石油鉆井工藝技術現狀與發展探討

唐得勇

（大慶鉆探工程公司，黑龍江 大慶 163000）

傳統石油鉆井施工作業，大多需要通過組織開采要求和確定施工作業方案完成，為避免出現投入高、時效低等缺點，相關單位應基于投入成本，從方案探討和開發中總結對石油開采的有利條件，這相比傳統的石油開采方法而言，基于成本要素以及工藝技術，探討鉆井深度與設備使用效率之間的關系，更能滿足各企業單位對高標準作業、安全開采的需求。按照不同的工藝技術，以及石油開采中所需投入的成本，可將工藝技術的研究主要分為坍塌問題避免、開采效率提升這兩段流程[1]。這就需要以產生的成本投入量為基準，確定鉆井開采方案的同時，對鉆井設備、工程參數進行優化，以人為控制和方案管理的方式，確保石油開采的過程穩定。

1 石油鉆井工藝技術概述

鉆井、測井、下套管、固井、完井是石油鉆井的基本流程，探討鉆井工藝方面的問題時，應以此為方向進行，整合基礎要求外，將設備使用等工作穿插于其中，才能更好地完成石油鉆井作業。同時，據研究與調查的數據顯示，石油鉆井工藝占據了總投入成本的40%以上，能源及成本消耗總額是需要控制和投入研究的對象，這是因為整個流程不僅影響了實際開采的效果，也會對開采效率、開采安全產生影響[2-3]。基于此，在探討工藝技術層面的問題時，應以成本的客觀投入為主，將設備使用、效率總結和成本優化等工作組織于其中，分別從各流程占據總體的比重出發，從源頭規避鉆井作業成本投入量過高的問題，并將其作為主要手段，進行石油等能源的開發。

2 石油鉆井施工流程

石油鉆井工藝是影響開采安全、投入成本以及鉆井效率的第一保障，應從本有的鉆井流程中出發，聚合設備使用、成本損失、明確鉆井開采方位中的問題。同時，根據不同鉆井工藝技術的功能，在探井、固井、完井等流程中，聯合各環節的要求以及作業方法，從設備選擇、安裝和使用的層面出發，優化鉆井開采流程，可切實降低設備這一要素的影響，這也是目前在前期準備階段常用的管控辦法。其次，鉆井方案是執行工作、組織鉆井活動的基本要素，其不僅決定了工藝技術應用和落實的方式，在減少隱患問題，達到預期效果層面也有一定的正向影響。正因此，在研究鉆井施工流程時，應對前期工作方案投入更多的研究和重視，以持續做好現場的組織工作，配合鉆井液等介質減少設備卡頓的問題產生[4]。這將對整個鉆井施工現場的穩定性起到更多保障。除此之外，對鉆井設備進行使用上的保護也是一個工作側重點，這對鉆井設備的可用壽命有著更多的影響，應在方案設計中和工作組織和安排中投入關注，并且從中優化鉆井施工流程，使整個過程的安全度、穩定性更高。

3 石油鉆井工藝技術的優化

3.1 鉆井設備的優化

在設備層面探討工藝技術的優化措施，首先需要了解鉆頭對鉆井效率的影響，針對外在環境的變化，配合對鉆井設備的監管，確保鉆井設備的運行狀態和實際功率符合要求，以此來優化和改進實際鉆井方式。以鉆頭的礦損耗保護為例，主要的維修方式包括使用鉆井液提高鉆頭的耐熱性，基于地質類型提高對鉆頭的保護，使其具備較好的耐用性以延長使用壽命。同時，在合規性方面，還需從參數的選擇中進行，聚合多種影響因素，保持石油鉆井效率。

除此之外，還需對高溫狀態下，對鉆井設備造成的影響進行分析，以此來確定實際鉆井方式，確保鉆井設備發揮出較好的效用，防范設備層面的使用風險，以及在現場控制鉆井效率的能力。最后，組合使用鉆井設備也是當前需要重視的內容之一，但從保障開采效率的角度出發，還是應將工作重心落于鉆頭設計上。

3.2 鉆井工程參數的優化

分析鉆井控制參數的意義在于，對有異議、有數據波動的地方進行處理，降低鉆井過程復雜問題的影響，確保鉆井負載的非線性參數的穩定。只有鉆頭比能高于一定比例時，才不會造成更多的浪費和使用上面的損失。同時，基于理想參考點，對鉆井工程的參數進行優化，還有避免額外風險出現的作用，例如智能自動送鉆系統的出現，可以更容易地滿足更換鉆頭的要求，減少對鉆井開采效率的影響外，將問題產出比控制在不高于1%的區間。除此之外，精準控制參數的意義，還在于通過算法計算，基于多目標粒子群算法數據，對理想參數狀態進行提取，避免整個工作流程進入無序發展狀態，繼而對不同的控制參數算法產生影響，最終通過對鉆井控制參數的研究，為鉆井開采工作提供參考，并且由此設定標準。

