)模式。

 

  工廠化作業(yè)模式利用快速移動式鉆機對叢式井場的多口井進行批量鉆完井，一種是批量鉆完井后鉆機搬走，采用工廠化壓裂模式進行壓裂、投產(chǎn)；另一種模式是以流水線的方式，實現(xiàn)邊鉆井、邊壓裂、邊生產(chǎn)，鉆完一口壓裂一口，這也是目前美國非常規(guī)油氣開發(fā)上普遍采用的作業(yè)模式，以一個 6 口井井場為例，這種最新的同步作業(yè)模式比以前可節(jié)省62.5% 的時間，作業(yè)效率進一步提升。

 

  工廠化作業(yè)是鉆完井作業(yè)模式的一次重大突破，目前已在全球范圍內(nèi)得到推廣應(yīng)用，必將助推未來非常規(guī)油氣高效開發(fā)。近年來在長慶蘇里格氣田、新疆致密油、吉林致密油、四川致密氣開發(fā)中發(fā)揮了重要重要。

 

  2.2 新型鉆機.

 

  油氣裝備制造商和鉆井承包商一直在研發(fā)或改進鉆機設(shè)計和鉆井裝備，使之更安全、更環(huán)保。通過不斷地提供新的或改進的操作系統(tǒng)或裝備，盡可能減小鉆臺上鉆機的尺寸來提高安全性。通過自動化提升移動性、靈巧的設(shè)計和專業(yè)化滿足日益苛刻的環(huán)境條件。一些很有前景的新鉆機系統(tǒng)也在設(shè)計或測試中。

 

  2.2.1 連續(xù)運動鉆機（CMR）.

 

  自旋轉(zhuǎn)鉆井誕生以來，起鉆時鉆桿從井眼起出 1 個、2 個或 3 個接頭后，放上吊卡，卸扣，排管，吊卡放下，這一步驟不斷重復著。連續(xù)運動鉆機（CMR）設(shè)計打破了傳統(tǒng)理念，能夠完成常規(guī)鉆桿的連續(xù)、快速起下鉆，以及常規(guī)套管的連續(xù)、快速下套管作業(yè)，并實現(xiàn)連續(xù)循環(huán)和連續(xù)鉆進。鉆桿下入速度達 3 600 m/h，為深層油氣勘探開發(fā)提供一種高效低成本的鉆井系統(tǒng)。連續(xù)運動鉆機 2 套起升系統(tǒng)配合連續(xù)循環(huán)系統(tǒng)開辟了連續(xù)鉆井和連續(xù)循環(huán)的可能性。CMR 屬于工業(yè)聯(lián)合項目，于 2010 年年中完成。通過對試驗井的分析顯示，鉆井周期可節(jié)約 15%~25%，進一步的設(shè)計，自動化與CMR 技術(shù)結(jié)合，將節(jié)省 30%~40% 的鉆井周期。目前，CMR 正由挪威油井系統(tǒng)技術(shù)集團（WeST 集團）旗下的 WeST 鉆井產(chǎn)品公司通過一個聯(lián)合工業(yè)研究項目開展研發(fā)。CMR 主要部件包括：雙井架，設(shè)計緊湊，合二為一，看上去像 1 個井架；2 個井架機器人；2 套提升系統(tǒng)，配備頂驅(qū)和自動上卸扣裝置，兩提升系統(tǒng)各自的提升能力為 750 t；兩套自動管子操作設(shè)備。連續(xù)運動鉆機實現(xiàn)鉆柱連續(xù)起下、連續(xù)循環(huán)，有望引領(lǐng)海洋鉆機發(fā)展方向。

 

  2.2.2 適用于頁巖氣鉆井的便攜式模塊化鉆機.

 

  Sparta鉆機以其安全、高效、高運移性鞏固了它在北美頁巖氣區(qū)塊的地位。便攜式的模塊化設(shè)計使該鉆機在井與井間移動時能夠沿任意方向安裝井架大門，且符合美國運輸部嚴格的運輸限制。Sparta 鉆機集成了兩大結(jié)構(gòu)技術(shù) -- 垂直裝配井架和液壓絞盤提升四角底座。鉆機可提供 735~1 000 kW，可以移動裝配有頂驅(qū)、滑動游車和鉆井大繩軸的井架。

 

  2.2.3 高效可移動鉆機支持靈活井口布局.

 

  Patterson-UTI 屬于新一代的高效可移動鉆機?？梢暬娮?a href="http://createlifehome.cn/t/鉆井系統(tǒng).html" >鉆井系統(tǒng)通過自動控制鉆壓、壓差和鉆速將 PDC 鉆頭和井下鉆機性能最優(yōu)化，良好的安全性貫穿于 EDS整個系統(tǒng)，包括 Wichita DM 236 電力制動，先進的天車和鉆臺防護。鉆機的專業(yè)移動系統(tǒng)搭配管扣實現(xiàn)鉆機前后、左右或旋轉(zhuǎn)移動，完成靈活的井口布置和定位。電子懸掛系統(tǒng)的改進，多功能出油管線和泥漿循環(huán)系統(tǒng)實現(xiàn)了鉆機本身按井眼設(shè)計移動超過45.7 m 而不需移動其他配套設(shè)施。另外鉆機裝備了國民油井公司的 Ross Hill 1400 SCR 驅(qū)動系統(tǒng)，操作簡單、可靠、表現(xiàn)優(yōu)異和易于維護。Wrangler 3500 型汪海閣等：國內(nèi)外鉆完井技術(shù)新進展5液壓平臺替代了手工操作，其遠程控制功能讓作業(yè)者在起落管件時遠離危險的鉆臺。該鉆機在最大限度減少非生產(chǎn)時間的同時，大大提高了作業(yè)安全性。

 

  2.2.4 連續(xù)管鉆機 包括單一模式、復合式、塔式井架、旋轉(zhuǎn)、滾筒高置等多種型號連續(xù)管鉆機。加拿大FOREMOST 公司生產(chǎn)的連續(xù)管鉆機，適應(yīng)的最大管徑是 88.9 mm，注入頭最大提升能力 90 t，頂驅(qū)最大提升能力 120 t，是目前世界最先進的連續(xù)管鉆機。

 

  2.2.5 Xtreme 的連續(xù)管作業(yè)機 XSR200 2-5/8”連續(xù)管修井機最大作業(yè)井深 7 167.5 m，是目前世界上作業(yè)最深的連續(xù)管陸地作業(yè)機。

 

  2.2.6 Huisman 的雙作業(yè)箱式鉆機 通過雙聯(lián)井架設(shè)計并結(jié)合 2 套提升系統(tǒng)，實現(xiàn)主、輔雙井口作業(yè)方式。

 

  2.2.7 Seabed Rig AS 的海底鉆機 實現(xiàn)全自動鉆進，裝備完整密封艙設(shè)計，通過與鉆井船連接的“臍帶”提供動力和循環(huán)液以及實現(xiàn)有效控制。

 

  2.2.8 拖掛鉆機 鉆機主體滿足整體直立移運，4 000~7 000 m 鉆機百公里內(nèi) 3~5 d 完成搬家開鉆，近距離實現(xiàn)當天搬家、當天開鉆。發(fā)電機組和電控模塊 /1 車，固控系統(tǒng) /2 車，2 臺泥漿泵組 /1 車，外圍配套件全部采用拖掛運輸。極大節(jié)省了搬家時間和搬家時吊裝、拆裝成本。

 

  2.2.9 齒輪齒條鉆機 無絞車、大鉤、鉆井鋼絲繩，效率高，移運性好，是當前中小型鉆機發(fā)展的亮點。

 

  2.3 新型鉆頭與破巖工具.

