现代石油钻井技术50 年进展和发展趋势
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沈忠厚 王瑞和
(石油大学高压水射流研究中心,山东东营 257061)
摘要 回顾了石油钻井技术50 年来的发展,着重对近20 年发展起来的随钻井下测量与评价技术,井下钻井动
态数据实时采集、处理与应用技术,闭环钻井技术,水平井钻井技术,大位移井钻井技术,多分支井及重入井钻井技
术等给予了介绍,分析了其技术优势和潜力。明确指出了钻井技术今后的发展趋势是以有利于发现新油气藏和提
高油气采收率为目标,向信息化、智能化、自动化方向发展。
关键词 钻井技术 油气采收率 信息化 智能化 自动化
0 引言
20 世纪50 年代初,石油钻井技术由经验钻井
步入科学化钻井时期。20 世纪50 年代初～20 世纪
80 年代初为科学化钻井前期阶段,在这一阶段的主
要技术就是发展了喷射钻井技术、优选参数钻井技
术、平衡压力钻井技术、丛式井钻井技术及高效钻头
技术、井控技术、保护油气层技术等先进技术。但这
些技术多为单项技术。20 世纪80 年代中至目前为
科学化钻井后期阶段,这一阶段的主要特征是以钻
井信息化、智能化为特点向自动化钻井迈进时期。
这一阶段主要技术成就有[1 ] : (1) 发展了井下信息实
时检测技术,如随钻测量、随钻测井、随钻地震、随钻
地层评价和钻井动态数据实时测量,使钻井过程中
井下地质参数、钻井参数和井眼参数能够实时测量、
传输、分析和控制。(2) 开发了井下导向和井下闭环
钻井系统。(3) 发展了有利于发现新油气层和提高
油田采收率新钻井技术和方法,如欠平衡压力钻井、
水平井钻井、多分支井钻井及连续油管钻井等。
1 现代钻井技术主要进展
1. 1 随钻井下测量与评价技术
20 世纪80 年代中,第1 次在钻定向井中使用
MWD ,它与近钻头测斜器(MNB) 配合使用,可以随
钻测得井斜角和方位角,求出井眼实时偏差矢量,实
现几何导向。80 年代末随钻测井仪(LWD) 问世,三
参数组合随钻测井仪(地层电阻率、体积密度和中子
孔隙度) 和四参数组合随钻测井仪(地层电阻率、体
积密度、中子孔隙度和自然伽马) 已成为标准的
LWD ,可进行实时地面传输和井下仪器芯片内储2
种记录。LWD 除可以全部完成传统电缆测井采集
井下所钻地层的地质资料和信息外,其所获得的地
质信息和资料还具有以下特点: (1) 在随钻电阻率测
井中,获得的地层电阻率是在地层未被钻井液污染
时测得的数据,是地层真实的电阻率,这有利于及时
发现低压易受钻井液污染的油气层。(2) 实时进行
地层对比和评价,有利于卡准取心层位和完钻井深。
(3) 实时检测异常高压层,及时调整钻井液性能,实
现近平衡钻井和保护油气层。(4) 通过传统电缆测
井可起到时间推移测井作用。根据随钻测井所得曲
线与传统电缆测井所得曲线差别,分析钻井液侵入
后情况,为油气层识别提供重要依据。(5) 随钻测井
不占用钻机时间,缩短完井时间和油气层浸泡时间,
减少油气层污染,缩短建井周期。(6) 为钻井数据自
动采集,实现信息化和智能化钻井奠定了基础。
随钻地震(SWD) [2 ]是在传统地面地震勘探方法
和已成熟的垂直地震剖面(VSP - Vertical Seismic
Profiling) 基础上结合钻井工程发展起来的一项学科
交叉的新技术。SWD 是利用钻井期间旋转钻头的
振动作为井下震源,在钻杆的顶部和井口附近的地
表埋置检波器,分别接收经钻杆和地层传输的钻头
振动信号。这些振动信息经加工处理,可以实时获
得各种地层参数(如层速度、钻头前方反射界面的深
