中国石油集团钻井工程技术研究院

中国石化集团胜利石油管理局钻井工艺研究院全力打造国内一流、国际知名的石油钻井科研院所
佚名
【期刊名称】《钻采工艺》
【年(卷),期】2007(30)4
【摘要】中国石化集团胜利石油管理局钻井工艺研究院始建于1973年8月，1999年3月被中国石化集团确定为重点研究院，主要担负着石油钻井、石油滩海工程新工艺、新技术、新装备的研究开发应用和技术服务，具有API、ISO9001和HSE认证资格。

下设11个专业技术研究所、5个高新技术产业化中心，建有8个大型科研实验室，其中4个胜利油田重点实验室，滩海工程模拟实验室为集团公司重点实验室，钻井液检测检验实验室通过了国家计量认证。

【总页数】1页(PF0004-F0004)
【关键词】胜利石油管理局;中国石化集团;钻井工艺;科研院所;石油钻井;国家计量认证;重点实验室;ISO9001
【正文语种】中文
【中图分类】TE243
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4.中国石化胜利石油管理局钻井工艺研究院石油工程技术研究院胜利分院 [J],
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大庆石油学院学报第３４卷第５期２０１０年１０月ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＤＡＱＩＮＧ　ＰＥＴＲＯＬＥＵＭ　ＩＮＳＴＩＴＵＴＥ　Ｖｏｌ．３４Ｎｏ．５Ｏｃｔ．２０１０收稿日期：２０１０　０８　１８ 作者简介：苏义脑（１９４９－），博士，教授级高级工程师，博士生导师，中国工程院院士，主要从事油气钻井工程技术方面的研究．用钻井方法提高单井产量和采收率苏义脑，黄洪春，高文凯（中国石油集团钻井工程技术研究院，北京　１０００８３） 摘　要：介绍新时期油气钻井工程定位、特征、发展趋势及正在经历的３个转变；分析用工程技术提高单井产量与采收率的４种途径：增大井底压差、减小油气流动阻力、增大井眼与油层接触长度和保护油气层；论述利用钻井新技术提高单井产量的可行性．结合保护油气层、特殊工艺井钻井等新技术的原理及应用情况，阐述应用油气钻井新技术提高单井产量与采收率的效果、优势与前景；指出提高单井产量是一项系统工程，必须科学合理地选择和规划，应该大力发展相关钻完井关键技术与装备．关　键　词：钻井；提高产量；提高采收率；保护油气层；特殊工艺井中图分类号：ＴＥ２４３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１０００　１８９１（２０１０）０５　００２７　０８０　引言油气资源是经济社会发展的基础，直接关系国计民生和国防安全．随着中国经济和社会的快速发展，国内油气资源需求旺盛，石油供求缺口加大．据国家能源局公布的数据，２００９年，中国生产原油１．８９×１０８ｔ，净进口原油已高达１．９９×１０８　ｔ，原油进口依存度首次超过国际警戒线达５１．２９％．中国已成为世界第二大油气资源消费大国，资源供给面临空前的压力，已对国民经济持续发展和安全构成了潜在的威胁．据中国工程院预测，到２０２０年石油对外依存度将达到６０％．为解决中国油气资源安全供给问题，除加强国内资源勘探、加快探明储量的开发和实施“走出去”战略外，提高单井油气产量和采收率也是一条十分重要的途径．