淺議現代鉆井技術發展

肖昊翔

【摘 要】旋轉鉆井的發展可分為初期階段、發展階段、科學化鉆井3個階段。科學化鉆井后期階段成果主要有3大項：實現了井下信息關時檢測、傳輸、處理、分析；開發了井下導向和井下閉環鉆井系統；發展了新鉆井技術。現代鉆井技術發展趨勢是：向信息化、智能化方向發展；向多學科緊密結合、提高油井產量和油田采收率方向發展；向有效開采特殊油氣藏方向發展。建議：能引進的采取引進一消化一創新的技術路線來跟蹤前沿，不能引進的國內自主開發；在水平井鉆井技術、多分支鉆井技術和欠平衡壓力鉆井技術三大新鉆井技術方面，我國目前還有許多基礎工作要做，建議有計劃地組織攻關；鉆井科研工作者在觀念上應有新的轉變。目前石油工程技術的發展要求鉆井工程不僅要建油流通道，而且要擔負提高單井產量和油田采收率部分任務以及開發開采特殊油氣藏的任務，因此鉆井科技人員應熟悉和了解采油工程和油藏工程有關理論和技術。

【關鍵詞】鉆井技術；趨勢；進展

1 鉆井技術發展回顧

旋轉鉆井的發展可分為初期階段、發展階段、科學化鉆井3個階段。初期階段（萌芽階段）從1900年至1920年，發展階段（經驗鉆井階段）從1920年至1950年，科學化鉆井階段年代從1950至現在。科學化鉆井階段又可分為前期階段（1950年到1980年）和后期階段（現代鉆井階段）。前期階段出現了9項單項技術：噴射鉆井技術、優選參數鉆井技術、平衡壓力鉆井技術、保護油氣層技術、深井鉆井技術、叢式鉆井技術、高效鉆井技術、井控技術、洗井液技術。后期階段成果主要有3大項：（1）實現了井下信息實時檢測、傳輸、處理、分析。該項成果使用隨鉆測量（MWD）、隨鉆測井（LWD）、隨鉆地震（SWD）、隨鉆井下鉆井動態數據實時檢測和處理技術（DDS）、地質導向技術（GST）及隨鉆地層評價（FEWD）等隨鉆測量技術，對地層參數、鉆井參數、井眼參數進行實時檢測、傳輸、處理、分析。（2）開發了井下導向和井下閉環鉆井系統。（3）發展了新鉆井技術（水平井鉆井技術、多分支井鉆井技術、欠平衡壓力鉆井技術），在此基礎上發展了新的小井眼鉆井技術、連續油管鉆井技術。

2 現代鉆井技術發展趨勢

2.1 向信息化、智能化方向發展信息化鉆井技術以MWDE、LWD、SWD、FEWD、GST、DDS為主要特征

智能化鉆井技術是由井下導向工具、測試工具、作業控制三者組成的閉環鉆井系統。l990年由數家大石油公司合作，歷時5a，耗資1000萬美元，成功開發了集成鉆井系統（IDS）和集成鉆井作業系統（IDO）。井下閉環鉆井發展階段分為井下開環、井下半閉環、井下全閉環、地面井下全閉環4個階段。

目前已投入商業運作的鉆井系統有垂直鉆井系統（VDS）、自動定向鉆井系統（ADD）、自動導向鉆井系統（AGS）、旋轉導向鉆井系統（SRD）、旋轉閉環鉆井系統。

2.2 向多學科緊密結合提高油井產量和油田采收率方向發展以水平井為例

2.2.1 水平井設計程序

水平井設計程序是1992年11月由美國石油工程協會、地質家協會、地球物理家協會和測井分析家協會共同開會約定的。該設計內容由地質、鉆井、采油、成本核算4部分人員共同合作完成。

