石油鉆井工程技術現狀、挑戰及發展趨勢探析

王吉龍 吳強 牛意

1. 中海石油有限公司天津分公司 天津 300459；2. 中海油能源發展股份有限公司工程技術分公司 天津 300459

引言

新時期，國內油氣勘探的大背景之下，油氣開發項目呈現出較為明顯的變化。各國油氣資源開發利用比例逐漸加深，油氣開采已經從傳統運作模式逐漸轉變為新型體系。隨著國家經濟建設水平的攀升，石油資源的消耗越來越明顯，對相應需求量也日漸提高。合理進行石油鉆井技術的開發已經成為當下主要研究要素[1]。為了提高國內油氣資源的生產效果，政府機構提高了對石油鉆井工程項目的支持程度。但是國內鉆機技術與先進國家仍存在較大差距，不利于鉆井行業的長期穩定發展。為了帶動石油開采水平的提升，必須提高勘探成功率，并確保開采安全性，即努力提高石油鉆進技術，從而為石油開采作業提供更加有效的方法。本文對石油鉆井工程技術的發展現狀進行了分析，提出了鉆進工程項目中的主要問題，分析了新時期該項工程項目的發展趨勢。

1 國內石油鉆井技術的發展現狀

結合國內石油鉆井技術的發展現狀，從20世紀50年代起，國內大部分石油企業都會采用高效鉆頭技術、噴射式鉆井技術，經過長期研發、技術引進，國內石油鉆井技術已經取得了很大進步，帶動了整個石油鉆井工程的進步，對應的石油開采質量、開采規模也逐漸擴大。新時期，國內石油開采期間，可結合地質條件差異進行差別化處理，設計不同的開采方案。工程實踐表明，科學有效的開采方案不但可提高開采效率，還可降低石油資源的成本消耗，從而達到提高企業經濟效益的目標。一般情況下，石油鉆井開采作業中，開采效益和開采成本息息相關。國內石油鉆井開采行業，正朝著機械化、國產化的方向發展，但是這個過程中使用到的設備規模大、成本高，設備運轉資金高，對企業盈利效果產生了不利作用。因此，合理降低開采成本，是保證石油鉆井開采利益最大化的重要過程，也是當下主要研究問題。未來石油開采設備，不僅要考慮實用性，更要降低成本。再者，隨著石油開采規模的擴大，國內石油儲量明顯下降，相應的開采資源越來越稀少，諸多苛刻的開采區域提高了開采設備的要求，這就要求國內石油鉆井企業必須積極進行研發，得到高位高壓的新型鉆井設備，確保石油資源的順利開采。最后，石油勘探和開采作業中，必須充分考慮數據測量的精度，這是保證石油順利開采的關鍵要素，因此，石油企業管理層要加強信息掌握程度的分析，加強鉆井測量技術、信息傳輸技術、控制技術的分析。努力做好相關數據的測量，力求提高操作人員的人身安全。

2 石油鉆井工程技術的應用現狀

2.1 地質導向鉆井技術的應用

該技術應用中，其主要組成為導向工具、地質導向儀器等。鉆井作業期間，地質導向鉆井技術必然需要和油藏技術結合，從而滿足地質導向技術的要求[2]。換言之，可以在工程鉆井期間，實現隨鉆控制的目標。由于地質導向鉆進技術應用中，必須考慮儲層要求、地層結構等要素，同時還要考慮鉆頭的軌跡，達到精確進行鉆頭控制的目標，提高鉆井采收效果。此外，還可達到降低鉆進施工成本、提高企業經濟效益的目標。

2.2 大位移井鉆井技術的應用

現階段，該技術在國內的應用主要是通過水平井、定位井延伸得到。考慮到大位移井鉆井技術存在的難點較多，限制了大位移井的應用和發展。隨著科學技術水平的提升，大位移井技術逐漸進步，國內學者在研究過程中逐漸找到了相應規律，已經初步解決了實際鉆井過程中的問題。

2.3 水平井鉆井技術的應用

該技術屬于一項定向鉆井技術，應用期間需要借助隨鉆測量儀、井底動力工具進行處理。一般情況下，水平井鉆井技術應用期間，其傾斜角需要維持在86°以上。考慮到國內石油鉆井工程起步早，近年來的發展中已經逐步解決了潛在問題。與其他鉆井技術相比，該技術具有鉆具平穩、上下調整的特點，明顯提升了石油鉆井技術的進步。