截至２００８年底，中国累计探明石油地质储量２８７×１０８　ｔ，如果采收率再提高１％，则相当于可采储量增加了２．８７×１０８　ｔ．近３０ａ来，国外油气钻井工程的作用与技术内涵已经发生了重大转变，在提高单井产量和采收率方面已经发挥了重要作用且见到了很好效果．因此，正确认识和理解我国当今钻井工程技术定位、发展趋势和方向，充分发挥它在提高单井产量和采收率方面的作用，是十分重要和迫切的．１　当今钻井工程的定位、特征和发展趋势钻井工程是石油工业不可或缺的重要组成部分，以钻井为代表的工程技术和勘探、开发共同构成支撑石油工业上游业务的三大支柱．钻井工程的功能是构建从地下储层到地面的油气通道和采集地层信息，高投入、高产出、高风险和高技术（四高）是当代油气钻井工程的特征．特别是２０世纪８０年代中期以来，钻井的“高技术”特征，即信息化、智能化、集成化特点愈加明显［１］．纵观当今世界钻井技术，总的发展趋势是向“更深、更快、更经济、更清洁、更安全和更聪明（六更）”的方向发展．更深是指在现有基础上向更深地层更深水下寻找和开采油气；更快就是提高钻井速度；更经济就是降低“吨油”钻井成本；更清洁就是注重环保和保护储层；更安全就是注重钻井作业安全特别是人身安全；更聪明就是不断追求创新，通过各种智能化技术、新型钻井方式和新井型的变革来大幅度提高油气勘探开发效果，实现效益最大化．目前钻井工程和技术正在经历“三个转变”，或曰“三个扩展”，即钻井的功能由构建一条传统意义上的油气通道向提高勘探成功率和开发采收率及油气产量转变（扩展）；钻井技术也由单一解决工程自身问题向解决“增储上产”问题转变（扩展），如水平井、分支井、欠平衡钻井、地质导向钻井、储层保护钻井液等技·７２·术即为其例；我国的钻井科研逐步从学习和跟踪国外为主向自主创新转变（扩展），以充分保证钻井工程技术的可持续发展．作为勘探、开发的“下位”技术，钻井的目的是为“上位”提供更好的、更全面的服务和技术保证，勘探、开发需要钻什么样的井，钻井工作者就要钻成这样的井，而且要保证钻好这样的井．２　提高单井产量和采收率的钻井技术提高油气井单井产量与采收率是一项系统工程，其贯穿于地质、钻井、开发、采油等作业的全过程中．总的来说需要做到“摸清情况，优化设计，优质施工”．摸清情况就是需要在前期地质及勘探过程中，把准油气产层层位，精确描述各项油藏参数，为后续挖潜增效提供基础和依据；优化设计即在钻井和采油过程中优选适当的工艺技术手段，通过保护油气储层、增加井底压差、减小油气运移阻力、增大井眼与油气层接触长度，以实现油井的产量最大化；优质施工即在各项工程施工过程中保证设计的优质、高效、安全与可靠实现．油气田开发工作者致力于减小油气运移阻力方面的研究来提高单井产量和采收率，发展了压裂、酸化、热力采油技术等，以及用注聚合物驱和化学驱来减小运移阻力和增大驱油波及体积；还有一系列技术着眼于增加井底压力，如水驱、气驱、排水降压等，在经济合理、最大限度的开采石油方面发挥了重要作用．除此之外，还在探索其他一些新技术以进一步提高单井产量和采收率．近些年来，钻井技术的快速发展，特别是井眼轨迹测控技术的不断进步和地质导向钻井技术的突破，推动了水平井、分支井及大位移井等特殊工艺钻井技术的规模应用，将井的功能由原来的“构建地面与井下的油气通道”扩展为大幅度提高井筒在储层中有效进尺与增大油藏直接连通能力；新型钻井液与完井液技术、欠平衡钻井（包括气体钻井、泡沫钻井和充气钻井液钻井等）技术迅速发展，将钻井液的功能由携岩与保持井下安全拓展到保护储层与提高单井产量领域；智能完井、连续管等新技术的不断突破，正逐渐改变传统的油、气生产方式，其在优化油井生产效率及挖潜增效方面的巨大潜力日益凸显．