度等) ,根据获得的各种地质参数可以估算出钻头前
第25 卷第5 期 石 油 钻 采 工 艺 Vol . 25 No. 5
2003 年10 月 OIL DRILLING & PRODUCTION TECHNOLOGY Oct . 2003
X作者简介:沈忠厚,1928 年生。1951 年毕业于重庆大学采矿系,主要从事钻井工程、流体力学方面的教学与科研工作,中国工程院院士,博
士生导师。
方待钻地层的岩石类型,岩石孔隙度、孔隙压力和其
它声学敏感的岩石参数,同时,结合声波测井资料,
可以更准确地研究井眼附近的地层性质。
随钻地震在地面井场周围进行全方位观测,可
得到多条过井的随钻地震剖面,用直达法可以求出
不同方向的钻头偏离垂直井轴的距离,最终确定钻
头深度的空间位置(井斜角、方位角) 。将不同深度
处的钻头空间位置连接起来,就得到井身轨迹的空
间曲线及井身参数值,为井眼轨迹控制提供地质导
向依据,使井眼轨迹准确“入窗中靶”,实现实时地质
导向。由于地震波在油、气、水等流体中的传播速度
比在岩石基质中的速度小,随钻地震在探井中发现
油气层成为可能,从而提高探井成功率。随钻地震
获取的信息是油藏未被污染的原始参数,对制定保
护油气层和油藏描述工作有重要价值。
20 世纪90 年代以来MWD 和LWD 的发展日趋
结合, 形成了新的随钻地层评价测试技术
(FEMWD) [3～4 ] 。如斯伦贝谢的集成钻井评价系统
( IDEAL) 实质上可称作是集成钻井信息系统( IDIS) ,
不仅具有实时测试、传输下部钻具(HBA) 的方位、井
斜、钻压、扭矩波动、应力状况、流动压力、钻井液密
度,还可测试传递所钻地层的电阻率(射线) 、孔隙度
(补偿热中子) 、岩石密度等地层特性参数。随仪器
短节越来越短并紧靠钻头,故能即时分辨所钻岩石
层位边界,避免误入其它层位。这种信息系统将成
为全功能闭环钻井系统中的重要一环。
地质导向技术( GST) 是在MWD、LWD 和SWD
技术基础上发展起来的一种前沿技术,是使用随钻
定向测量数据和随钻地质评价测井数据以人机对话
方式来控制井眼轨迹的钻井技术。它是以井下实际
地质特征来确定和控制井眼轨迹的钻井,而不是按
预先设计的井眼轨迹进行钻井。使用该技术即使井
眼避开地层和地层流体的界面,仍可精确地控制井
下钻具命中最佳地质目标,并始终位于产层。地质
导向技术更利于在薄油层和大倾角油层中钻水平
井。对于这样的油气层,使用常规方法控制井眼轨
迹是很难命中地质目标的。使用随钻定向测量和随
钻地层评价测井数据进行地质导向钻井,可以随时
知道钻头周围几米范围内的地质特征、钻头与地质
界面以及地层流体界面的相对位置,因此可以控制
钻头始终在油气层中行进。地质导向的基本方法是
在井的设计阶段,以实验井或邻井测井数据为基础
进行计算机模拟,得出新设计井的模拟测井数据,在
钻井过程中,将井下随钻测量和随钻测井工具发送
至地面的实时测井数据与模拟数据相对比,如果模
拟数据与随钻实时数据一致,说明命中了最佳地质
目标,否则,应按井下实时地质特征修正和改变井眼
轨迹。
1. 2 井下钻井动态数据实时采集、处理与应用技术
旋转钻井中,钻柱为高柔性结构并在钻进时存
在转向、扭转和横向振动。振动可能会使钻头短暂
离开井底使钻头空转,也会造成钻头非正常磨损,严
重时可能发生扭转振动,钻头和钻柱反转(涡动) 、钻
具脱扣及钻柱粘、滑扣等复杂情况或事故。
长期以来是在地面对钻柱进行实时振动监测,
但是由于没有建立起钻柱振动特性和钻头动态特征
的精确模型,无法准确知道井下钻具的真实状态。
尤其在目前定向钻井和水平钻井中,由于钻柱与井
壁接触,大大减弱了地面检测钻头和钻头附近处产