3 石油鉆井工程技術發展面臨的挑戰

當下，油氣勘探作業中，存在資源條件劣質化、油氣項目復雜化、安全環保嚴格化的新要求。該行業正逐漸從陸地向海洋方面發展，同時從淺層朝著深層區域發展。合理進行未來形勢的分析，工程技術方面必須進行全面研究。對比分析后，國內石油鉆井技術與國外存在較大差距，包括自動化鉆機、旋轉導向體系、抗高溫螺桿等。井下作業、儲層改造水平與國外先進水平存在較大差距，尤其是高壓氣井帶壓設備、高效壓裂工具等[3]。業內正不斷引入國外先進技術，力求保證國內技術與國外先進技術的逐步統一。其核心部分是充分考慮進口要求，保證服務水平、競爭水平等滿足預期要求。尤其是對于海洋、深層地質區域等，更要充分考慮工具、裝備、液體方面的影響，盡量保證工程技術發展水平滿足預期要求。

深井、超深井在鉆井處理中，主要挑戰為：深度過大，考慮鉆機效率問題；高溫高壓條件下，管柱、儀器設備的受損程度；高壓地層條件下，合理考慮井控安全的要求；深層井壁區域，經常會出現失穩的情況，超深層巖石條件下，需要遵循的規律與常規情況不同，深層井壁區域無法采用常規理論。

海洋鉆井作業中，主要挑戰為：水深加大，挑戰難度增加；淺層水、氣流作用下的影響；風浪流帶來的影響；海底低溫因素的影響；深水區域，井控難度增加；鉆井船、機器人、導管等設備在井下技術儲備能力不足；海水基鉆井液、固井液不成熟；部分區域存在浮冰、超低溫等情況。

非常高油氣鉆井作業中，主要挑戰為：工廠的配套設備不足；旋轉導向體系不完善，導致長水平段鉆井無法滿足預期要求；破巖效率偏低、鉆井作業周期長；大功率設備、高效壓裂技術等不成熟；井筒完善性有待提升；流體回收技術和設備處理技術不達標等。

4 石油鉆井工程技術發展趨勢與工作建議

4.1 石油鉆井工程技術發展方向和趨勢

4.1.1 石油鉆井工程技術發展方向。當下，國內油氣技術正朝著集成化、信息化、智能化、綠色化的方向發展，油氣鉆井技術未來發展趨勢更需要保證清潔性、安全性、經濟性等。鉆井技術應用期間，不僅要考慮油氣通道的建設和構建，更要考慮油氣井產量、采收率等要素，同時要考慮新方法的引入和應用[4]。現階段，較為有代表性的油氣公司存在一定的相似性，如鉆井自動化、高造斜率旋轉導向系統、壓力控制鉆井技術、深水鉆井技術等。在進行井筒完整性的處理時，要合理進行井下振動監測、井下控制處理方面的分析，工廠化鉆井、井下作業一體化等已經逐步引起了業內專家的關注，對此，必須投入較大比例的研發力度。

針對國內外的油氣公司、服務公司，其工程技術的研發結果表明，國外技術已經逐步進入高投入、廣儲備的時代。工程技術發展方面，長期堅持高效勘探處理，需合理優化鉆井技術來提升采收率、提高開采量，降低噸油成本；提高整體技術競爭水平，掌握核心技術，有效降低服務成本。從而逐步達到科學化、自動化、智能化的要求。考慮中石油發展業務中，包括深井、超深井、非常規鉆井技術中經常會遇到的各類問題，相關人員必須及時進行技術攻關分析，力求逐步提高工程技術的服務保障能力、核心競爭力，具體分析如下。