国内外油气开发的历史与近些年的成功经验证明，钻井新技术已成为大幅度提高单井原油产量与采收率、降低石油开发成本的有效途径．２．１　油气层保护技术钻井是首先接触油气层的工艺环节，改变油气藏原始状况和物性参数，因而直接影响到油气井的产量、寿命、增产措施的效果和开发效益．因此，钻井过程中保护油气层显得尤为重要．根据经典油气井产能公式，当油气井完钻，油层条件、油井条件及生产方式确定后，地层渗透率是影响单井产量与采收率的最主要因素．保护油气层的核心问题就是保护地层的渗透率．目前国内外钻井保护油气层技术主要集中在新型钻完井液和钻井工艺上．（１）新型钻井液与完井液技术．油气钻探过程中，钻井液完井液等入井流体始终与井内流体和地层接触，对储层保护具有至关重要的作用，必须有利于发现并保护油气层，有利于取全取准资料和及时正确评价储层．因此，保护油气层首先要合理选择和设计钻井液完井液体系，确保处理剂与储层岩石和储层流体配伍，无毒且能生物降解，加强新材料、新工艺的应用．图１　国内外主要钻井液类型统计对比 近年来，国外钻井液和完井液技术发展较快，普遍着眼于钻井液和完井液技术的统一，出现了一批新型钻完井液．典型代表是油基类钻井液技术迅速发展和系列配套，应用比例接近５０％，很好地保护了油气层和减少复杂事故，已成为国外很多国家和地区（如墨西哥、委内瑞拉等中南美洲国家）指定必须采用的钻井液．我国在这方面尚处于起步阶段（见图１）．（２）欠平衡钻井技术．造成油气层损害的另一主要因素是井内液柱压力大于地层孔隙压力．欠平衡钻井是指钻井过程中钻井液液柱压力低于地层孔隙压力，允许·８２·大　庆　石　油　学　院　学　报 第３４卷　２０１０年地层流体流入井眼、循环出并在地面得到有效控制的一种钻井方式．包括低密度钻井液欠平衡钻井、泡沫钻井、气体钻井、雾化钻井、充气钻井液钻井、淡水或卤水钻井液钻井及泥浆帽钻井等．由于减少了压差，阻止了滤液和固相进入储层，因而能够最大限度地发现和保护中、低压油藏，以获取比常规过压钻井高得多的经济效益．另外，欠平衡钻井还可以克服液柱的压持效应，提高破岩效率，解放钻速，缩短建井周期，减少钻井液对储层的浸泡时间，降低污染，提高产量．这些优点使得该技术在北美地区得到了广泛的应用，美国和加拿大的欠平衡钻井数已经占其总钻井数目的１／３或更多．图２　中国陆上２００５～２００９年欠平衡钻井数统计 近年来，国内欠平衡／气体钻井技术也得到了快速发展，２００９年全国完钻２９０口（见图２），占年钻井总数的１％．欠平衡／气体钻井的应用大幅度提升了储层保护、油气发现水平和单井产量．如２００５年６月，在吐哈盆地典型“三低”储层进行了多口井氮气钻井，使该地区首次获得了高产油流，其中红台２－１５井同比红台２０４井改造前油气当量提高了３．６２倍．胜利油田滨南地区滨４２５—平１井采用充氮气欠平衡钻井，裸眼完井投产后，初期日产原油２８ｔ（是邻井直井的４～５倍），日产天然气１　３００ｍ３．２．２　特殊工艺井钻井技术我国从“七五”、“八五”连续开展定向井、丛式井、水平井钻井技术的攻关以来，已形成了水平井、定向丛式井、分支井和大位移井等一系列特殊工艺井钻井及配套技术．