 

  近年來，用于牙輪鉆頭的金剛石加強牙齒技術(shù)在國內(nèi)外鉆頭產(chǎn)品中應(yīng)用越來越廣。所謂“金剛石加強牙齒”（Diamond Enhanced Insert）實際上就是與PDC 鉆頭復合片類似的聚晶金剛石復合牙齒。這種牙齒耐磨性非常好，但成本也高，所以一般多用于保徑結(jié)構(gòu)。但也開始出現(xiàn)全部使用金剛石加強牙齒的鉆頭產(chǎn)品，用于鉆進研磨性極強的地層。

 

  新一代復合片在熱穩(wěn)定性、抗研磨性和抗沖擊性明顯增強。特別是熱穩(wěn)定性的改進，已經(jīng)成為尖端復合片技術(shù)的重點攻關(guān)目標，這對提高 PDC 齒在難鉆地層的工作壽命十分重要。使得新一代 PDC鉆頭適應(yīng)硬地層、研磨性地層以及難鉆不均質(zhì)地層的能力明顯增強。此外，復合片的自銳性能也有了階躍式的進步，金剛石層表層的磨損速度明顯低于深層，因而能夠使復合片的切削刃更加銳利。這對提高 PDC 齒在高強度地層鉆進時的吃入能力十分有益。

 

  牙輪-PDC 混合鉆頭、微芯鉆頭等技術(shù)的突破，推動了硬地層鉆速的持續(xù)提高。

 

  2.3.1 Kymera 復合鉆頭 貝克休斯公司推出的 Kymera系列鉆頭，最小尺寸只有 155.6 mm，最大達 711 mm，具有金剛石鉆頭切削及牙輪鉆頭高抗壓強度優(yōu)點，即能夠同時發(fā)揮 PDC 鉆頭優(yōu)越的切削破巖機理及牙輪鉆頭的沖擊破碎機理。適用于硬質(zhì)夾層、結(jié)核狀地層、塑性泥巖地層，尤其是含細礫地層。由于具有 PDC 鉆頭的攻擊性，所以具有鉆速快的特點，同時又具有牙輪鉆頭一樣的低扭矩特性，所以運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，軸向振動小，方向控制性好，壽命長。目前該鉆頭進尺已接近 8×104m，在美國、加拿大、巴西、沙特、挪威、中國等多個國家使用。

 

  最近該鉆頭在塔里木油田迪北 103 井 ?444.5mm 井眼首次應(yīng)用，克服迪北區(qū)塊蘇維依組礫石含量多、地層軟硬交互頻繁、可鉆性差等問題，一趟鉆鉆穿吉迪克底部、蘇維依組、庫姆格列木群組，總進尺342.4 m，平均機械鉆速 1.91 m/h，與鄰井迪北 104 相比，降低鉆井周期 16 d，代替 5 只 PDC 鉆頭。

 

  可喜的是，由寶石機械成都裝備制造分公司研發(fā)的牙輪-PDC 復合鉆頭（圖 2）在四川麻 002-H1 井須家河組（須四—須二）首次成功完成現(xiàn)場試驗。此次試驗從井深 954.73 m 順利鉆進至 1 232.73 m，總進尺 278 m，平均機械鉆速 4.21 m/h，機械鉆速同比麻 6 井提高 23.46%，且出井后鉆頭胎體、新度保持較好，鉆頭工作穩(wěn)定性較 PDC 鉆頭顯著提高。該鉆頭的研制和試驗成功，為軟硬交錯地層的高效鉆進提供了新的技術(shù)手段。

 

  2.3.2 微芯鉆頭（MicroCORE） 微芯鉆頭能隨鉆切取小直徑巖心，提高破巖效率，用于深部堅硬地層和高溫高壓井，現(xiàn)場應(yīng)用提速 40%~80%。鉆頭設(shè)計方法帶來其它常規(guī)鉆頭無可比擬的性能，能夠連續(xù)提供較大的高質(zhì)量巖心碎塊（直徑 10×30 mm微型巖心）。鉆進地層的小尺寸巖心由鉆頭的中心區(qū)域完成，同時不影響鉆頭切削結(jié)構(gòu)，而且這個過程是在鉆井過程中連續(xù)發(fā)生的。在鉆井過程中，小尺寸巖心長度不斷增長到標稱長度，就會接觸到一個巖心破壞裝置，利用橫向作用力將巖心切斷。在 2 個前置刀翼中間有 1 個較大且較深的槽，小尺寸巖心就會通過這個中空區(qū)域運移到環(huán)空中。這個中空區(qū)6石油鉆采工藝 2013 年 9 月（第 35 卷）第 5 期域始終保持敞開狀態(tài)，防止鉆頭堵塞等風險的發(fā)生。

 

  盡管小尺寸巖心很難完整地到達地面，但是這些較大尺寸的巖心碎塊（遠大于常規(guī)鉆屑）在地面收集后可用于巖石力學分析。

 

  2.3.3 抗高溫牙輪鉆頭.