生的轴向和扭转振动。20 世纪90 年代以来,由于
传感检测技术和微电子技术的进步,已开发出钻井
动态传感检测元件和高速数据监测及处理应用系统
(DDS) ,实现了钻井动态数据在井下采集和诊断,然
后将诊断结果传输到地面,以有效地对井下钻具的
运动状态进行控制。该系统由用于采集数据的井下
传感器组,数据信号处理器、数据存储器和实时显示
器构成,能在钻台上和值班室实时显示从井下传输
来的诊断信息,实现有效控制。它最早于1998 年投
入应用,可在138MPa 和150 ℃的条件下工作,可以
检测8 种参数和12 个数据[5～6 ] 。即:4 个全桥式应
变片组,以测量井底钻压、扭矩和2 个正交方向的弯
矩;测量井眼压力和环空压力;三轴加速计以测量轴
向加速度和2 个正交方向的横向加速度;用X ,Y 2
个正交的磁力仪监测井下旋转速度;用热电偶计检
测井下温度。
1. 3 井下闭环钻井技术[7～8 ]
闭环钻井技术是在20 世纪90 年代信息化、智
能化钻井向自动化钻井迈进中发展起来的集成化钻
井技术。根据1987 年R. L.Monti 的定义,要实现闭
环钻井作业的全过程,必须完成以下6 项工作: (1)
地面测量,主要包括钻井液录井和钻井参数地面测
量; (2) 井下随钻测量,即采用MWD 及LWD 测量井
下几何参数和地层参数; (3) 数据采集和地面计算;
(4) 数据整体综合解释,主要包括把测量数据解释成
有用参数以指导作业,并用“人工智能”把世界范围
内专家经验应用于井场; (5) 地面操作控制自动化;
2 石油钻采工艺 2003 年10 月(第25 卷) 第5 期
(6) 井下操作自动控制,主要是利用“智能”型井下工
具和可控的井底钻具组合进行控制。整个钻井作业
过程分别由井下和地面两大操作系统完成。从环路
系统来看,可以将闭环钻井系统分为井下闭环和地
面闭环两大系统。
1. 3. 1 井下闭环钻井的发展阶段
(1) 井下开环钻井阶段。井下只有一般的井下
测量工具,未使用MWD 和LWD 等随钻测量工具。
井眼轨迹控制只能利用常规技术和更换井下钻具组
合来进行。井眼轨迹质量差,钻井效率低,安全性
差。如果使用一般钻机钻井,则称为地面开环、井下
开环钻井。
(2) 井下半闭环钻井阶段。井下使用地面可控
制的造斜工具(如可变径稳定器、可调弯接头、可变
弯角井下动力钻具、可伸缩偏心垫块) ,并采用较先
进的井下测量工具(如MWD、LWD 等) 。测量数据
向地面传输,经过计算机处理和地面模拟,通过传输
通道向井下传输操作指令,随后对井下操作控制。
与井下开环系统相比,测量精度高,实时性强,信息
量大,操作指令主要依靠计算机处理得到,人为的经
验减少。由于在井下使用可控制造斜工具,使起下
钻操作大幅度减少,钻井效率显著提高。国外许多
水平井、定向井都是利用井下半闭环钻井技术完成
的。若使用自动化钻机进行井下半闭环钻井,则称
为地面闭环,井下半闭环;若使用一般钻机钻井,则
为地面开环、井下半闭环钻井。
(3) 井下闭环钻井阶段。指井身轨迹控制完全
离开人的干预,井下信息测量、传输、处理及控制指
令的产生和执行完全自动进行。有先进的随钻测量
(MWD、LWD、SWD、GST 等) 和功能较强的井下可调
工具,同时,必须有性能良好的微电脑。井下闭环钻
井可分为2 类: ①中心电脑放在地面,通常是测量信
息通过传输通道传至地面,由中心处理机处理后,控
制指令传给顶部驱动钻机,由顶驱钻机来改变井下
工具的工具面,这时不需要井下可控工具。也可以
是中心电脑发出的指令传给井下可控工具,从而改
变井下工具的结构参数。②中心电脑放在井下,随
