定向鉆井技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展新趨勢(shì)

劉真子

摘 要：石油是工業(yè)發(fā)展的血液，也是現(xiàn)今極為重要的能源之一。我國(guó)每年都需要從國(guó)外進(jìn)口大量的原油，做好國(guó)內(nèi)石油資源的勘探與開采對(duì)于保障我國(guó)的石油供應(yīng)和戰(zhàn)略儲(chǔ)備有著極為重要的意義。隨著石油資源的日益匱乏以及石油資源所處環(huán)境的復(fù)雜性，在傳統(tǒng)的直井鉆井技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起了定向鉆井技術(shù)。本文在分析國(guó)內(nèi)外定向鉆井技術(shù)的基礎(chǔ)上對(duì)定向鉆井在未來發(fā)展中的趨勢(shì)進(jìn)行了分析闡述，通過采用定向鉆井的新模式可以使得定向鉆井的優(yōu)勢(shì)得以進(jìn)一步發(fā)揮，在極大的降低了綜采作業(yè)成本的基礎(chǔ)上為自動(dòng)化鉆井和油藏地質(zhì)導(dǎo)向打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，從而使得定向鉆井在未來的開采中可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操控，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化作業(yè)。

關(guān)鍵詞：定向鉆井；發(fā)展趨勢(shì)；新技術(shù)

中圖分類號(hào)：TE132 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

隨著科技的進(jìn)步和發(fā)展，定向鉆井技術(shù)也得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，現(xiàn)今對(duì)于水平井水平段要求延伸更長(zhǎng)、鉆探速度更快以提高對(duì)于油氣資源的高效開發(fā)。定向鉆井技術(shù)在國(guó)外經(jīng)過多年內(nèi)的應(yīng)用與發(fā)展，已經(jīng)形成了一整套的定向鉆井體系，同時(shí)通過對(duì)定向鉆井的工具進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)、提高性能和可靠性等的方式使得定向鉆井的質(zhì)量和效率得以大幅提升。同時(shí)在定向鉆井井下軌跡控制、數(shù)據(jù)傳輸?shù)确矫嫒〉昧溯^大的發(fā)展。我國(guó)應(yīng)當(dāng)在全面了解與掌握國(guó)外定向鉆井技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與進(jìn)展的基礎(chǔ)上把握其發(fā)展的脈絡(luò)，為我國(guó)的定向鉆井技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用提供良好的技術(shù)參考，以促進(jìn)我國(guó)定向鉆井技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用。

1 國(guó)外定向鉆井發(fā)展應(yīng)用的現(xiàn)狀

在定向鉆井發(fā)展至今，為進(jìn)一步提高定向鉆井效率，通過對(duì)定向鉆井技術(shù)所使用的設(shè)備、技術(shù)、工藝等的不斷研究改進(jìn)，在降低了定向鉆井成本的同時(shí)使得大量的新技術(shù)得以發(fā)展與應(yīng)用，現(xiàn)今，定向井、水平井、大位移水平井以及多分支井等技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于油藏的開發(fā)利用中。現(xiàn)今，普通定向井經(jīng)過多年的發(fā)展已經(jīng)成為了一種油氣資源開采中的常規(guī)開采技術(shù)，水平井的應(yīng)用比例在逐年上升，美國(guó)水平井和分段裂壓技術(shù)的進(jìn)步所引發(fā)的頁(yè)巖氣革命在全世界范圍內(nèi)都產(chǎn)生著深遠(yuǎn)的影響。同時(shí)，大位移井在海洋油氣資源的開發(fā)中的應(yīng)用也在逐年擴(kuò)大，國(guó)外在多分支井鉆井技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用上實(shí)現(xiàn)了系列化和標(biāo)準(zhǔn)化，用以滿足油氣資源開發(fā)中的各種需求，同時(shí)能夠極大的降低油氣資源勘探開采中的成本，提高開采的效率。依據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)可以將分支井技術(shù)分為6個(gè)等級(jí)，其中6級(jí)分支井技術(shù)以及壓力完整性、液力封隔性和可選擇性在進(jìn)入的特點(diǎn)成為了現(xiàn)今鉆井前言技術(shù)研究的重點(diǎn)。同時(shí)通過在油氣資源開發(fā)中利用叢式水平井鉆井技術(shù)可以使得多口水平井分布在同一塊油田中，極大的增加了油氣資源的開采效率。隨著表層油藏開采的日益枯竭，油氣資源的開采將會(huì)越來越深入，其所面臨的地質(zhì)環(huán)境也越來越復(fù)雜，這種需求將會(huì)促進(jìn)定向鉆井技術(shù)朝著創(chuàng)新發(fā)展的方向進(jìn)步，從而更好的促進(jìn)油氣資源的開采與利用。