特别是近年来我国在井下控制工程领域不断取得进展与地质导向技术的突破，实现了井眼轨迹在油层中朝着提高单井产量和采收率的方向任意延伸．在油藏地质条件不是很确定的条件下，这些钻井技术能够充分保证钻井工程、油藏工程与采油工程在提高采收率方面的互补和统一，实现了“少井多产”的目标．（１）水平井钻井技术．水平井是指井眼轨迹达到水平后（或井斜角大于８６°），井眼继续延伸一定长度的定向井．其突出特点是井眼穿过油层的长度长，有效连接地下各个不同油藏或不同流体单元，最大限度增大了油井和油藏的接触程度，以及增大油藏直接连通能力的通道，所以油井的单井产量高．水平井的核心技术之一是井眼轨迹有效控制和导向钻井．水平井是目前油气开采中提高单井产量和采收率普遍应用的钻井新技术，已在世界范围内得到规模应用［２］，并且随着技术的进步，成本越来越低，特别适用于裂缝性油藏、底水、气顶油藏或低渗油气藏实现高效开发［３］．根据美国油气杂志统计，美国和加拿大年钻水平井数分别占总井数１２％和２０％（见图３）．通过水平井的应用，使美国石油可采储量增加了１３．７×１０８　ｔ．目前美国水平井钻井成本已降至直井的１．５～２倍，甚至有的水平井成本只是直井的１．２倍，而产量是直井的３～８倍，增产效果十分显著．国内陆上水平井应用规模、领域、水平和效果近年来均实现了跨越式发展．中国石油、中国石化累计年钻水平井１　０００口以上（见图４），提高新井单井产量３～５倍，取得了“三提”（提高了新井单井平均日产量、提高了储量动用程度、提高了油藏的采收率）、“三降”（降低了开发钻井数、降低了土地占用总量、降低了开发操作成本）的显著效果；同时，规模应用也有力地促进了水平井技术的快速进步．但总的来看，国内水平井应用规模还不算高，占年钻井总数５．３％（见图３），比例是美国的１／２．钻井技术的进步促成了水平井与其他新技术的集成应用，特别是“水平井＋欠平衡钻井”、“水平井＋气体钻井”等技术集成的推广应用，使单井产量得到了进一步提高．如四川广安００２－Ｈ１水平井采用井下套管阀实施全过程欠平衡钻水平井，水平段钻遇储层１　６６３ｍ，储层钻遇率８２．７％，直接投产，单井产量是邻近直井压裂的５倍．四川广安００２－Ｈ８水平井采用氮气钻水平井（见图５），用ＥＭ－ＭＷＤ测量轨迹，气体钻水平段长４３８．８ｍ，直接投产，单井产量是邻近直井压裂的１０倍．伴随水平井、分段压裂等钻完井关键技术的突破，长水平井钻井技术开始规模应用，并为页岩气高效、·９２·第５期 苏义脑等：用钻井方法提高单井产量和采收率图３　２００８年中国、美国和加拿大完成定向井、水平井及所占比例对比图４　中国陆上２００５～２００９年完成水平井井数统计图５　广安００２－Ｈ８气体钻水平井钻井示意经济开发做出了巨大贡献．如美国Ｆｏｒｔ　Ｗｏｒｔｈ盆地Ｂａｒｎｅｔｔ页岩气２０００年钻井井数为９３７口，以直井压裂为主；２００８年钻井１　８６３口，水平井占５６％，日产量也从２０００年的２２．６５×１０４　ｍ３提高到２００８年的４５．３×１０４　ｍ３．“２　０００ｍ长水平井＋多段压裂完井”技术极大提高了美国页岩气开发产量与采收率．２０００年美国页岩气年产量为１２２×１０８　ｍ３，２００７年美国页岩气总产量接近５００×１０８　ｍ３，占美国天然气总产量的８％以上；２００９年五大页岩气生产盆地年产天然气已达图６　美国页岩气产量及增长趋势（据ＮａｖｉｇａｎｔＣｏｎｓｕｌｔｉｎｇ，Ｉｎｃ．２００８年）９００×１０８　ｍ３（超过中国常规天然气年产量），并处于强势发展中（见图６）．