钻测量信息传给井下电脑,由井下电脑发出指令来
控制井下可控工具。测量信息同时传给地面计算机
进行模拟研究,用来监测井下作业效果。如果井下
闭环钻井不用自动化钻机,则为地面开环,地下闭环
钻井即通常所指的井下闭环钻井;如用自动化钻机,
则接近全闭环钻井阶段。
(4) 全闭环钻井阶段。这是钻井技术发展的最
后阶段。即井下采用智能化钻井系统,地面监控和
操作采用规范的自动化系统。在地面控制中心,由
计算机控制整个钻井作业系统,井下智能钻井系统
则带有独立的微电脑。要实现全闭环钻井,尚还有
一段距离。
1. 3. 2 井下闭环钻井的导向工具和方法
(1) 滑动式导向工具。滑动式导向工具的特点
是作业时钻柱不旋转。钻柱沿井壁轴向滑动,可改
变井眼的井斜角和方位角,能连续控制井眼轨迹的
方向。这种导向方法目前仍占主导地位。其导向工
具主要有弯壳体马达(含单弯、同向双弯、异向双弯
导向马达) 或弯接头与导向动力钻具组合。滑动式
导向方法存在的主要缺点有: ①摩阻问题。由于钻
柱不旋转,整个钻柱躺在井壁上,随着井深和井斜的
增加,钻柱所受摩阻越来越大,钻柱会发生屈曲,钻
压无法传递到钻头上,使井下闭环钻井极限工作井
深受到限制。②井眼清洁问题。随着井斜角增大,
钻井液的携岩能力变差。由于钻柱不转动,岩屑带
不出来。以上问题在水平钻井、钻大位移井和大斜
度井中更为突出。为此,人们转向研究和开发旋转
式导向工具。
(2) 旋转式导向工具。由于导向时钻柱连续旋
转,钻柱轴向摩阻和井眼清洁问题得到改善。典型
的旋转式导向工具为可变径稳定器。通过在地面遥
控操作,改变井下稳定器的直径来改变井下动力钻
具组合的力学特性。地面遥控可变径稳定器的方法
有排量控制法、投球控制法、钻压控制法和电控制
法等。
但旋转导向使用可变径稳定器导向,有其使用
局限,它只能用于简单的二维井身剖面(垂直井防斜
和水平井导向) ,对于复杂轨迹和特殊井眼必须研制
井下全方位可调导向工具。由于上下行通道信息传
输难度和效率问题,只能将微处理器移到近钻头处
形成井下闭环回路。目前井眼轨迹全方位可调井下
工具主要是可控偏心器(Controllable Bias) ,该工具的
造斜定向方式(偏置方式) 有2 种,内置可调式和固
定静态式。
1. 3. 3 旋转导向闭环钻井系统 20 世纪90 年代国
外开发并应用于生产的旋转导向闭环钻井系统,有
以下5 种。
(1) 德国用于超深井防斜的垂直钻井系统
(VDS) 。主要是完成德国大陆超深井KTB 项目需要
沈忠厚等:现代石油钻井技术50 年进展和发展趋势3
开发出的闭环钻井系统。该系统由井下工具、钻柱、
压力传感器、地面控制装置组成。主要特点是在易
斜地层和高陡构造钻直井,可自动纠正井斜、保证井
眼在垂直方向钻进。英国石油公司基于同样原理推
出了钻水平井的样机。该系统配备井下发电机、井
下微处理器和2 个变径稳定器,系统实现井下闭环
控制。
(2) 美国能源部提出的自动定向钻井系统
(ADD) 。是一种能够精确地沿着预存储在井下微处
理器中的设计轨迹平滑钻进,实现井下自动控制的
钻井系统。
(3) Steve Bell 研制的自动导向系统(AGS) 。是
一种井下闭环定向钻井工具,该系统内的计算机能
精确地控制井斜和方位,钻直井段时,它能自动检测
出小的井眼轨迹偏移,并作出修正,保证钻一个直井
眼;当要修改轨迹时,AGS 会产生一个最大曲率为
2. 2 (°) / 30m的平滑轨迹。
(4) 美国CAMCO 公司推出的旋转导向钻井系
统(SRD) 。该系统主要由偏置装置和伺服装置构
成。偏置装置直接和钻头连接,具有3 个可伸缩衬
块,通过钻井液压力驱动偏置装置的衬块按要求的