 

  斯倫貝謝 Smith 鉆頭公司發(fā)布了用于地熱井和高溫鉆井的高效牙輪鉆頭Kaldera。該鉆頭采用先進的密封和潤滑系統(tǒng)，密封件由增強纖維型氟橡膠復合材料制成，由此提供熱穩(wěn)定性和抗研磨性能。從合成油和功能性添加劑中創(chuàng)新性研發(fā)出一種混合脂，能夠在高溫下提高工具的承載能力，從而充分保證軸承和密封系統(tǒng)的潤滑性。近期在意大利溫度超過 277 ℃的地熱井中成功應(yīng)用，純鉆 77 h，與鄰井相比，井底鉆進時間提高了 37%。起鉆后發(fā)現(xiàn)鉆頭所有的密封和軸承件仍然處于有效壽命內(nèi)。

 

  鉆頭公司用于高溫井的 Kaldera 牙輪鉆頭2.3.4 哈里伯頓SteelForce鉆頭 該鉆頭流道面積大，具有防泥包涂層，有助于清除巖屑和防止泥包。優(yōu)異的切削齒技術(shù)提高了抗研磨、抗沖擊和熱穩(wěn)定性。較以往鉆頭相比，鉆速快 87%，降低了每米成本（圖 5）。

 

  圖 5 傳統(tǒng)的基質(zhì)鉆頭（左邊）與哈里伯頓 SteelForce 鉆頭的高切削齒設(shè)計對比SteelForce 鉆頭的優(yōu)點是：①鋼比碳化物合金更有韌性，鋼胎體的切削部分伸出長度遠遠大于傳統(tǒng)鉆頭，提高了流道面積，從而提高了鉆速；②擴展了噴嘴類型設(shè)計，從而具有更大適應(yīng)性，也使該型鉆頭較其他類似鉆頭鉆得更快、磨損更少；③為對付研磨性地層磨損，采用新型表面堆焊硬合金工藝，延長了鉆頭壽命，甚至超過碳化鎢合金鉆頭；④每只鉆頭都有防泥包涂層，改變了鋼體的電位，排斥了負離子的淤渣沉積，防止鉆頭泥包；⑤切削齒提供抗研磨性和抗沖擊性，控制鉆進過程中產(chǎn)生的摩擦熱能力，使得它可承受鉆進時間更長、磨損速率更慢。

 

  2.3.5 新一代 O2切削 齒 PDC 鉆 頭  斯倫貝謝Smith 公司開發(fā)了新一代 O2切削齒 PDC 鉆頭，同傳統(tǒng) PDC 鉆頭相比，強化了高溫高壓燒結(jié)流程，精制的后處理流程改善了切削齒的熱穩(wěn)定性，優(yōu)化的水力結(jié)構(gòu)提高了鉆頭冷卻效率。在東德克薩斯油田的現(xiàn)場試驗中，鉆速提高 25%。該技術(shù)目前已開始應(yīng)用于 Haynesville 頁巖氣及其他堅硬、高研磨性地層。

 

  2.3.6 SperryDrill XL/XLS 和 GeoForce XL/XLS系列馬達 哈里伯頓 Sperry Drilling 公司發(fā)布了SperryDrill XL/XLS 和 GeoForce XL/XLS 系列馬達，進一步完善了其螺桿鉆具系列。該系列馬達功率提高了 80%，扭矩載荷提高了 65%，作業(yè)壓差提高了50%，鉆頭與彎節(jié)之間距離更短，從而具有更高的造斜率。額定作業(yè)溫度達到375 °F。這些馬達已在北美、南美和中東地區(qū)應(yīng)用。

 

  2.3.7 Mpact 公司新型 4-3/4”井下馬達 Mpact 井下馬達公司發(fā)布了其新型 ?120.65 mm（4-3/4”）井下馬達，其負載能力提高了 18%，從而進一步提高了工具可靠性，同時允許施加更大的鉆壓，有助于提高鉆速。大型止推軸承具有更大的負載能力。工具的抗拉強度等于或超過馬達其它部分。其專有的可調(diào)外殼能夠在 0~4°間進行調(diào)整。可調(diào)外殼在距調(diào)整環(huán)彎曲點處約 120°左右安裝 1 個墊磨片。轉(zhuǎn)子的偏心移動與軸承組合的同心轉(zhuǎn)動由驅(qū)動軸連接。軸承組合用油實現(xiàn)潤滑、密封盒壓力平衡。這種壓力平衡方法能確保密封件壓耗為零，使得密封件只是油和鉆井液之間的屏障。最大推薦鉆頭壓降為 10.34MPa（1 500 psi）。徑向軸承能適應(yīng)大尺寸驅(qū)動軸，使其能夠承受極大的徑向載荷和扭轉(zhuǎn)載荷。溫度額定值為 400°F。

 

  2.3.8 渦輪鉆具配合孕鑲鉆頭 渦輪鉆具采用金屬汪海閣等：國內(nèi)外鉆完井技術(shù)新進展7定子和轉(zhuǎn)子葉輪、全金屬徑向軸承、PDC 材質(zhì)軸向止推軸承，適用于高溫井和超高溫井的環(huán)境。孕鑲鉆頭由天然金剛石砂、人造金剛石顆粒、碳化鎢粉末以及粘合劑（鈷、鎳等稀有金屬）澆注而成，具有極高的抗研磨性和耐久度。渦輪鉆具配合孕鑲鉆頭特別適合于具有挑戰(zhàn)性的火成巖、花崗巖，致密膠結(jié)砂巖、含礫石地層以及軟硬交錯沖擊性強的地層。渦輪鉆具可適用的最高循環(huán)井下溫度達 260 ℃。目前在沙特、松遼深層均得到了較好應(yīng)用。在沙特 Pre-Khuff 泥巖含礫地層，抗壓強度 172.37~248.22 MPa（25 000~36 000 psi），屬于超硬、研磨性極高地層。

 

  常規(guī)牙輪鉆頭和馬達鉆具機械鉆速低（0.8 m/h），鉆頭牙輪損壞和掉牙輪情況時有發(fā)生。應(yīng)用史密斯 ?168.28 mm（6-5/8”）定向渦輪鉆具和配合使用M842 孕鑲金剛石鉆頭 , 單趟鉆進尺 259.7 m，平均機械鉆速 2.13 m/h，比鄰井螺桿配合牙輪鉆頭節(jié)省了49% 費用。

 

  2.4 高造斜率旋轉(zhuǎn)導向系統(tǒng)為開發(fā)非常規(guī)資源所鉆的水平井通常具有造斜率高、水平段長、井眼軌跡精確、下入次數(shù)多等需求，使用常規(guī)鉆井工具將耗費大量時間。如能一趟鉆完成從垂直段到水平段的鉆進，將可通過減少數(shù)次起下鉆作業(yè)大大節(jié)省鉆井時間。非常規(guī)油氣的開發(fā)推動了水平井技術(shù)的快速發(fā)展，而水平井技術(shù)的發(fā)展，對旋轉(zhuǎn)導向系統(tǒng)提出了更高要求。

 

  2.4.1 貝克休斯研制的 AutoTrak Curve 旋轉(zhuǎn)導向系統(tǒng) 可實現(xiàn)一趟鉆快速鉆進井眼垂直段、曲線段和水平段，減少起下鉆次數(shù)，實現(xiàn)更快速建井（圖 6）。

 

  AutoTrak Curve 是全閉環(huán)旋轉(zhuǎn)導向系統(tǒng)，可根據(jù)指令向任意方向鉆出準確、平滑的井眼軌跡。其導向功能主要由安裝在導向套筒中的三個可伸縮棱塊實現(xiàn)。導向套筒位于鉆頭附近，以固定的速率低速旋轉(zhuǎn)。地面控制信號發(fā)出后，井下供電裝置驅(qū)動棱塊有選擇地伸出，使旋轉(zhuǎn)中的鉆柱向既定方向偏斜。