中国页岩气资源丰富，据国家能源局数据显示资源量达３０×１０１２　ｍ３，开发前景广阔，但页岩气藏渗透率非常低（０．０１～０．０００　０１）×１０－３μｍ２，要实现经济、高效开发需要钻井核心技术的突破．（２）分支井钻井技术．分支井是国外用来提高产量和采收率的又一利器．据美国统计，分支井自２０世纪９０年代开始应用到２００８年底，全球共钻各种类型分支井８　７５０口，其中美国５　４００多口，加拿大２　３００余口，已经实现了系列化和标准化．所谓分支井是在单一井眼里钻出若干个支井，并且回接到单个主井筒的钻井技术，其效果相当于在井下开发了加密井，实现一个井眼中获得最大总水平位移，增加了单井泄油面积，提高了综合效益．除了具有水平井的常规优势外，还可钻遇多个不同空间位置的产层，特别适用于低渗透油层、重油油藏、多层薄油层、裂缝性油层、复杂断块油藏的高效开采，而施工综合成本低于单个水平井（见图７）．·０３·大　庆　石　油　学　院　学　报 第３４卷　２０１０年图７　各种井型单位产量成本对比（数据来自壳牌石油公司） 根据分支井的数量、方向及与主井眼的连接方式，分支井通常种类：迭加式双或三水平分支井、反向双分支井、二维双水平分支井、二维三水平分支井、二维位移（ｏｆｆｓｅｔ）四分支水平井、二维反向四水平分支井、迭加／定向三分支水平井、辐射状四分支井、辐射状三分支井、迭加辐射状四分支井等．随着技术进步，近年来又出现了新的多分支井类型：鱼叉型、鱼骨型、树根型、混合型．依据功能和完井连接的复杂性，分支井技术级别划分为ＴＡＭＬ（Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ａｄｖａｎｃｅ－ｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｍｕｌｔｉｌａｔｅｒａｌｓ）标准１～６ｓ级．目前，分支井技术已朝着ＭＲＣ（最大储层有效进尺）钻井、ＥＲＣ（极大触及储层井）钻井新技术方向发展［４］．多分支水平井钻井技术是指在水平段侧钻出２个或２个以上分支井眼的水平井，是高效开发油气藏的理想井型，能够让即便采用了水平井开发也仍处于经济边缘的油田开发产生经济效益．如美国ＡｕｓｔｉｎＣｈａｌｋ地区和欧洲北海地区，用多分支水平井开发，其“吨油成本”达到了最低．Ａｕｓｔｉｎ　Ｃｈａｌｋ地区的直井∶水平井∶多分支水平井的吨油成本比为１．０∶０．４８∶０．３９，欧洲北海地区为１．０∶０．７７∶０．５６．该技术进一步减少开发井数量，即减少了开发井钻井进尺，大幅提高单井产量的同时减少了对环境的污染．图８　中国石油２００６～２００９年完成分支井统计 近年来，国内分支井技术也得到快速发展，分支井完井技术已达到国际ＴＡＭＬ４级，并向５级迈进，实现了单井产量和开发效益的大幅度提高．如１９９８年９月，南海西部公司钻成我国海洋第一口多底井（Ｗｌｌ－４－Ａ１１Ｂ，１１Ｃ），产量是斜井单井的３倍．２００２年，渤海ＳＺ３６－１油田钻成水平四分支井ＳＺ３６－１－ＣＦ１，开井生产后初产能为７９ｍ３／ｄ，是邻井的３倍．我国多分支水平井钻井工艺日趋成熟，配套技术能力逐渐增强．如中国石油集团发明了ＤＦ－１型和膨胀管定位分支井系统，并进行了规模化应用．近４年来共完钻各型分支井１００余口（见图８），开发效益成倍提高．辽河图９　边台３－Ｈ３Ｚ井双主分支鱼骨水平井示意油田静５２－Ｈ１Ｚ井实现水平段内钻进２０个鱼骨分支，水平段累计进尺４　３３４ｍ，各项指标达到了国际先进水平．