方位与井壁接触。通过控制作用在钻头上的力的方
向,控制井眼轨迹。
(5)Bake Hughes 公司的旋转导向闭环钻井系统
(RCLS) 。其典型的工具为Autotrak ,采用固定静态
式偏置机构,主要包括:非旋转滑套、固定在滑套上
部可转动的上稳定器,无磁短节、地层评价仪(可选)
和另一个稳定器。固定在滑套内的液动装置可控制
滑动块,进而选择性地改变液动伸缩块与井壁的径
向接触,合力指向造斜方向。该系统可实现连续旋
转钻进和全方位控制。
以上几种闭环导向系统中,前2 种只能用于水
平井或垂直二维井段的井斜调整,后3 种能够实现
全方位井眼轨迹闭环控制。
1. 4 水平井和大位移井钻井技术
1. 4. 1 水平井钻井技术 水平井钻井技术从20 世
纪80 年代初开始研究,20 世纪90 年代大规模推广
应用,目前已作为常规钻井技术应用于各类油藏。
水平井钻井成本已降至直井的1. 5～2. 0 倍,甚至有
的水平井钻井成本只是直井的1. 2 倍。水平井产量
则是直井的4～8 倍。水平井钻井口数,全世界1985
年为20 口,后由1989 年的500 口到1995 年猛增至
7000 口,至2000 年已达约20 000 多口。水平井技术
在应用上具有以下特点:
(1) 向综合方向发展。由普通水平钻井技术向
大位移水平井、多分支水平井和小井眼水平井钻井
技术方向发展。
(2) 用于油田整体开发。如美国能源部利用水
平井来减缓Elk - Hills26R 油藏原油产量递减速度
和延长油藏经济寿命。从1988 年到1995 年共钻
140 口水平井,获得良好经济效益(这些井在寿命期
间扣除成本,纯收入2. 37 亿美元) ,成功地控制了产
量递减,该油藏最大可采储量比原来提高18. 5 %。
水平井钻井技术获得以上突出钻井指标、经济
效益、扩大应用范围和领域主要是使用MWD、LWD、
FEMWD 导向组合技术,串接液马达以及闭环钻井等
先进技术获得的。
1. 4. 2 大位移井钻井技术 大位移井( ERD) 包括
大位移水平井, 是指水平位移( HD) 与垂直深度
(TVD) 的比大于2 以上的定向井和水平井,当比值
大于3 时,则称为特大位移井。世界范围内水平位
移超过7000m 的井在20 口以上; 水平位移超过
10000m 的井有3 口;HD/ TVD 的比值目前最大接近
7. 0。1997 年5 月我国南海东部石油公司通过对外
合作,钻成了西江24 - 3 - A14 大位移水平井,水平
位移达8062. 7m ,当时是世界最高指标。大位移井
不同于水平井的一个显著特征是斜井段长,特别是
大斜度井段往往在3000m 以上,井下钻柱摩阻增大
和井眼清洁问题是大位移井成功的关键。由于20
世纪90 年代发展了旋转导向技术及其工具———变
径稳定器和可控偏心器,解决了钻柱摩阻增大和清
除井内钻屑问题,使大位移井钻井技术得以向前发
展。同样与使用先进MWD、LWD、SWD、FEMWD、
GST及井下闭环钻井技术是密不可分的。大位移井
钻井技术对海上钻井、海油陆采具有更突出的经济
意义,将是21 世纪发展的先进钻井技术之一。
1. 5 多分支井及重入井钻井技术
20 世纪90 年代后期,国外大力发展多分支井
钻井技术,并被认为是21 世纪国际石油工业的重大
技术。多分支井是指在1 口主井眼的底部钻出2 口
或多口进入油气藏的分支井眼(2 级井眼) ,甚至再
从2 级井眼中钻出3 级井眼。主井眼可以是直井、
定向斜井和水平井。分支井眼可以是定向斜井、水
平井或波浪式水平井。多分支井可以在1 个主井筒
内开采多个油气层,实现1 井多靶的立体开采。多
分支井可以从老井也可从新井再钻几个分支井眼