 

  在鉆頭附近還安裝有伽馬射線探測器，有效縮短了工具長度，幫助進行更為精確的地質(zhì)導向。系統(tǒng)能夠?qū)⒌孛嬷噶顐鬟f到井底，使鉆頭按照預(yù)定方位和井斜鉆進，在北美最堅硬的非常規(guī)地層中完成了超過 10 000 h 的現(xiàn)場試驗，鉆進井段 ?222.25 mm，節(jié)省鉆井周期達 60%。系統(tǒng)最高造斜率超過 15（°）/30m，允許鉆井液添加堵漏劑，拓展了鉆井液選用范圍。

 

  與傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)導向系統(tǒng)相比，AutoTrak Curve 鉆入儲層時間更短，井眼控制能力更強，成本更低，適用范圍更廣。

 

  圖 6 高造斜率旋轉(zhuǎn)導向工具鉆進示意圖2.4.2 斯倫貝謝開發(fā)的 PowerDrive Archer 高造斜率旋轉(zhuǎn)導向系統(tǒng) 這是一種將推靠式和指向式優(yōu)勢特征相結(jié)合的混合型旋轉(zhuǎn)導向系統(tǒng)，既可以實現(xiàn)高狗腿度（DLS），同時又可以達到常見旋轉(zhuǎn)導向系統(tǒng)的機械鉆速。由于是全程旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)，所有外部組件和鉆柱一起旋轉(zhuǎn)，這有利于井眼清潔，同時降低卡鉆的風險。井眼尺寸 8 ?”–8 ?”，最大造斜率 16.7（°）/30 m。

 

  系統(tǒng)可進行三維定向井鉆井，可在任何一點開窗側(cè)鉆，工作過程中所有的外部件都旋轉(zhuǎn)，減少了機械以及壓差卡鉆的可能性，改善了井身質(zhì)量。

 

  PowerDrive Archer RSS 不依賴外部移動墊塊推靠地層產(chǎn)生側(cè)向力。取而代之的是，4 個泥漿控制的活塞推靠鉸接式圓柱形導向套筒的內(nèi)部，然后通過一個和萬向節(jié)連接的樞軸把鉆頭指向所需的方向。

 

  此外，位于萬向節(jié)上方的 4 個外部套筒扶正器刀翼一旦接觸到裸眼井壁，就會為鉆頭提供側(cè)向力，使得RSS 可執(zhí)行與推靠式系統(tǒng)類似的作業(yè)。由于其移動組件都在工具內(nèi)部，免受惡劣鉆井環(huán)境的影響，因此該 RSS 出現(xiàn)故障或遭到損壞的風險較低。這種設(shè)計還有助于延長 RSS 的使用壽命。與工具面相對位置保持一致的內(nèi)部閥門分流了部分泥漿到活塞。泥漿驅(qū)動活塞伸出來推靠導向套筒。在中性模式下，泥漿閥連續(xù)旋轉(zhuǎn)，鉆頭的側(cè)向力沿著裸眼井壁均勻分布，使得 RSS 得以保持其走向。

 

  近鉆頭測量參數(shù)如自然伽馬、井斜和方位角，允許作業(yè)者密切監(jiān)控鉆井過程?？刂茊卧ㄟ^連續(xù)泥漿脈沖遙測裝置將當前方位和其他操作參數(shù)傳遞給地面的作業(yè)者。定向井司鉆把指令從地面發(fā)送到位于導向單元上方的控制單元。泥漿流速根據(jù)這些命令而改變。

 

  每個命令都有各自獨特的波動模式，并和預(yù)先設(shè)定的導向圖上的離散點一一對應(yīng)，而這張導向圖在工具下鉆之前都已經(jīng)通過編程方式輸入到工具的內(nèi)存中。

 

  采用 PowerDrive Archer RSS，作業(yè)者可以使用同一個 BHA 從上到下連續(xù)鉆垂直段、彎曲井段及水平井段，從而提高鉆井效率、機械鉆速和井眼質(zhì)量。

 

  避免了滑動鉆進及旋轉(zhuǎn)鉆進模式的交替更換，使用8石油鉆采工藝 2013 年 9 月（第 35 卷）第 5 期旋轉(zhuǎn)導向系統(tǒng)能夠降低井眼彎曲度、避免了粗糙井眼帶來的高摩阻。這有助于在油藏內(nèi)鉆出更長的水平井段。在 Marcellus、Woodford 頁巖地層水平井鉆井中發(fā)揮了重要作用（圖 7）。

 

  圖 7 PowerDriveArcher 高造斜率旋轉(zhuǎn)導向系統(tǒng)另外 PathFinder 公司研制的 i-PZIG 是首款具有近鉆頭井斜、伽馬射線成像功能的定向工具，離鉆頭僅幾英尺遠，進一步提高了數(shù)據(jù)傳輸速度。威德福公司研制的 MotarySteerable 在泥漿馬達上配置彎接頭和具有三維定向控制功能的 MWD 元件，成本低，兼具旋轉(zhuǎn)導向系統(tǒng)的功能，造斜率 0~3°/30m 。

 

  2.5 可折疊連續(xù)管技術(shù)CoilFlat CT Liner 是一種可以沿軸線折疊、連續(xù)盤繞的管中管（外管壁較薄，內(nèi)管壁稍厚）形式的套管（圖8）。CoilFlat 具有 2 個突出優(yōu)點：利用連續(xù)管滾筒下入，下入長度不受限制，1 個直徑 3.96 m、寬度 2.44 m 的滾筒可以盤繞 ?193.68 mm（7–5/8”）的折疊式連續(xù)套管1 219 m；抗擠毀能力更強。采用 CoilFlat 代替套管可以大幅度減少（高達 70%）鋼材用量、大大減少下入時間、大幅度減少水泥用量同時提高固井質(zhì)量。

 

  圖 8 CoilFlat 可折疊管CoilFlat 可折疊管無常規(guī)絲扣接頭，下井后，靠施加高泵壓撐圓。水泥漿通過管中管的環(huán)隙向下注入，并上返至管外環(huán)空。水泥漿凝固后產(chǎn)生 4 層保護：兩層水泥環(huán)、兩層鋼管，抗擠毀強度增大 1 倍。管子折疊后的寬度小于撐圓后的外徑，可充當可膨脹管使用。

 

  CoilFlat 可折疊管目前還面臨一些技術(shù)難題：下井后如何確保不同井段的管子都能一致?lián)螆A，否則水泥漿無法在 2 個環(huán)空內(nèi)均勻充填；無扶正器，如何確保管子在井筒內(nèi)居中，否則可能影響固井質(zhì)量。