辽河边台潜山采用分支水平井整体开发，共部署实施分支水平井７口，其中边台３－Ｈ３Ｚ在第一分支井眼、第二分支井眼中分别完成了６个鱼骨分支和５个鱼骨分支，油层内总进尺４３７０ｍ，是国内目前结构最复杂的分支水平井（见图９），该井日产油是相邻直井的１５倍．在中国长北区块低孔、低渗气田，Ｓｈｅｌｌ公司利用国际上先进的分支水平井经验，采用单支水平段长２　０００ｍ的多分支水平井，实现了低效气田的高效开发．目前已投产１２口双分支水平井，其中有９口井的日产量·１３·第５期 苏义脑等：用钻井方法提高单井产量和采收率超过１００×１０４　ｍ３／ｄ，整体生产情况比原设计超出３０％．图１０　山西沁水盆地煤层气多分支水平井开发示意 多分支水平井钻井技术已成为我国低产煤层气经济开发的主体技术．截至２００９年底，中国石油在山西沁水盆地煤层气开发中规模实施多分支水平井，完成１６个井组４８口羽状分支井（见图１０），５～１０个分支在煤层中平均穿越４　２８０ｍ长．目前投产３６口井，最高单井日产气量达４．６×１０４　ｍ３，平均单井日产气１．０×１０４　ｍ３，是直井压裂后产气量的６～１０倍，建成了２．５×１０８　ｍ３煤层气生产能力．（３）大位移井钻井技术．大位移井是指井眼水平距离与垂直距离之比在２以上的井，主要应用于海上油田和滩海油气田的开发以实现“海油陆探”和“海油陆采”，或开发陆上几个不相连的小断块油气田．旋转导向技术、优质钻井液、减摩降扭技术和漂浮下套管技术的突破，为大位移井成功钻井及推广提供了技术保障．目前国外已成功钻成数百口大位移井［５］，水平位移超过１０　０００ｍ的井有３口（英国Ｗｙｔｃｈ　Ｆａｒｍ油田的Ｍ１１井、Ｍ１６井、阿根廷Ａｒａ油田的ＣＮ－１井），其中Ｍ１６井水平位移最长１０　７２８．４ｍ，水平垂深比达到６．５５．英国Ｗｙｔｃｈ　Ｆａｒｍ油田的大位移井，屡创世界水平位移纪录，经济效益显著，投资降低了５０％，即节省了１．５亿美元，使油田提前３ａ开发．图１１　庄海８断块大位移井实现“海油陆采”示意 我国南海西江２４－３／２４－１油田大位移井成功实现了“一台（平台）多采”，其中ＸＪ２４－３－Ａ１４井创出当时水平位移８０６２．７ｍ的世界纪录，ＸＪ２４－３－Ａ１４／Ａ１７井试产期间日产油量达７　０００桶．南海东部流花油田Ｂ３ＥＲＷ４大位移井创造了水平位移５　６３４ｍ、水垂比为４．５８（从海底泥线算起为６．１３）．大港油田庄海８断块距１号人工岛直线距离３～５ｋｍ，目前已钻成了１１口大位移水平井，成功实现了浅滩海地区“海油陆采”（见图１１）．（４）地质导向钻井技术．地质导向钻井技术是通过“测、传、导”的功能，即通过近钻头地质参数与工程参数的测量、井下与地面的双向信息传输和地面控制决策，引导钻头及时发现和准确钻入油气层，并在油气层中保持很高的钻遇率，从而提高发现率和油气井产量，达到“增储上产”的目的．该技术大大缩小了水平井井眼轨迹控制的几何靶区，并实现对油层的地质跟踪，可实现１．０ｍ及以下薄油层的有效动用．在薄油层水平井中，它的这一优势愈加突出．如墨西哥湾的某油田，先前使用常规技术所钻８口井的总产量仅为９２３桶／ｄ；后来，Ａｎａｄｒｉｌｌ公司应用地质导向技术在该油田钻成１口高质量的水平井，日产原油达１　７９３桶，使这一枯竭的油田得以重新复活．中国石油ＬＵＨＷ１８３３井，油层厚度薄（仅１～２ｍ），构造复杂，采用地质导向实钻水平段长３０４ｍ，油层钻遇率９１．