第一，深層技術發展中，在進行鉆機使用期間，要保證高效性，合理考慮垂直鉆井工具、新型鉆桿要求、膨脹管堵漏技術等。第二，海洋工程技術發展過程中，要加強深水區域、裝備自動化方面的分析，還包括關鍵設備的水下運行處理，對應工具設備等都要滿足環保性、安全性等基本原則。具體發展方向方面：鉆井平臺、采油平臺、海洋鉆井船；低溫深水固井處理、海洋控壓鉆井系統等。第三，非常規油氣工程方面，技術需求包括：自動化鉆機、長水平段鉆井技術、整體破碎壓裂等。具體發展方向方面：要考慮工廠化作業裝備技術、配套儀器要求；長水平段鉆井完井技術中要考慮油基鉆井液、旋轉導向等；整體破碎壓裂技術、回收流體和水處理技術等。

4.1.2 石油鉆井工程技術發展趨勢[5]。鉆完井技術發展中，其未來發展趨勢方面分析如下。第一，該工程應用到的設備朝著規模化、大型化、模塊化的方向發展，對應液壓鉆機、專用鉆機等也應滿足上述要求。整體海洋鉆井設備更要考慮安全性、高效性、可靠性等要求，提高配套設備的合理應用。第二，鉆進高新技術的發展和應用，包括自動化、智能化、信息化等方面。整個體系需朝著更快、更精確的方向發展，特殊條件下還要擁有遠程專家的技術支持和幫扶。第三，鉆井新技術的應用中，力求逐步提高油氣井的產量，加強剩余油品的開采、提高整體經濟效益，從而為鉆井技術的未來發展奠定基礎。第四，不斷加強鉆井高新技術的研發。當下，新型破巖技術越來越多，努力實現鉆井優化，方可有效保護油氣層條件，并第一時間發現油氣層，降低“噸油”鉆井成本，這已經逐漸成為國外鉆井發展的主流趨勢。同時，還要充分考慮等離子、激光等非接觸形式鉆井新技術的研發。第五，相應的工具和儀器，必須朝著大容量、高精度、耐高溫、耐高壓方向發展。第六，鉆井液固井液的發展中，需要考慮系列化要求，包括添加劑種類、添加劑體系要求，以及添加劑的穩定效果、抗溫和抗復雜要求等，還要充分考慮智能水泥、仿生鉆井液的應用要求。第七，復雜結構井條件下，積極進行縱向深度要求方面的分析，包括多分支井、最大儲層有效進尺（MRC）、鉆向儲層（DTO）?極大儲層鉆進（ERC）方向的發展等。魚骨井、大位移井水平位移方面，一般移向12km以上發展。第八，需考慮套管鉆井、膨脹管鉆井等方面的發展。配套設備設施等都要考慮其完善性、合理性要求，相關技術呈現出發展迅猛的特點，同時朝著單一井徑井方向發展。

4.2 石油鉆井工程技術的發展建議[6]

第一，在非常規油氣技術處理過程中，需充分考慮水平井的發展要求，加強大型自動化鉆機設備、壓裂設備、旋轉導向設備、抗高溫條件的螺桿等方面的研發，同時還要充分考慮流體回收技術，保證盡快形成相應的產業優勢。第二，深層油氣勘探開發作業中，加強鉆機鉆井效率的分析，合理應用自動化設備。結合實際應用，加強高溫高壓試油設備的分析；加強高鋼級抗腐蝕套管的分析、研發油基鉆井液、壓裂液、井筒完整性的考慮。第三，海洋油氣勘測開發環節中，要考慮技術儲備要求。增加修井機、采油平臺、采油裝置、防噴設備的處理；雙梯度鉆井、控壓鉆井和表層鉆井技術應用的技術要求；加強超低溫條件下，水泥漿、鉆井液等方面的流體分析。

5 結束語

當下，國際領域方面，油氣工業正經歷著巨大變遷，各國逐漸將油氣工業的發展希望寄托于技術領域方面。在進行油氣勘探開發處理過程中，必須加強深層區域、海洋領域、非常規區域的關鍵技術分析，尤其要考慮瓶頸問題。力求借助工程技術的優化來保證持續攻關和進步，加強自主創新技術的開發、并及時引入國外領先技術、吸收先進技術。逐步研制出適合國內相關產業發展的自主產權，包括高端裝備、工具、軟件等方面，力求更好的配合工程技術的全面發展，帶動油氣資源使用效率的提升，保證為勘探開發工作提供強有力的工程技術支撐。