 

  2.6 鉆井信息化技術(shù)井下寬帶信息傳輸技術(shù)是一項致力于解決鉆井過程中泥漿脈沖傳輸和電磁波傳輸速度慢，隨鉆測井多數(shù)數(shù)據(jù)不能實時獲取的難題的先進技術(shù)。最早由美國 Intelliserv 公司提出，并得到了美國能源部的資助，自 2004 年通過全尺寸現(xiàn)場試驗以來，不斷發(fā)展和完善，已成為現(xiàn)代隨鉆儲層導向和隨鉆儲層評價的一種高速傳輸通道，得到哈里伯頓、貝克休斯、斯倫貝謝和威德福等國際一流油田技術(shù)服務(wù)公司的認可和應(yīng)用。

 

  井下寬帶信息傳輸技術(shù)把電纜嵌入鉆桿，鉆桿工具接頭兩端的電纜各有個感應(yīng)環(huán)，兩感應(yīng)環(huán)并不直接接觸，電纜之間通過電磁感應(yīng)實現(xiàn)“軟連接”，通過電磁感應(yīng)實現(xiàn)信號在鉆桿間的高速傳輸。通過鉆柱連接，形成一條自井底沿鉆柱到達地面的連續(xù)信道。傳輸速率極高。實際傳輸速率已達到 57kbps~2 Mbps，是泥漿脈沖或電磁波信道的 5 000 多倍?？蓪崿F(xiàn)井下 - 地面信息的瞬間傳輸。如果說測井是石油工業(yè)的“眼睛”，那么井下寬帶信息傳輸技術(shù)就是給這個“眼睛”裝上了“望遠鏡”。

 

  目前，美國國民油井華高公司（NOV）通過公司收購掌握著井下寬帶信息傳輸技術(shù)的核心技術(shù)。

 

  2.6.1 分布式井下微電子隨鉆測量系統(tǒng)［15］利用直徑為 2~5 mm 的包含眾多傳感器（溫度、壓力、井斜、方位、地質(zhì)參數(shù)、運動參數(shù)等）的微芯片隨鉆井液泵入井下，在井口收集這些微芯片，以便掌握井下地層與鉆頭的走向等，實現(xiàn)井下實時連續(xù)的全井參數(shù)測量，解決欠平衡鉆井過程中傳統(tǒng)隨鉆測量系統(tǒng)無法應(yīng)用問題。也可用于井下問題 / 事故定位與排查，提高隨鉆測量系統(tǒng)的可靠性，提高隨鉆測量系統(tǒng)的可維護性，降低操作復雜性。該技術(shù)成本低，有可能改變井下數(shù)據(jù)的采集方式。

 

  2.6.2 E-drilling 中心［16］挪威 SINTEF 石油研究中心利用實時動態(tài)模型模擬鉆井過程，根據(jù)實時模擬和鉆井數(shù)據(jù)分析進行井下事故與復雜診斷和決策。具有先進的三維可視化技術(shù)，使決策者能看到井內(nèi)在發(fā)生什么。三維可視化技術(shù)用于遠程監(jiān)控和控制作業(yè)（可視化井筒），包括：海底安裝；修井作業(yè)；地震；設(shè)計與模擬；勘探；鉆井優(yōu)化；生產(chǎn)；維修和改進；HMS；下柱塞或棄井等。在信息采集和傳輸方面，從“單因素記錄測量”向“信息高速公路成像測量”發(fā)展，采用有線鉆桿技術(shù)實時測量和傳輸數(shù)據(jù)，對油藏性能進行實時更新。同時，利用隨鉆地震SWD、隨鉆垂直地震剖面 VSPWD、電阻率掃描、電磁感應(yīng) NMR 等技術(shù)，進一步增強儲層導向能力。

 

  2.6.3 遠程鉆井咨詢系統(tǒng) 貝克休斯 WellLink 遠程鉆井咨詢系統(tǒng)，通過對比數(shù)據(jù)庫中的相似鉆井案例，提前發(fā)現(xiàn)鉆井過程中的潛在問題，避免卡鉆、井漏、汪海閣等：國內(nèi)外鉆完井技術(shù)新進展9井涌等事故的發(fā)生。Empirical 實時錄井技術(shù)采用實時云計算系統(tǒng) Live Logging 在鉆井中隨時利用電腦與井場建立聯(lián)系，實時獲取地面錄井數(shù)據(jù)。

 

  2.7 連續(xù)循環(huán)系統(tǒng)接單根過程中實現(xiàn)鉆井液連續(xù)循環(huán)具有很多好處，包括更好地控制環(huán)空壓力波動（降低井涌發(fā)生的風險），減少泥漿漏失，降低壓差和機械卡鉆風險等。連續(xù)循環(huán)系統(tǒng)能夠降低泥漿泵開啟與關(guān)閉過程中引起的壓力波動對地層的損害。閥式連續(xù)循環(huán)裝置已在國外得到廣泛使用，該裝置是一種利用在鉆柱上加裝軸側(cè)雙向閥循環(huán)短節(jié)，通過控制系統(tǒng)來變換泥漿流向，在井口正常操作下實現(xiàn)接單根上卸扣期間的泥漿連續(xù)循環(huán)。鉆井液將自動從立管轉(zhuǎn)移到組件的側(cè)孔中，使得在接單根過程中實現(xiàn)連續(xù)循環(huán)。

 

  利用遠程儀表板遠離鉆臺實現(xiàn)連續(xù)循環(huán)，使作業(yè)者與施工現(xiàn)場保持一定的安全距離。該裝置結(jié)構(gòu)緊湊，占用空間小，作業(yè)方便，特別適合在平臺空間受限地區(qū)的鉆井中使用。

 

  2.8 新型鉆井液技術(shù)［17］2.8.1 新型水基鉆井液  代表性產(chǎn)品包括 M-I公司的 ULTRADRIL、哈利伯頓公司的 HYDRO-GUADRTM、貝克休斯公司的 PERFORMAX 高性能水基鉆井液。性能、費用及環(huán)保方面能替代油基與合成基鉆井液。抑制性強，高溫穩(wěn)定，適應(yīng)于大段泥頁巖水化膨脹引起的地層縮徑、坍塌等。

 

  2.8.2 超高溫油基泥漿 M-I SWACO 公司開發(fā)出RHADIANT 新型耐超高溫油基泥漿體系，該體系可在 260°高溫下保持良好流變性，同時形成比較薄的泥餅；與常規(guī)無水鉆井液相比，RHADIANT 鉆井液體系穩(wěn)定的流變性和超薄光滑的泥餅為測井、下套管固井提供了清潔的井筒；在泰國灣的一口超高溫探井中，RHADIANT 泥漿體系發(fā)揮了很好的濾失控制作用，保持了良好的流變性，形成高質(zhì)量的泥餅，實現(xiàn)了鉆井零漏失。