８％，单井产量提高了４倍．·２３·大　庆　石　油　学　院　学　报 第３４卷　２０１０年图１２　ＣＧＤＳ－１近钻头地质导向钻井系统示意 中国石油集团研制成功的具有独立知识产权的ＣＧＤＳ－１（Ｃｈｉｎａ　Ｇｅｏｓｔｅｅｒｉｎｇ　ＤｒｉｌｌｉｎｇＳｙｓｔｅｍ）近钻头地质导向钻井系统（见图１２）已实现产业化，目前具备年产１０套的能力．至２０１０年５月，该系统在冀东、辽河、四川和江汉等油田应用累计２８口井，取得很好的效果，所钻最薄油层厚度仅为０．６６ｍ，大大提高了钻井过程中对地层岩性的认识及施工决策水平，有效解决我国薄油层、非均质储层、边底水油藏等复杂地质和油藏条件下单井产量低和采收率低的问题．（５）超短半径水射流径向钻井技术．超短半径水射流径向钻井是利用高压水射流冲蚀地层钻孔，利用高压软管作为送进喷管，能在现有井筒内较容易地钻出多个径向分支井，不需复杂的造斜、轨迹控制等操作，目前广泛研究与应用的技术主要包括水力深穿透技术和水射流钻径向水平孔技术［６－７］．该技术能够以极短曲率半径钻穿套管并向周边地层钻出一段长几十米的水平通道，不仅穿过近图１３　水射流钻径向水平孔技术示意井污染带，而且没有传统射孔造成的二次压实带，使油井完善程度提高（见图１３）．随着不断发展和完善，该技术已经由最初的解堵、近井带改造和薄油层、垂直裂缝性油藏等特殊油藏的增产作业技术，逐步发展为具有普遍意义与作用的提高单井产量和采收率的有效手段．国外多家公司正在不断地研究开发径向水平钻孔工具，其中加拿大的ＰＥ公司在１９８４年首先开发出了第一代产品———“喷管”式径向钻孔工具，并在美国和加拿大应用百余口井，一般一趟钻可钻出４～８个径向孔眼，是常规射孔加砂压裂投产井油气产量的２～３倍．近年来，我国许多单位对径向水平钻孔工艺、工具进行了研究探索．国内天津波特耐尔公司经第三方引进ＷＥＳ技术，于２００７～２００９年作业３０多口井，主要用于深度２　０００ｍ以内的井．安东石油公司２００９年９月，引进ＲａｄＪｅｔ工具，开展了多口井的现场试验．中国石油钻井工程技术研究院于２００９年完成了水射流钻径向水平孔所需的相对方位定向工具、地面设备及相关井下工具的研究与现场试验，掌握了自牵引喷嘴及马达驱动对套管钻孔等核心技术．（６）“Ｕ”型井钻井技术．所谓“Ｕ”型井是指从地面相距一定距离钻２口井（１口直井１口水平井或２口水平井），并使２口井在储层内连通的井型．该技术国外主要用于开发稠油和煤层气，提高产量和采收率．如俄罗斯鞑靼石油有限公司在稠油开采中试验成功“Ｕ”型井的蒸汽重力泄油，可突破目前注蒸汽开发条件下稠油油藏ＳＡＧＤ水平井水平段长度限制，克服水平井蒸汽吞吐递减过快的难题，有效补充能量，显著提高了厚层非均质稠油油藏的单井产能和最终采收率．澳大利亚研究的“Ｕ”型井钻井新技术在煤层气开发领域获得成功，在煤层中钻长度超过２　０００ｍ的水平井，在其末端钻一口对接井连接，用于排水采气，煤层气产量提高了３～８倍．２．３　其他几项技术（１）连续管技术．连续管技术已成为石油天然气勘探开发领域中一项应用广泛的新技术，国外已广泛应用于钻井、测井、修井及增产作业等多个领域［８］，连续管作业机被誉为“万能作业机”．用连续管钻定向井的费用是常规方法的２５％～７５％，钻侧钻井成本是常规侧钻的３０％～４０％．连续管排水采气已成为死井·３３·第５期 苏义脑等：用钻井方法提高单井产量和采收率。