2 定向鉆井技術(shù)中性能技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用

2.1 定向鉆井井下數(shù)據(jù)的測(cè)量與傳輸

在油井開采中，定向鉆井通過做好井下數(shù)據(jù)的測(cè)量和傳輸能夠使得井上人員及時(shí)了解井下動(dòng)態(tài)，能夠根據(jù)情況及時(shí)采取應(yīng)對(duì)措施。斯倫貝謝公司的Periscope HD多層邊界隨鉆探測(cè)技術(shù)采用的是電磁測(cè)量技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)于井下數(shù)據(jù)的測(cè)量與傳輸，其能夠?qū)碌貙雍土黧w邊界位置進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)量，并提供相應(yīng)的詳實(shí)數(shù)據(jù)，通過此項(xiàng)技術(shù)能夠準(zhǔn)確識(shí)別井眼軌跡上部和下部的地層特性，相較于傳統(tǒng)的井下上、下定向控制，此項(xiàng)技術(shù)在評(píng)價(jià)地層傾角數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上還使得左-右導(dǎo)向能力得以加強(qiáng)，可以使得在井下復(fù)雜的地層中保持井眼能夠在儲(chǔ)層中控制住最佳的鉆進(jìn)角度。在井下地質(zhì)探測(cè)中現(xiàn)今所使用的深探測(cè)地質(zhì)導(dǎo)向電阻率儀器徑向探測(cè)深度約為5m～7m，采用新技術(shù)所研發(fā)的新型探索儀器能夠達(dá)到30m外的探測(cè)距離。同時(shí)斯倫貝謝公司的iPZIG近鉆頭隨鉆測(cè)井技術(shù)采用的是具有近鉆頭井斜和伽馬成像功能的定向工具，能夠極大的提高地面的導(dǎo)向能力，此套工具采用的是2個(gè)短節(jié)所組成的結(jié)構(gòu)，能夠使得井斜與伽馬射線成像傳感器與鉆井液馬達(dá)分開，其中，馬達(dá)和短節(jié)能夠分別使用，在降低定向鉆井成本的同時(shí)提高定向鉆井井下測(cè)量與傳輸設(shè)備的使用壽命。下短節(jié)則將地質(zhì)信息的測(cè)量與傳輸功能集中在其中，在具有伽馬射線成像功能的基礎(chǔ)上還具有其他傳統(tǒng)的測(cè)量功能，其通過將探測(cè)到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴隙坦?jié)上，依靠上短節(jié)與地面的聯(lián)系來將數(shù)據(jù)傳回地面。隨鉆成像技術(shù)能夠?qū)⒕碌牡貙映上駥?shí)時(shí)的傳輸回地面，其包含有井下地層的裂縫網(wǎng)絡(luò)、連通性和孔隙度，對(duì)于避免出現(xiàn)鉆井事故，提高定向鉆井開采效率與安全性有著十分重要的意義，同時(shí)通過使用井下隨鉆技術(shù)還能夠?qū)τ筒剡M(jìn)行評(píng)價(jià)和完井設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化。此項(xiàng)技術(shù)在試驗(yàn)中證明具有較高的精度和工作可靠性，對(duì)于提高定向鉆井的效率與可靠性有著極大的提升。智能鉆桿由于成本等原因，現(xiàn)今主要應(yīng)用于海洋鉆井施工中，通過其使用表面具有良好的使用性，相信隨著技術(shù)的發(fā)展以及成本的下降，智能鉆桿將會(huì)在陸上鉆井中得到應(yīng)用，智能鉆桿技術(shù)的未來主要朝著多傳感器、加裝鉆孔控制系統(tǒng)來提高鉆井井眼凈化等，提高定向鉆井的自動(dòng)化水平。

2.2 井下旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)

旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)在鉆井技術(shù)中的應(yīng)用促進(jìn)鉆進(jìn)效率的提升與復(fù)雜鉆井的應(yīng)用。Power Driver Archer 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)是一種將推式和指向式結(jié)合在一起的混合導(dǎo)向系統(tǒng)，其導(dǎo)向依靠的是4個(gè)由鉆井液所控制的活塞推動(dòng)萬向節(jié)連接樞軸將鉆頭導(dǎo)向到需要控制的方向。同時(shí)，萬向節(jié)上方分布的4個(gè)外部套筒扶正器的刀翼在觸碰到井壁時(shí)將會(huì)為鉆頭提供側(cè)向力，從而使得定向鉆井的井下作業(yè)系統(tǒng)能夠完成導(dǎo)向操作。Power Driver Archer 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)的工作原理如圖1所示。

除了Power Driver Archer 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向及系統(tǒng)還有Power Driver Orbit 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向及系統(tǒng)和Autotrak Curve旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)等多種導(dǎo)向系統(tǒng)，通過應(yīng)用導(dǎo)向系統(tǒng)能夠提升井下鉆井的導(dǎo)向性和復(fù)雜地質(zhì)狀況條件下的鉆井能力。

2.3 定向鉆井技術(shù)中鉆井液馬達(dá)的發(fā)展與應(yīng)用

鉆井液馬達(dá)通過在對(duì)鉆柱內(nèi)的液體壓力來調(diào)整鉆頭的角度。

2.4 定向鉆井的配套技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用

水力震蕩其主要通過產(chǎn)生軸向振動(dòng)來減小鉆具與井壁之間的滑動(dòng)摩擦力，水力振蕩器通過與導(dǎo)向馬達(dá)向配合，可以有效的避免鉆井時(shí)鉆壓幾種對(duì)工具面的影響，從而提高定向鉆井時(shí)的鉆井速度和延長(zhǎng)鉆頭的使用壽命。從而增加定向井的鉆探深度。應(yīng)用水利振蕩器不會(huì)對(duì)井下的鉆頭和井下的測(cè)量設(shè)備造成影響，是一種優(yōu)秀的井下輔助設(shè)備。在定向鉆井井下鉆探的過程中通過使用高效定向PDC鉆頭能有效的提升旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具的性能，從而有效的提高定向鉆井的鉆井速度。

2.5 定向鉆井的新趨勢(shì)與新模式

井工廠是一種在一個(gè)井場(chǎng)采用多口井協(xié)同作業(yè)的技術(shù)，通過工廠化的作業(yè)模式和利用快速移動(dòng)式鉆機(jī)從而對(duì)多個(gè)井口完成批量化的鉆井作業(yè)。是一種效率高，投資小的作業(yè)新模式。為提高定向鉆井的鉆井效率，采用遠(yuǎn)程控制是一種較為優(yōu)秀的控制方式，遠(yuǎn)程控制通過對(duì)井下采集到的地質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、對(duì)比，從而控制鉆井的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向、完成對(duì)于井下鉆頭的速度的優(yōu)化，避免井下安全事故的發(fā)生。

3 定向鉆井技術(shù)發(fā)展的新趨勢(shì)

隨著全球原有開采量的增大，現(xiàn)今的油氣資源的勘探開采正向著低滲透和非常規(guī)油氣藏的方向發(fā)展，通過在鉆井中采用水平井、多分支井和大位移井等技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)于鉆井技術(shù)的高質(zhì)量、高效率的進(jìn)行。同時(shí)鉆井技術(shù)的進(jìn)步可以使得定向鉆井能夠完成更為復(fù)雜的井眼軌跡，使得鉆井效率和鉆井能力不斷忒生，反過來促進(jìn)定向鉆井技術(shù)的不斷進(jìn)步。

結(jié)語(yǔ)

定向鉆井技術(shù)對(duì)于提高鉆井效率、降低鉆井作業(yè)的成本有著極為重要的作用，同時(shí)技術(shù)的進(jìn)步以及鉆井的需求又促進(jìn)了一系列定向鉆井技術(shù)的發(fā)展。本文在分析國(guó)內(nèi)外定向鉆井技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，對(duì)定向鉆井技術(shù)所使用的先進(jìn)設(shè)備等進(jìn)行介紹。

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