 

  2.8.3 頁巖氣新型水基鉆井液 M-I SWACO 研發(fā)了一種改進的水基鉆井液，易于合成，廉價的常用鉆井液配制原料結(jié)合新的硅土納米材料可以使整個鉆井液體系鉆頁巖層時達到理想的流變性和井壁穩(wěn)定性，并能達到環(huán)保的要求。僅極少量水侵入到頁巖中，可有效抑制頁巖水化膨脹，使用納米材料來封堵頁巖孔隙可降低頁巖滲透率 98.9%，具有良好的物理封堵能力。在貝肯頁巖氣井現(xiàn)場試驗中，有效抑制了井壁垮塌，鉆井周期縮短 35%~50%。

 

  2.8.4 新型防漏技術(shù) 蘭德公司開發(fā)的鑲嵌式成膜鉆井液利用鑲嵌核和屏蔽膜在正壓差作用下形成一層鑲嵌膜，提高地層承壓能力，防止漏失。與傳統(tǒng)泥漿造壁相比，鑲嵌式造壁具有極少的有害固相和極強的抗污染能力，抗沖刷時間增加一倍左右，封堵能力強。試驗表明鑲嵌式成膜體系最高耐溫 150 ℃，對泥頁巖具有很強的抑制、包被、防止坍塌作用?，F(xiàn)場應(yīng)用表明，該體系性能穩(wěn)定，攜帶懸浮穩(wěn)定井壁優(yōu)，全井平均井徑擴大率不到 5%。

 

  M-I 公司開發(fā)的一體化井眼加固技術(shù)（I-BOSS）通過在井壁上產(chǎn)生裂縫，象楔子一樣擠壓井眼周圍形成應(yīng)力巖石籠，之后加入堵漏材料用作支撐和密封裂縫。主要應(yīng)用于薄弱性地層、窄密度窗口地層。

 

  斯倫貝謝公司研發(fā)，利用樹脂的光敏感固化性能在井壁生成井筒襯即井壁“貼膜”，是一種集穩(wěn)定井壁、防漏堵漏、提高地層承壓能力與保護儲層一體化的新技術(shù)。

 

  2.8.5 新型鉆井液處理劑 M-I 公司的微米化重晶石加重劑技術(shù)解決了高密度鉆井液的懸浮性問題。

 

  一種微米級顆粒加重劑，不改變鉆井液的流變性，加重后鉆井液 ECD 易控制、井眼凈化能力強。貝克休斯公司的四氧化三錳加重劑解決了套管磨損、高密度鉆井液懸浮性問題。與重晶石相比，密度大，但顆粒尺寸小，較低屈服值下不會沉降。易酸溶，儲層保護效果好。納米級封堵聚合物 MAX-SHIELDTM 用于解決井壁穩(wěn)定、提高承壓能力問題。在微裂縫中密封微孔、減小壓差卡鉆，高鹽度環(huán)境下井壁穩(wěn)定。

 

  2.9 控壓鉆井技術(shù)控壓鉆井是一種自適應(yīng)的鉆井工藝，可以精確控制全井筒環(huán)空壓力剖面，確保鉆井過程中保持“不漏、不噴”的狀態(tài)，即井眼始終處于安全密度窗口內(nèi)。

 

  目前國際上對控壓鉆井研究很多，形成商業(yè)化產(chǎn)品、能夠進行現(xiàn)場施工服務(wù)的主要有 Halliburton 公司的動態(tài)壓力控制系統(tǒng)（DAPC 精細控壓鉆井系統(tǒng)）、Weatherford 公司的 Secure Drilling 系統(tǒng)（精細流量控制系統(tǒng)）和 Schlumberger 公司的自動節(jié)流控壓鉆井系統(tǒng)?？貕恒@井技術(shù)在海洋、陸地應(yīng)用超過 500口井，用于解決窄窗口下的漏失和提速等。

 

  威德福開發(fā)的深水閉環(huán)鉆井系統(tǒng)能發(fā)現(xiàn)微小溢流和井漏，實現(xiàn)相關(guān)信息實時輸出和自動決策，適用于先進 MPD 及井眼壓力監(jiān)測，鉆井液形成閉路循環(huán)，能提高鉆井效率，降低鉆井成本。

 

  REELWELL 公司研發(fā)的雙壁鉆桿反循環(huán)鉆井工藝實質(zhì)上也屬于控壓鉆井的一種。在常規(guī)鉆柱內(nèi)部安裝特殊內(nèi)管，形成一種同心管，稱 Reelwell 鉆井方法（RDM）（圖 9）。內(nèi)管用于從井底清除巖屑，外管用于泵入鉆井液。內(nèi)管外壁有絕緣涂層，管中管充當同軸電10石油鉆采工藝 2013 年 9 月（第 35 卷）第 5 期纜，向井下供電，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速、雙向傳輸。在 BHA上方和鉆柱下部安裝滑動活塞，用于分離環(huán)空內(nèi)雙梯度鉆井液和幫助控制壓力。井底鉆具組合以上環(huán)空采用較高密度鉆井液，循環(huán)采用低密度鉆井液。提高了壓力控制水平和水平段延伸能力，能夠更好地解決窄密度窗口問題，減少非生產(chǎn)時間，提高作業(yè)安全性。

 

  圖 9 Reelwell 鉆井方法目前控壓鉆井主要用于一些高難度井，如高溫高壓井、含酸性有毒氣體的碳酸鹽巖裂縫性地層、海洋窄密度窗口井，以及以前采用常規(guī)方法所無法鉆達設(shè)計井深的井等。

 

  3 國內(nèi)鉆完井技術(shù)與裝備進展3.1 萬米鉆機及配套裝備深井超深井鉆探能力是一個國家鉆井水平的體現(xiàn)，為提升深層和超深層油氣鉆探能力，成功研制 8 000/9 000/12 000 m 鉆機，配套形成 9 000 kN 頂部驅(qū)動鉆井裝置和 6000HP 絞車及盤式剎車，2200HP鉆井泵及高壓管匯系統(tǒng)能在 34 MPa 高泵壓大排量的工作條件下平均無故障運行 300 h 以上，可完全滿足深井、超深井高壓噴射鉆井的需要。目前 8 000 m、9 000 m 鉆機已經(jīng)成為塔里木山前鉆井的主力鉆機。

 

  12 000 m 陸地鉆機使中國成為第 2 個擁有萬米級交流變頻鉆探裝備的國家，必將在國內(nèi)西部深層和海外油氣勘探開發(fā)中發(fā)揮日益重要的作用。

 