3.3 深井鉆井技術優化措施

探究深井鉆井技術的原因有，減少復雜地質情況的影響，對作業周期、工程費用進行控制，對有缺陷、需要優化的地方進行總結和整理，減少客觀條件變化的影響，基于現實情況執行勘探和能源開發工作。因此，在沒有完整的地質信息時，應根據地層孔隙壓力、高低壓狀態，依靠企業自身的經驗技術積累，對深井鉆井的空隙壓力進行評估，配合異常壓力的成因以及檢測和預防措施，控制深井鉆井中各類人員所面臨的實際風險，對實際鉆井效率進行控制外，預防受到地層壓力因素影響過高的現象發生。通過這種方法來構建簡單的壓力模型，用于對地層壓力狀態進行預測，可以提高石油鉆井的效率及水平，更好地滿足實際作業需求。可見，在探討深井鉆井技術的應用問題時，首先應轉變工作重心和側重點，通過單點計算模型，對垂直效應力、孔隙度等要素進行簡單計算。

3.4 欠平衡鉆井技術優化

不同鉆井工藝技術的優勢和側重點也各有不同，相關人員應基于鉆井液業主壓力和地層孔隙壓力的影響，聚焦于控制地層流體走向、提升多種循環介質使用上，并且在氮氣鉆井、空氣鉆井等技術方面尋求更多的優化方法。正因此，優化這一鉆井及時的要點內容是減少對試油儲層的破壞，從中控制油井內部的壓力，以避免應用此項技術時，頻發的風險問題產生。其次，由于此項技術對儲油層的破壞較大，首先應在總體層面對技術進行優化，增加作業安全外，通過人為處理避免對石油儲層造成過多的腐蝕，只有在此基礎上進行工作調整，才能確保鉆井效率的增幅達到預期目標。這是優化銹蝕問題最基本的方法，也是當前大環境下，保障鉆井施工效率的一類方式方法[5]。最后，從成本投入層面進行探討，由于欠平衡鉆井技術還能拆分為空氣欠平衡鉆井技術、天然氣鉆井技術這幾種，研究工藝優化問題也應基于不同情況下的問題，從循環介質層面出發、從鉆井過程中地層水流等問題的影響上，找到解決措施。

3.5 小口井鉆井技術優化

在配置要求和對外在條件造成的影響方面，分析小口井鉆井技術的優化方法，需要從鉆井裝備與工具、鉆井技術、鉆井液技術、小井眼井固方法中進行，以此在有限的成本投入中，確保鉆井效率，達到施工建設的要求外，確保鉆頭速度保持最高值。此外，研究小口井鉆井技術問題，首先應關注到成本投入有限，對工作效率的要求過高等問題，只有在此基礎上通過鉆井設備的配合，調整實際鉆井的組織架構，合并工作流程，處理發動機、鉆頭速度、PDC鉆頭的使用和保護等核心問題。此外小口井鉆井工程的方案，不僅能夠體現設計要求，也能從配套的設備研究中，更好地處理其中的技術問題，將更多的工作要求反映在方案設計上，減少在不同作業環節下的理論虧損，優先做好配套的方案組織工作，也是對此項技術進行優化的一種方式，符合這一鉆井技術的要求，也利于及時調整工作方向。

3.6 自動鉆井技術優化

得益于數字技術的發展，以及各類型物理傳感器的使用，使得整個作業流程得到了優化，也能通過對各種參數、數據的有記錄、組織、優化處理，找到提高石油開采效率的辦法，極大程度地避免安全隱患問題的產生。應用這類技術的理想狀態是達到無人操控鉆井作業狀態，但在井下自動化和井上自動化兩個方面遇到了較大的問題和挑戰，如果不能利用物理傳感器、通訊技術和網絡技術構建技術閉環，那么將增加鉆井效率的負擔，為此應從物理傳感器的使用上和敏感性的保護上進行優化，達到預期的效果外，找到實現遠程操控作業的方法，以及一個易于操作、利于雙作業，連續起下鉆執行的途徑。只有這樣，才能減少作業條件惡劣，極端條件下作業安全得不到保障等問題，避免人員受到的影響，并且能夠利用自動化技術調整工藝技術的組織架構，以及通過對作業方式的調整，帶動整個鉆井工藝的整體進化。

3.7 地質鉆井技術優化

地質鉆井技術是對地底資源進行初始評估的可靠方法，能夠在鉆井路線制定上提供更多、更可靠的幫助，正因此，需要對此項工藝技術進行優化，為地底路線制定不斷提供更多數據支持，以此確定工作內容，確保地層內流動物質不會對石油儲層造成污染。與此同時，還應針對地質鉆井技術的特點，持續做好對石油儲層的保護工作，提升作業效率外，更好地將鉆探到的信息，組織于實際作業中，確保流程的穩定，以及和鉆井勘察工作的匹配度，提升鉆井作業的效率和質量，保障各企業單位的經濟收益。最后，從工作要求和任務分配的角度來看，各企業單位需要一直在地質鉆井和地質勘察中，不斷擴大這一工作的影響力，包括但不僅限于增加對鉆探數據的分析和處理。

4 結束語

鉆井技術的影響體現在方方面面，需要基于開采要求和組織計劃，研究和確定施工作業方案，避免出現成本投入高、作業時效低等問題。其次，從鉆井設備的組合以及鉆頭的保護方面探討，還應根據成本投入要求，以及從效率層面出發，探討鉆井深度與設備使用效率之間的關系，這將對整個鉆井作業工作起到更多的正向影響。最后，對鉆井設備進行更多的保護也是一個工作側重點，應在方案設計和設備保護這兩個方面進行，從中優化鉆井施工流程，使作業現場的安全度、穩定性更高。