4 石油钻采工艺 2003 年10 月(第25 卷) 第5 期
(或者再钻几个分支水平井) 。从老井中钻分支井眼
称原井再钻(Re - entry) 又称重入井钻井。重入井钻
井不仅可利用老井为主井筒,又可充分利用油田已
有的管网、道路、井场及其它设施,效益极高。
1997 年初,由美国Steel 公司组织在阿伯丁举行
了多分支井技术进展论坛,在会上建立了多分支井
分级体系,简称TAML (Technology Advancement Multi
Laterals) 分级体系。按TAML 分级,将多分支井完井
方法分为1～6S 级[9～10 ] 。
TAML 是按多分支井的3 个特性来评价其技术
和完井方法分类的。3 个特性是连通性(Connectivi2
ty) 、隔离性( Isolation) 和可及性(可靠性、可达性和重
返井眼能力,Accessibility) 。
目前世界上用得最多的是4 级完井。虽然多分
支井在完井方法上还在进一步攻关和完善中,但预
计这项技术在21 世纪初将得到更大的发展,将成为
石油工程的主导技术之一。
1. 6 欠平衡压力钻井技术
欠平衡压力钻井概念早在20 世纪19 世纪末就
提出来了,直至20 世纪80 年代初井控技术和井控
设备才得以解决,故20 世纪80 年代末和20 世纪90
年代初这一技术才得到大规模的应用。欠平衡压力
钻井又称有控制的负压钻井。欠平衡压力钻井具有
以下优点: (1) 避免井内液体进入地层,减少对油气
层的污染和损害; (2) 及时发现新的油气层,特别是
低压低渗油气层; (3) 消除了钻井时井内液柱压力对
岩屑的“压持效应”,可大幅度提高机械钻速,并避免
钻井液漏入地层和粘附卡钻事故; (4) 可边钻井,边
开采油气,提早使油气井投产。据资料统计,美国全
年约25 %的油气井和地热井不同程度地采用了这
项技术,有的油气田应用率高达98 %。但采用欠平
衡钻井是有条件的,主要条件是: ①应有完善的井控
设施; ②无水层; ③井壁稳定性良好。欠平衡压力钻
井技术,适应了勘探过程中及早发现油气层和开采
过程中提高油井产能和油气采收率的要求,越来越
广泛地得以应用。
1. 7 连续油管和小井眼钻井技术
1. 7. 1 连续油管钻井技术 连续油管(简称CT) 钻
井技术是国外20 世纪90 年代大力研究和发展起来
的热门钻井技术之一。主要是为了适应20 世纪90
年代蓬勃发展起来的多分支井、原井重钻(包括老井
加深、侧钻) 、过油管钻井、小井眼钻井和欠平衡压力
钻井需要发展起来的新技术[11 ] 。其优点主要是:设
备简单,起下钻容易,不接单根,井控安全,投资少和
钻井成本低。目前国外已研制出高强度大直径
(ª89mm 和ª127mm) 连续油管、小直径井下马达、高
扭矩导向工具、井下钻具组合和多路传输接头等工
具,为连续油管钻井创造了条件。连续油管钻井深
度目前已达3000m ,过油管侧钻深度已达到5000m。
美国从1994 年起就开始在PruHole 油田东部地区全
面实施连续油管钻井计划,在美国Alberta 南部地区
用连续油管钻井数量占该地区全部钻井数量的
10 %以上。
用连续油管钻井具有广泛发展潜力,用连续油
管侧钻与普通侧钻方法相比,费用可节省40 %。
1. 7. 2 小井眼钻井技术 小井眼钻井并不是新概
念,它始于20 世纪50 年代。当时小井眼钻井的目
的主要是减小钻头尺寸,可相应减小套管尺寸和钻
柱尺寸,有利于减小钻机负荷,从而节约钻井成本并
提高钻井速度。但进入20 世纪90 年代后,钻井技
术产生了巨大变化,一大批先进的钻井工艺技术问