  3.2 近鉆頭地質(zhì)導向系統(tǒng)針對近年來水平井數(shù)量不斷增多的問題，研制了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的隨鉆測量、隨鉆測井和近鉆頭地質(zhì)導向技術(shù)，實現(xiàn)了大多數(shù)水平井都能夠采用國產(chǎn)儀器實現(xiàn)軌跡的測量與控制。

 

  適合于薄油層水平井軌道控制的 CGDS-I 近鉆頭地質(zhì)導向系統(tǒng)，打破了國外壟斷，使我國成為繼美法之后第 3 個掌握該項技術(shù)的國家，目前已出口到加拿大等國。該技術(shù)在大慶、吉林等油田累計施工 100 余井次，最薄油層厚度只有 0.4m，顯著提高了儲層鉆遇率。

 

  3.3 控壓鉆井系統(tǒng)為解決窄壓力窗口鉆井難題，自主研制包括地面壓力控制裝置和井下壓力隨鉆測量工具的精細控壓鉆井系統(tǒng)，攻克控壓鉆井技術(shù)及裝備的核心技術(shù)，井底壓力控制精度 ±0.5 MPa，實現(xiàn)多策略、自適應(yīng)閉環(huán)監(jiān)控，可進行近平衡、欠平衡精細控壓鉆井作業(yè)，適用于各種鉆井工況；填補了國內(nèi)空白，達到了國外同類技術(shù)的先進水平。在塔里木塔中、川渝、冀東、華北等開展現(xiàn)場試驗與工業(yè)應(yīng)用 30 余井次，實施了井底壓力精細控制，系統(tǒng)性能穩(wěn)定，有效解決了“溢漏共存”鉆井難題，取得顯著應(yīng)用效果。

 

  3.4 自動垂直鉆井系統(tǒng)針對山前高陡構(gòu)造和逆掩推覆體地層的易斜難題，突破了動力防斜技術(shù)，成功研發(fā)出 VDT5000 自動垂直鉆井系統(tǒng)。成為塔里木山前高陡構(gòu)造地區(qū)防斜打快的主體技術(shù)。VDT5000 的成功推廣應(yīng)用，使機械鉆速大幅度提高，井斜控制在 1°以內(nèi)。對于解決西部地區(qū)易斜地層鉆速、避免套損發(fā)揮了重要作用。

 

  3.5 連續(xù)管技術(shù)與裝備為降低工程作業(yè)費用，提高井下作業(yè)效率，成功研制 CT38、LG360/60T 連續(xù)管作業(yè)機，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，克服大管徑、高強度、連續(xù)管穿注入頭等難題，在液壓控制、夾緊方式、夾持塊表面處理、井口防噴系統(tǒng)和鏈條同步等方面取得重要突破 , 技術(shù)性能達到國外同類產(chǎn)品先進水平。建成國內(nèi)首條連續(xù)管生產(chǎn)線，已生產(chǎn) ?31.75~88.9 mm（1?”~3?”）連續(xù)管近 10 萬 m。

 

  ?60.33 mm（2–3/8in）連續(xù)管最大下井深度達到 4 500m，在遼河、四川、大港、冀東等油田工程應(yīng)用，整機操作可靠、運行平穩(wěn)，顯著提高了作業(yè)效率和單井產(chǎn)量。

 

  新近由中國石油集團鉆井技術(shù)研究院研制的LZ580/73T 連續(xù)管鉆機，配套研制了適應(yīng)老井側(cè)鉆和老井加深連續(xù)管鉆井的地面配套系統(tǒng)，2013 年 4月在大港油田東 3-2K 井，連續(xù)管側(cè)鉆 60 m，2013 年7 月在大港油田港 7-71K 井，連續(xù)管側(cè)鉆 151 m。

 

  3.6 煤層氣水平井遠距離穿針裝備為克服煤層氣水平井與洞穴直井精確引導連通難題，自主研制了具有超近距離引導、井斜測量和空間立體制導功能的遠距離穿針裝備 DRMTS-Ⅰ，打破國外壟斷，達到國外同類技術(shù)先進水平。產(chǎn)品突破磁源發(fā)射裝置、磁場測量探管、磁場測量分析系統(tǒng)三項核心技術(shù)，探測能力達到 70 m，實現(xiàn)了 5 m 以內(nèi)仍能探測、測量誤差小于 5% 的良好性能。在山西鄭莊、彬縣和陜西韓城等地區(qū)進行數(shù)十口井現(xiàn)場試驗，一次連通作業(yè)成功率達 100%，為煤層氣高效開發(fā)提供了重要裝備支持。汪海閣等：國內(nèi)外鉆完井技術(shù)新進展113.7 無線電磁波隨鉆測量系統(tǒng)電磁波隨鉆測量技術(shù)是利用空氣作為循環(huán)流體鉆定向井、水平井，提高低壓低滲油氣田產(chǎn)量的關(guān)鍵技術(shù)。自主研制的 DREMWD 無線電磁波隨鉆測量系統(tǒng)由電磁波信號實時上傳井下信息，能隨鉆測量井斜角、方位角、工具面角、方位自然伽馬等，適用于各種循環(huán)介質(zhì)的鉆井作業(yè)，最高數(shù)據(jù)傳輸速率達 11 bit/s，最高工作壓力和溫度 100MPa/125℃，達到國際先進水平。

 

  現(xiàn)場試應(yīng)用 10 多井次，無接力數(shù)據(jù)傳輸深度最高達 2 876 m。在 HN10-D3 井累計隨鉆時間 67 h，進尺 320 m，定向過程電磁波信號無間斷傳輸，定向鉆進時動態(tài)數(shù)據(jù)：井斜角跳動小于 0.3°、方位角跳動小于 0.5°、工具面角跳動小于 2°。

 

  3.8 隨鉆電磁波電阻率測井儀器由長城鉆探公司研制成功的隨鉆電磁波電阻率測井儀，運用自適應(yīng)發(fā)射功率調(diào)整技術(shù)，提高了不同探測深度的電阻率測量精度，測量范圍擴大了 1.5倍。利用局部時間攝動解碼技術(shù)，脈沖信號解碼率提高 30%，實現(xiàn)了實時測取、跟蹤油層邊界，達到了國際先進水平。通過多口井現(xiàn)場試驗，該儀器的測量精度、探測深度、傳輸速度、存儲量與信號識別率等性能指標均優(yōu)于國際同類儀器。該技術(shù)能探測儲層邊界，實現(xiàn)了超薄層水平井地質(zhì)導向鉆井。

 

  3.9 隨鉆地層壓力、溫度測試系統(tǒng)由大慶鉆探公司研制的隨鉆地層壓力、溫度測試系統(tǒng)，改變了 RFT/MDT 電纜式測試方式，是實現(xiàn)地層壓力測試的一項新技術(shù)，填補了國內(nèi)空白。系統(tǒng)由井下測試和地面信息接收兩部分組成，可以隨鉆獲取地層壓力、流度、井下環(huán)空壓力和溫度，可以有效封隔井壁，形成負壓抽吸地層流體，實現(xiàn)地層壓力的獲取，并將測試的數(shù)據(jù)隨鉆上傳至地面，具有井下大功率供電、井下自動控制、地面與井下雙向通訊等特色。