設計步驟：（1）提出候選目標油氣藏。由作業公司提出候選目標油氣藏。（2）地質評價。審查油氣藏條件是否適合鉆水平井，是否有法律爭議，是否符合公司經營戰略。（3）初步篩選油氣藏。初步進行產量遞減和現值研究、儲量分析。（4）經濟效益分析。初步經濟分析和初步成本預測，是否受土地租賃和規劃條例限制。（5）詳細油氣藏分析。用分析模型或大型計算機數值模擬程序進行詳細的油氣藏分析。（6）生產戰略。與詳細油氣藏分析相結合，進行油氣藏生產特性的分析，確定水平段長度，距流體接觸面距離。（7）增產措施及完井對策。是否需要下套管、固井、射孔和壓裂，這些環節將耗費作業費用，需要認真進行投入與產出預算，作出經濟預測評價，再作出完井方法及相關設計。（8）詳細設計（油井設計）。由石油公司鉆井部設計，包括井眼剖面、水平段長度、井徑、套管程序、套管柱設計、注水泥設計、井控、保護儲集層設計及鉆井液密度設計。（9）鉆井施工設計。包括鉆頭類型、鉆井液設計、鉆井參數設計、鉆柱設計、鉆柱下部結構設計、鉆井設備選擇。在以上基礎上，進行詳細成本預測和費用核算，重做經濟分析，以確定水平井是否經濟有效。（10）完井試油后評價。進行回顧總結，以便總結經驗和教訓。以上設計程序稱為水平井綜合設計平臺。國外各石油公司都有自己的綜合設計平臺和軟件。軟件可融合地質模型、鉆井模型、采油油藏模型、成本和費用核算模型，以便考證水平井的有效性和經濟性。我國現在缺少此類模型。

2.2.2 水平井效益問題

水平井鉆井技術從20世紀80年代初開始研究，90年代大規模推廣應用，目前已作為常規鉆井技術應用于各類油藏。水平井鉆井成本已降至直井的1.5～2.0倍，甚至有的水平井鉆井成本只是直井的1.2倍。水平井產量則是直井的4～8倍。應用水平井技術開發整裝油氣田，是20世紀90年代水平井應用發展的主要趨勢之一，它不僅可顯著提高油田產量，更可以有效地提高油田采收率。

2.3 向有效開采特殊油氣藏方向發展

以低滲透油氣藏為例，我國已探明儲量中，低滲透油氣藏占總探明儲量25，預計近3～4a約60的新增儲量來自低滲透油氣藏。鉆井技術。美國20世紀90年代以前用水基鉆井液+常規保護油氣層技術鉆直井和用油基鉆井液鉆井（成本高）；90年代以后普遍用欠平衡技術鉆水平井，包括氣體鉆井、霧化鉆井、泡沫鉆井、充氣鉆井等，方法選擇需根據儲集層特性進行選配。某致密氣藏用常規鉆井液鉆直井，平均日產量為30萬m3。如用空氣鉆井，直井產量提高3倍，水平井產量提高10倍。

近2O年來鉆井技術的發展進程以信息化和智能化鉆井為核心，全面提高了鉆井技術水平，使鉆井技術由部分定量分析研究進入全面定量分析研究，從而發展了水平井鉆井技術、多分支井鉆井技術和欠平衡壓力鉆井技術，使鉆井手段、鉆井任務、鉆井類型和鉆井對象等方面都發生了巨大變化。鉆井工程在石油工程中的作用和地位比過去更為重要。

3 參考建議

1）信息化、智能化鉆井的有關設備和技術，能引進的采取引進消化一創新的技術路線來跟蹤前沿，不能引進的國內自主開發。國內三大石油公司也可以采取聯合開發的方法盡快縮短差距。

2）近10年來國外開發的三大新鉆井技術（水平井鉆井技術、多分支鉆井技術和欠平衡壓力鉆井技術）對世界石油的開采有重大影響。我國水平井鉆井技術近年來發展較快，水平井數量增多。水平井軌道控制技術比較成熟，但水平井井控技術、水平井井壁穩定技術、水平井完井技術、水平井攜帶巖屑技術（巖屑床問題）、水平井壓裂技術等還有許多工作要做。另外我國目前所鉆水平井基本為單一水平井和雙臺階水平井，而分支水平井和多分支水平井尚未廣泛應用，影響了水平井的經濟效益。

3）鉆井科研工作者在觀念上應有新的轉變。長期以來鉆井工程的主要任務是建造油氣從油氣層流至地面的通道，其衡量指標是每米進尺成本最低，建井時間最短，井眼質量符合規定要求。目前石油工程技術的發展要求鉆井工程不僅要建油流通道，而且要擔負提高單井產量、油田采收率的部分任務和開采特殊油氣藏的任務。鉆井工程與采油工程、油藏工程必須緊密結合，這是石油工程技術發展的客觀要求，也是石油工程技術近10年來發展的總趨勢，不可逆轉。

[責任編輯：鄧麗麗]