钻井工程技术现状及发展趋势

  随着油气勘探开发程度的不断深入，勘探开发领域正逐渐转向深层特深层、复杂地层、深海极地和非常规油气藏，对钻井工程提出了更高要求。介绍了近年来钻完井、压裂改造等技术及装备工具取得的最新进展，分析了钻井技术发展趋势，如提速提效技术装备仍是研发重点，提升技术装备在复杂地层和环境的适应能力，深海技术装备研发热度不减，精细压裂增产技术装备备受关注，地质工程一体化技术装备加速推进，自动化、智能化技术装备研发

降低成本、提高效益是所有油气企业的追求。随着油气勘探开发程度的不断深入，低渗低产低品位、深层特深层、深海极地、非常规等油气资源对钻井工程提出了更高要求，提升钻井技术装备水平是实现各类油气资源高效经济勘探开发的重要手段。近年来钻井工程快速发展，特别是水平井钻井及分段压裂、旋转导向、深水钻井等技术取得重大突破，拓宽了油气勘探开发领域，实现了深水、深层、致密油气和页岩油气等资源的经济有效开发。全面了解国内外钻井工程应用与研究现状，把握技术发展趋势，对调整和优化我国钻井工程研发方向、加快技术发展具有重要意义。

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钻完井技术研究现状

  近几年钻完井技术的研发重点主要集中在钻井提速、安全钻井、自动化钻井、储层改造和新型钻井流体等方面。

1.1　钻井提速技术

1.1.1　石油钻机

  为了满足不同地层与地表状况施工需要、提高作业效率、降低成本，国外公司研制了快速移动钻机和连续运动钻机。美国Veristic 公司研发的步进式液压快速移动钻机具有整体搬迁和8 方向“米”字移动功能，移动速度达到0.2m/min，在Fayetteville 页岩气区应用，34d 完成5 井组井工厂钻井作业。挪威油井系统技术集团研发的连续运动钻机由2 套起升系统组成，钻杆下入速度达3600m/h，钻井周期可节约30% ～40%。中国石油天然气集团有限公司（简称中国石油）研制的四单根立柱9000 ｍ超深井钻机，现场应用表明，与常规钻机相比，钻井生产运行费用降低37%，起下钻作业时间可降低20％以上。
1.1.2　高效破岩钻头
  当前，新材料、个性设计、3D 打印等技术被广泛应用于钻头的研发与制造。斯伦贝谢公司研制的LWD、高造斜率旋转导向系统一体化PDC 钻头，实现“造斜段+ 水平段”一趟钻进，提高了斜井段和水平段的机械钻速；深层脱钴PDC 钻头在印度Barmer 盆地硬地层应用，平均机械钻速为10.7m/h，较普通钻头钻速提高47%；旋转切削齿PDC 钻头实现了切削齿旋转切削和均匀磨损，钻速提高26%，寿命延长6 倍以上；锥形切削齿PDC 钻头可有效减少钻头的扭矩波动，在美国Williston 盆地的垂直段和水平段使用，平均机械钻速增幅超过46%，最高达77%。贝克休斯公司研制的大尺寸6 刀翼PDC 钻头，采用钻头与井下钻具组合（BHA）一体化设计，大幅度提高导向工具的造斜性能和钻头的耐磨性，延长了钻头使用寿命。
1.1.3　动力钻具及辅助破岩工具
  近几年动力钻具及辅助破岩工具研发取得了较大进展。加拿大DRECO 公司研发的低速大扭矩螺杆，转速为100 ～ 110r/min，制动扭矩为15000N·m，提速达31%。俄罗斯VNIIBT（VNIIBT-Drilling tools Ltd）公司研制的NGT 中高速涡轮钻具，转速为400 ～ 600r/min，制动扭矩为3940N·m，寿命达1200h。Smith 公司研制的耐高温长寿命涡轮钻具，耐温300℃，一次钻进时间达到358h。国民油井公司（NOV）研发的水力冲击锤在硬地层应用，钻井进尺和平均机械钻速与同类钻井液马达相比均提高180% 以上。阿特拉能源技术有限公司（Korla Energy Technologies Co., Ltd.）研制的扭力冲击器（TorkBuster），冲击频率为750 ～1500 次/min，机械钻速提高150% 以上，钻头寿命延长50%。中国石油集团工程技术研究院有限公司（简称中石油工程院）研制的可调频率脉冲提速工具使用寿命超200h，提速30% 以上。中国石化石油工程技术研究院（简称中石化工程院）研制的射流式冲击器在硬地层机械钻速可提高30% ～ 80%。

1.2　安全钻井技术
  为了保障钻井安全，精细控压钻井、无风险钻井和地层深层探测等技术得到快速发展，实现了钻井复杂故障的提前预测、实时判断和及时控制。
1.2.1　地层深层探测技术
  为了预防钻井风险、优化钻井方案、减少钻井复杂故障，斯伦贝谢、贝克休斯等公司开展了地层深层探测技术研究。斯伦贝谢公司研发的PeriScope 随钻电磁波电阻率测井技术，具有360°连续测量和深度成像功能，可探测井眼周围及钻头前方33m 地层情况，提高钻井井眼轨迹控制精度。贝克休斯公司研发的SeismicTrak 随钻地震技术，能够探测钻头前方数百米甚至上千米的地层压力变化和储层特性，为及时调整井眼轨迹、钻井密度、避免井下复杂情况提供预见性指导