 

  在大慶油田應(yīng)用 30 多口井，單支儀器井下累計工作時間最長達到了 860 h，完成隨鉆地層壓力測試122 次?？梢噪S鉆識別干氣層、高滲層和低滲層，為后期確定油氣開采方案提供重要依據(jù)。

 

  3.10 水平井分段壓裂工具針對低滲油氣藏高效開發(fā)和水平井分段壓裂難題，研制成功水平井雙封單卡、滑套、水力噴砂分段壓裂技術(shù)裝備，以及自膨脹封隔器、選擇性完井等新工具，實現(xiàn)最大分段壓裂油井 16 段、氣井 21 段的技術(shù)突破，基本形成水平井經(jīng)濟有效增產(chǎn)改造配套技術(shù)系列，顯著提高了低滲透、致密油、致密氣、頁巖氣水平井開發(fā)效益，目前中國石油 60% 以上的水平井都需要采用分段壓裂完成，最大分段超過 20 段，水平井段最長成功 3 000 m，單井最大壓裂液用量超過20 000 m3，最大加砂超過 1 600 m3，初步實現(xiàn)了“千方砂子萬方液”的壓裂規(guī)模。

 

  4 行業(yè)發(fā)展預(yù)測IDC 能源觀察每年都要為能源等行業(yè)預(yù)測未來一年發(fā)展趨勢，對 2013 年全球石油和天然氣行業(yè)十大預(yù)測：

 

  （1）石油和天然氣行業(yè)的創(chuàng)新將由勘探和生產(chǎn)非常規(guī)資源主導。早期的勘探開發(fā)技術(shù)創(chuàng)新（如水平井鉆完井、水力壓裂）使可用資源可能恢復，接下來將是通過 IT 激活的過程創(chuàng)新。稍后階段，IT 激活的過程創(chuàng)新將集中于效率和風險管理。

 

  （2）獨立的中型勘探和生產(chǎn)公司將繼續(xù)保持在頁巖氣領(lǐng)域的創(chuàng)新主體地位。獨立的中型 E&P 公司將為頁巖氣生產(chǎn)開辟一條“制造”途徑。這種途徑將需要在資本項目規(guī)劃、鉆機調(diào)度、供應(yīng)鏈管理、企業(yè)資產(chǎn)管理（EAM）、環(huán)境、健康和安全（HSE）等方面增加 IT 投資。超級、大型和國家石油公司（NOC）將通過收購繼續(xù)獲得這種技術(shù)專長。

 

  （3）安全和環(huán)境管理要求的工作將更多。最佳實踐的公司將重點明確問責制，指定權(quán)威和明確的安全和風險指標，以及培訓安全工作做法、先進的維修實踐、啟動前的評價，應(yīng)急響應(yīng)和控制、標準作業(yè)程序。

 

  石油和天然氣公司將投資在資產(chǎn)、人員和業(yè)務(wù)整體安全、監(jiān)測技術(shù)、HSE、EAM事件管理和分析（包括地理空間可視化）、企業(yè)內(nèi)容管理和工作流程，鞏固安全進程。

 

  （4）智能鉆井和生產(chǎn)將是數(shù)字油田的基石。遠程控制和監(jiān)視儀器將使油氣井越來越自動化，大幅度減少在偏遠地區(qū)井的作業(yè)人次。油公司將采用智能儀器儀表、實時通信和先進的分析工具實現(xiàn)產(chǎn)量的提高，并快速對現(xiàn)場問題作出反應(yīng)。

 

  （5）資本項目管理將越來越多地集中在規(guī)劃和投資組合中。公司將優(yōu)先考慮前期規(guī)劃和管理風險，同時建立過程管理，以監(jiān)督效率。投資回報率（ROI）的重點將從個別項目上擴大到全球組合項目，多個應(yīng)用程序集成（工程、項目組合管理、內(nèi)容將需要管理、協(xié)作和分析）項目。

 

  （6）油公司將朝著綜合性資產(chǎn)管理的方向發(fā)展。

 

  公司將從傳感器、移動設(shè)備、SCADA 和 EAM系統(tǒng)應(yīng)用數(shù)據(jù)分析優(yōu)化資產(chǎn)管理流程。使運營商走向?qū)崟r決策，在發(fā)生故障和災(zāi)難之前確定問題。

 

  （7）收購兼并將集中在能源商品交易的透明度上。

 

  （8）云服務(wù)將擴展到核心的勘探和生產(chǎn)流程。

 

  （9）油公司將在工程技術(shù)服務(wù)企業(yè)、供應(yīng)商的幫12石油鉆采工藝 2013 年 9 月（第 35 卷）第 5 期助下填補安全漏洞。安全的投資將在全球繼續(xù)增加——尤其是在防病毒，防垃圾郵件，身份和訪問管理領(lǐng)域。

 

  （10）IT 支出的增長將推動新興經(jīng)濟體。到2015 年，中東和非洲、中歐和東歐平均利率將增長 1倍。亞太地區(qū)將在 IT 總支出方面挑戰(zhàn)北美。E ＆ P軟件支出將繼續(xù)主宰 E&P 的投資水平。

 

  近期的報告顯示，未來 20 年全球的能源需求將增長近 40%，到 2030 年，以石油為基礎(chǔ)的化石燃料仍將在世界能源格局中扮演重要角色。巴克萊資本公司最新預(yù)測數(shù)據(jù)顯示，2013 年全球油氣勘探及開采投資預(yù)計達6 780億美元，比2012年增長10%?！斑@預(yù)示著全球油氣勘探及開采投資自 2009 年以來，將連續(xù)四年出現(xiàn)兩位數(shù)增長?！笨梢詳嘌裕朴嬎?、集成化的三維建模及成像技術(shù)將在未來提高油氣井設(shè)計及作業(yè)效率中發(fā)揮重要作用。

 

  當前油氣生產(chǎn)的挑戰(zhàn)已與過去大大不同，作業(yè)區(qū)域延伸到了更加復雜和嚴酷的環(huán)境：深水、極地、老油田及非常規(guī)領(lǐng)域。面對新的挑戰(zhàn)，簡單技術(shù)已經(jīng)走到了盡頭，世界各國越來越把油氣工業(yè)的發(fā)展寄希望于技術(shù)革命，需要發(fā)展多學科綜合一體化技術(shù)才能解決日益復雜的油氣開發(fā)需求，只有那些擁有前沿技術(shù)、掌握先進“利器”的國家或公司才能始終占據(jù)競爭的制高點。