我國石油鉆井技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢初探

摘要：隨著國民經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定發(fā)展，國家對石油能源的需求量日益攀升。文章首先回顧了國內(nèi)石油鉆井技術(shù)的發(fā)展歷程，并簡要介紹了現(xiàn)代石油鉆井技術(shù)的進(jìn)展，然后結(jié)合國內(nèi)外石油鉆井技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，指出3G視頻監(jiān)控技術(shù)、深海石油鉆井技術(shù)以及石油鉆井智能化技術(shù)必將成為我國石油鉆井技術(shù)的主流技術(shù)，最后明確鉆井技術(shù)今后的發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：石油鉆井；鉆井技術(shù)；綜述；智能化

中圖分類號：TE951文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1006-8937（2012）08-0161-02

我國石油鉆井技術(shù)研發(fā)起源于20世紀(jì)50年代，發(fā)展至今已經(jīng)取得了令人矚目的成就，但相對西方發(fā)達(dá)國家而言還需持續(xù)努力。本文通過從海洋石油鉆井平臺、石油鉆井裝備、石油鉆井關(guān)鍵技術(shù)等方面系統(tǒng)總結(jié)國內(nèi)油田鉆井技術(shù)現(xiàn)狀，指出未來石油鉆井技術(shù)的發(fā)展趨勢，以期為我國石油鉆井技術(shù)的提高指明方向。

1國內(nèi)石油鉆井技術(shù)回顧

我國石油鉆井技術(shù)起始于19世紀(jì)50年代的自主創(chuàng)新，發(fā)展至今已經(jīng)形成了調(diào)整井、定向井、水平井、深井、超深井、小井眼鉆井、分支井、大位移井、欠平衡鉆井、取心、鉆井液、套管鉆井等鉆井完井技術(shù)，各種技術(shù)在實(shí)驗和實(shí)踐中不斷完善。從各類鉆井技術(shù)所脫胎的關(guān)鍵技術(shù)來看，旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)技術(shù)的應(yīng)用是石油鉆井技術(shù)不斷演化的基礎(chǔ)，各種鉆井技術(shù)主要是基于旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)技術(shù)改進(jìn)產(chǎn)生的。這種技術(shù)的改進(jìn)主要在于旋轉(zhuǎn)鉆頭、旋轉(zhuǎn)出泥的方式以及針對不同地質(zhì)條件所采取的技術(shù)變化。

19世紀(jì)60年代初，由于經(jīng)濟(jì)建設(shè)對油氣資源的依賴程度相當(dāng)有限，油氣資源的勘查和開采并沒有引起關(guān)注，石油鉆井技術(shù)也基本處于空白。這一局面在持續(xù)了整個60年代后，因為社會主義建設(shè)的需要而開始獲得重視，但當(dāng)時主要依賴蘇聯(lián)提供的技術(shù)支持，并重點(diǎn)應(yīng)用在水力設(shè)計、套管柱設(shè)計、鉆頭選擇、水泥灌注等一些基本的泥漿工程。