世,如侧钻水平井、分支水平井、多分支井、重入井、
连续油管钻井和欠平衡钻井都要采用小井眼钻井来
完成,给小井眼钻井技术赋予了新的技术内涵,使小
井眼钻井进入了新的高潮时期。
2 现代石油钻井技术发展趋势
综合当今国际石油工业的发展趋势和上述钻井
技术的发展过程,不难看出石油钻井技术的发展趋
势主要有: (1) 以提高勘探开发的综合效益为目标,
向有利于发现新油气藏和提高油田采收率方向发
展; (2) 以信息化、智能化为特点,向自动化钻井方向
发展。
2. 1 向有利于发现新油气藏和提高油田采收率方
向发展
20 世纪末,国际石油产业可持续发展面临严峻
挑战,即寻找新的石油资源越来越困难,加之主要产
油国家,油田开发多进入中后期,产量迅速递减。在
此背景下,各大石油公司加大科研投入,对寻找新油
气藏和提高采收率给予了格外关注。石油钻井界和
相关服务公司在发展信息化、智能化钻井技术基础
上又开发了有利于发现新油气藏和提高采收率的新
钻井技术。如欠平衡压力钻井、水平井及分支水平
井钻井、大位移井钻井和多分支井钻井技术,对原有
的老井重钻技术、小井眼钻井技术和连续油管钻井
技术也给予了新的技术内含,这些技术的最显著的
沈忠厚等:现代石油钻井技术50 年进展和发展趋势5
技术目标即是以最直接的钻井方式沟通油气藏,以
最原始的状态打开和保持油气藏,从而达到最大限
度地开采油气藏,获得最好的经济和社会效益。
2. 2 以信息化、智能化为特点,向自动化钻井方向
发展
20 世纪80 年代中期以后,国际石油钻井中使
用随钻测量、随钻测井、随钻地震、随钻地层评价、钻
井动态信息实时采集处理、地质导向和井下旋转导
向闭环钻井等先进技术以来,钻井技术发生了质的
变化,其变化特征为[12 ] :
(1) 钻井信息数字化。在钻井过程中,井下地质
参数、钻井参数、流体参数和导向工具位置及状态的
实时测试、传输、分析、执行、反馈及修正,钻井信息
向完全数字化方向发展。越来越脱离人们的经验影
响和控制,钻井过程逐步成为可用数字描述的确定
性过程。
(2) 工具和作业智能化、集成化。当前的导向钻
具、测试工具和作业控制都日趋智能化。一项由国
际数家公司组成,1990 年开始,历时5 年,耗资950
万美元开发的集成钻井系统( IDS) 和集成钻井作业
系统( IDO) 获得成功,是钻井系统及操作智能化的
体现。而近年地面自动控制的导向钻井工具和随钻
地层评价测试系统(FEMWD) 开发成功,更体现了工
具和作业智能化趋势。
3 21 世纪钻井技术展望
(1) 21 世纪前20 年,以信息化、智能化为特点
的导向和井下闭环钻井技术将得到进一步发展,使
钻井技术步入自动化钻井阶段。
(2) 21 世纪前20 年,国际石油界将进一步扩大
井下闭环钻井技术在水平井、大位移井、多分支井、
连续油管钻井和欠平衡压力钻井中应用,并完善配
套这些技术,以大幅度提高油气采收率。
(3) 原井再钻技术,又称重入井技术,将在已开
采油气井中以重新加深、侧钻或钻多分支井等方式,
开采地下剩余油气,提高油气采收率。据报导美国
在井下的剩余油约为3000 亿桶,21 世纪初美国原井
再钻将成为一个庞大的新兴产业。
(4) 采用以信息化、智能化为特点的上述新钻
井技术可望从根本上解决目前存在的部分难以开采
的特殊油气藏,如高含水油藏、低渗透油气藏、稠油
藏和薄油层的开采问题。也会显著提高深探井、超
深探井的勘探成功率。
利用钻井手段和方法提高油气采收率,将会在
21 世纪成为世界各石油公司的共识,会越来越得到
普遍的关注和重视。
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