我國鉆井技術(shù)在經(jīng)歷整個60年代蘇聯(lián)技術(shù)引進(jìn)期后，在70年代初期迎來了第一股自主創(chuàng)新熱潮，具有代表性的是東風(fēng)2井在勝利油田超過5000 m鉆井成功。此后由于石油禁運(yùn)事件的爆發(fā)，我國自主研發(fā)進(jìn)入一個全新的時期，特別是進(jìn)入70年代末期，隨著國外鉆井技術(shù)的大量引進(jìn)，國內(nèi)傳統(tǒng)的鉆井技術(shù)逐步開始尋求突破，并形成了以“噴射鉆井、優(yōu)質(zhì)輕鉆井液、高效鉆頭”為核心的三大鉆井技術(shù)，以及由此衍生而成的噴射鉆井技術(shù)也廣泛運(yùn)用。這一技術(shù)在80年代的前五年得到了進(jìn)一步的改進(jìn)，主要體現(xiàn)在鉆井速度的大幅度提高。此外，優(yōu)選參數(shù)鉆井技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用也隨著噴射技術(shù)同樣取得了新突破。進(jìn)入90年代以后，石油鉆井技術(shù)的“五年計劃”痕跡十分明顯，如在第七個五年計劃期間，石油鉆井技術(shù)的研發(fā)重點(diǎn)十分明確，即以定向井、叢式井鉆井及其配套技術(shù)為核心的技術(shù)攻關(guān)占據(jù)主導(dǎo)地位。在第八個五年計劃內(nèi)，以定向井、叢式井鉆井為重點(diǎn)的技術(shù)攻關(guān)開始轉(zhuǎn)向以水平井鉆井及其配套技術(shù)。在第九個五年計劃內(nèi)，水平井鉆井的研發(fā)與應(yīng)用推廣十分成熟，轉(zhuǎn)而形成了以短半徑側(cè)鉆水平井及其配套技術(shù)為核心的技術(shù)研發(fā)。自20世紀(jì)中后期，長達(dá)50年的石油鉆井技術(shù)的研發(fā)已經(jīng)取得了世人矚目的成就，也為我國經(jīng)濟(jì)騰飛提供了充實(shí)的能源保障，特別是前期的研究成果為今后的技術(shù)發(fā)展提供了堅實(shí)的平臺。進(jìn)入21世紀(jì)以后，針對不同地質(zhì)條件所研發(fā)的鉆井技術(shù)屢獲突破，如以欠平衡壓力鉆井、大位移井鉆井、分支井鉆井、深井鉆井為代表的鉆井技術(shù)不斷推陳出新。

2現(xiàn)代石油鉆井技術(shù)主要進(jìn)展

現(xiàn)代石油鉆井技術(shù)已經(jīng)較為成熟，比較具有代表性的技術(shù)包括井下鉆井動態(tài)數(shù)據(jù)實(shí)時采集和處理與應(yīng)用技術(shù)、水平井和大位移井鉆井技術(shù)、多分支井及重入井鉆井技術(shù)、欠平衡壓力鉆井技術(shù)、連續(xù)油管和小井眼鉆井技術(shù)等。

①井下鉆井動態(tài)數(shù)據(jù)實(shí)時采集和處理與應(yīng)用技術(shù)。石油鉆井主要采取旋轉(zhuǎn)鉆井的方式，鉆頭進(jìn)入鉆孔后容易受到巖質(zhì)、地層結(jié)構(gòu)的影響，而產(chǎn)生轉(zhuǎn)向、扭向和橫向轉(zhuǎn)動，并由此可能造成鉆頭的非正常磨損。但隨著傳感檢測技術(shù)和微電子技術(shù)的引入，鉆井動態(tài)傳感檢測元件和高速數(shù)據(jù)監(jiān)測及處理應(yīng)用系統(tǒng)不僅使得鉆頭遠(yuǎn)程作業(yè)實(shí)時監(jiān)控成為可能，而且可以更快、更高效地實(shí)現(xiàn)地下數(shù)據(jù)的采集和故障診斷。

②水平井和大位移井鉆井技術(shù)。水平井鉆井技術(shù)相對于直井技術(shù)的最大優(yōu)點(diǎn)在于鉆井成本的降低和產(chǎn)量提高，并具有向綜合方向發(fā)展以及用于油田整體開發(fā)的趨勢；大位移井鉆井技術(shù)不同于水平井的一個顯著特征是斜井段長，特別是變徑穩(wěn)定器和可控偏心器的引入解決了鉆柱摩阻增大和清除井內(nèi)鉆屑等問題之后，其應(yīng)用范圍日漸廣泛。

③多分支井及重入井鉆井技術(shù)。多分支井是指在主井眼的底部鉆出分支井眼，甚至是在分支井眼的基礎(chǔ)上再分支，主井眼和分支井眼的類型并沒有特別限制，多分支井眼的開鉆實(shí)現(xiàn)了1井多靶的立體開采。多分支井所開鉆的主井眼若是老井就稱為重入井鉆井，重入井鉆井的開鉆可以最大限度地利用已有的鉆孔，實(shí)現(xiàn)成本控制和提高效益。

④欠平衡壓力鉆井技術(shù)。欠平衡壓力鉆井概念的提出比較早，但由于技術(shù)限制一直未能獲得實(shí)踐認(rèn)可，直到井控技術(shù)和井控設(shè)備的研發(fā)成功才逐步開始應(yīng)用于實(shí)踐。與其他鉆井技術(shù)相比，欠平衡壓力鉆井的優(yōu)點(diǎn)十分突出，如可以有效地避免井內(nèi)液體進(jìn)入地層，減少對油氣層的污染和損害，還可以及時探測和感應(yīng)鉆層壓力，發(fā)現(xiàn)新的低壓低滲油氣層，更重要的是可以實(shí)現(xiàn)邊鉆邊采。

⑤連續(xù)油管和小井眼鉆井技術(shù)。連續(xù)油管技術(shù)作為多分支井、原井重鉆以及欠平衡壓力鉆井技術(shù)的衍生品起源于上世紀(jì)九十年代，具有設(shè)備簡單，起下鉆容易，不接單根，井控安全，投資少和鉆井成本低等優(yōu)點(diǎn)，時至今日，連續(xù)油管技術(shù)仍然在不斷革新和完善，并日益展現(xiàn)其廣泛的應(yīng)用潛力；小井眼鉆井技術(shù)出現(xiàn)伊始，主要是解決鉆頭尺寸過大，鉆井成本過高的問題，隨后伴隨鉆井工藝的變化，小井眼鉆井技術(shù)的技術(shù)內(nèi)涵被重新定義，并進(jìn)入了新的應(yīng)用高潮時期。

3將來石油鉆井技術(shù)的主流技術(shù)

3.13G視頻監(jiān)控技術(shù)廣泛應(yīng)用

“3G”（3rd Generation）或“三代”是第三代移動通信系統(tǒng)的簡稱，國際電聯(lián)也稱IMT-20（International Mobile Telecommunications in the year 2000），歐美的電信業(yè)巨頭們則稱其為UMTS（通用移動通信系統(tǒng)）。它是指能夠?qū)⒄Z音和多媒體通信相結(jié)合，并支持高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆涓C移動通訊技術(shù)，其顯著特征是提供高速數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)和對不具備架設(shè)有線基站的領(lǐng)域和行業(yè)，有著方便、快捷、高效和低成本的優(yōu)勢。

通訊業(yè)發(fā)展實(shí)踐表明，僅僅依靠有線網(wǎng)絡(luò)信號傳輸對地域廣、監(jiān)控點(diǎn)分散、網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)薄弱的地區(qū)實(shí)現(xiàn)動態(tài)監(jiān)控是不可能的，不僅是因為基站搭建困難，而且運(yùn)營和維護(hù)成本很高，只有充分利用移動運(yùn)營商搭建的3G移動網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控才能最大限度地節(jié)約工程建設(shè)和運(yùn)營成本。也正是3G視頻監(jiān)控技術(shù)具備這一特點(diǎn)，被試探性地應(yīng)用到海洋石油鉆井施工現(xiàn)場監(jiān)控。3G信號的穩(wěn)定可以將現(xiàn)場的施工狀況以視頻的方式及時地呈現(xiàn)在上級局域網(wǎng)的大屏幕上，從而為野外作業(yè)的安全施工和應(yīng)急處理提供有效的監(jiān)督和管理。

3.2深海石油鉆井技術(shù)獲得重視

從國家能源戰(zhàn)略重點(diǎn)來看，現(xiàn)階段我國正處于內(nèi)陸石油產(chǎn)量開發(fā)后期，尚未形成或發(fā)現(xiàn)大儲存量或超大儲存量的油氣能源接替區(qū)，由此導(dǎo)致石油生產(chǎn)必須向海洋發(fā)展。事實(shí)上，我國海洋專屬經(jīng)濟(jì)區(qū)范圍十分遼闊，并且已經(jīng)探明的石油儲存量也十分豐富，特別是今后五年內(nèi)渤海可能建成為我國第二個大慶，此外在海南島和珠江口也陸續(xù)探明新油田。在接下來的兩個五年計劃內(nèi)，我國海洋油氣開發(fā)戰(zhàn)場將逐步向東海、南海等深海轉(zhuǎn)移，這將進(jìn)一步推動我國海洋石油裝備和海洋石油工程建設(shè)的發(fā)展。

目前，國內(nèi)深海石油鉆井的關(guān)鍵技術(shù)主要包括深水鉆井設(shè)備、深水定位系統(tǒng)、大位移井和分支水平井鉆井技術(shù)、深水雙梯度鉆井技術(shù)、噴射下導(dǎo)管技術(shù)、隨鉆環(huán)空壓力監(jiān)測、隨鉆測井技術(shù)、深水鉆井液和固井工藝和深水鉆井隔水管及防噴器系統(tǒng)等[4]。從深海石油鉆井技術(shù)的發(fā)展歷程來看，深水石油鉆井是一項資金投入量較大、科技含量較高、研發(fā)周期較短、產(chǎn)品應(yīng)用周期較長的工作，各種關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)是工程順利完成的保障，如隨鉆環(huán)空壓力監(jiān)測、噴射下導(dǎo)管技術(shù)、隨鉆測井技術(shù)、動態(tài)壓井鉆井技術(shù)等技術(shù)。此外，鉆井船、隔水管和水下防噴器等配套設(shè)備的研發(fā)也在一定程度上決定整個工程施工的成敗。

3.3 石油鉆井技術(shù)智能化成為必然

目前，國際石油鉆井技術(shù)總體呈現(xiàn)信息化、智能化和自動化的發(fā)展趨勢，特別是智能化將主導(dǎo)石油鉆井技術(shù)的發(fā)展。智能化鉆井技術(shù)能夠降低人工操作的風(fēng)險，大幅度降低鉆井成本和提高施工速度，其在某些方面的優(yōu)勢不可比擬，如能及時處理故障和調(diào)整實(shí)施工藝，從而縮短鉆井周期，還能促進(jìn)其他配套的新型高效工具的研發(fā)，提高石油鉆井的整體技術(shù)水平。石油鉆井的智能化能夠?qū)崟r監(jiān)測鉆井進(jìn)展，從而可有效地穿越油藏并提高油井質(zhì)量。智能化技術(shù)的運(yùn)用還能拓展鉆井施工環(huán)境，提供復(fù)雜地質(zhì)條件下鉆井的效率。鉆井技術(shù)智能化發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)主要包括地面計算機(jī)智能專家系統(tǒng)、井下智能工具、井下供電裝置和提供高速雙向數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄓ嵕W(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。石油鉆井智能化技術(shù)的大量應(yīng)用，必將進(jìn)一步提升石油開采的整體技術(shù)水平，具有廣闊的發(fā)展前景。

4我國石油鉆井技術(shù)的發(fā)展趨勢

從總體上看，隨著石油開采程度的不斷推進(jìn)，石油開采所面臨的地質(zhì)環(huán)境將更加不穩(wěn)定，這將加深石油鉆井施工的難度，因此迫切需要進(jìn)行鉆井關(guān)鍵技術(shù)及其配套技術(shù)的創(chuàng)新以降低綜合成本。

從技術(shù)上看，完善并改進(jìn)現(xiàn)有鉆井技術(shù)以適應(yīng)不同環(huán)境作業(yè)需求是石油鉆井技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵，特別是要將重視原井再鉆技術(shù)的研發(fā)，提高能源二次開發(fā)的效益，重視深海石油資源的開采，擴(kuò)展石油來源渠道，還要積極引進(jìn)智能化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)石油鉆井的智能化施工。

從管理上看，石油鉆井是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，需要成立專門的管理機(jī)構(gòu)進(jìn)行協(xié)調(diào)管理，一方面要重視研發(fā)，注重新技術(shù)的推廣，要通過新技術(shù)的運(yùn)用降低整體運(yùn)營成本，另一方面還要重視生產(chǎn)，只有將生產(chǎn)落實(shí)到實(shí)處，才能最終實(shí)現(xiàn)石油鉆井的切實(shí)利益。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊進(jìn)，曹式敬.深水石油鉆井技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].石油鉆采工藝，2008，30(2).

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[3]李智鵬.3G視頻監(jiān)控技術(shù)在石油鉆井行業(yè)的應(yīng)用[J].石油工業(yè)計算機(jī)應(yīng)用，2011(3).

[4] 王岳.石油鉆井技術(shù)智能化發(fā)展研究[J].知識經(jīng)濟(jì)，2011，(8).