- 51 -工 业 技 术石油是世界工业的血液，石油能源的稳定供应关系到国家的宏观发展计划。

为了获取石油能源，世界各国都十分重视石油勘探技术[1]。

在石油勘探的过程中，如何对岩石取心是一项非常关键的工作。

在不能直接观测到地表下深层岩石的物态时，通过岩心采集进行分析，进而掌握准确可靠的地质信息，这是高效开采石油能源的前提。

随着世界范围内较易开采的油田日益减少，石油资源勘探逐步向更深更复杂的地下岩层推进，这就给钻井取心工作带来了极大的困难，常规的方法显现出越来越多的缺陷或不足。

中长筒取心是钻井取心领域的新技术，对石油勘探具有十分重要的意义[2]。

中长筒取心的一次取心就可以获得足够的长度，单次作业可以深入岩层20m~30m 的地下空间。

中长筒取心获取岩心不仅数量更多，效率也非常高，可以达到常规取心技术的3倍左右[3]。

在这样的情况下，中长筒取心已经成为取代常规取心技术并在未来相当长时间内应用的关键技术。

该文将针对中长筒取心的难点、工具的选择、工具强度的校核等方面进行研究工作，为中长筒取心技术在石油勘探领域中更广泛的应用奠定基础。

1 石油钻井中长筒取心难点及工具为了便于全文研究工作的进行，该文先对石油钻井中长筒取心的难点及工具进行分析。

1.1 技术特点中长筒取心最突出的特点就是其对岩石取心的效率较高，可以达到常规取心工作效率的2.5倍以上，最高可以达到常规取心效率的3倍。

从技术上看，之所以会产生这样的效果，是因为中长筒取心的单次进尺深度非常大。

所以，和常规取心技术相比，中长筒取心技术可以在更短的时间里获得更多的岩心样本。

当然，中长筒取心技术的实现难度也大大高于常规取心技术，其与常规取心技术相比的变化如图1所示。

从图1可以看出，和常规取心技术相比，中长筒取心技术在取心筒数量、取心筒长度、取心工具等方面均有所不同，在工具吊装、井口组装、井口出心等方面也要做出技术的改变。

从技术改变的具体情况看，中长筒取心要使用更多的取心筒，多个取心筒的使用也导致了取心筒总体长度的增加。

中国石油固井面临的挑战及攻关方向中国石油固井面临的挑战及攻关方向2014-03-05能源情报文/刘硕琼齐奉忠，中国石油集团钻井工程技术研究院固井是油气井建井过程中重要的环节之一，是一个涉及面广、风险大、作业要求高、技术性很强的隐藏性井下作业工程。

固井质量的好坏，直接影响到该井能否继续钻进、能否顺利生产、油气井寿命以及油气藏的采收率。

经过多年的技术研究，特别是“十一五”期间的技术攻关，中国石油(CNPC)在固井基础研究、固井工艺、水泥浆体系、固井工具及装备等方面取得了长足的进步，在深井固井、天然气井固井、水平井及大位移井固井暍大温差长封固段一次上返固井等方面取得了较大突破，较好地满足了复杂情况下固井的需要，为勘探开发提供了技术保障。

随着勘探开发目标向低渗透油气藏、深层油气藏、海洋油气藏、非常规油气藏转移，勘探开发的对象更加复杂，对固井工作提出了新的挑战。

1 中国石油固井面临的形势中国石油“十二五”勘探开发规划是:原油稳中有升，天然气快速发展，非常规天然气步入接替。

到2015年，国内外油气当量可达,4.0*108t，国内、国外产量基本各占一半。

中国石油正全力推进西部大庆、新疆大庆和四川天然气工业基地建设，推进海外油气可持续发展，页岩气、煤层气、海洋油气成为三大接替领域。

由于以上战略的实施，固井工作面临的形势越来越紧迫。

1.1 钻井工作量屡创新高，深井超深井数量快速增长近年来，为满足储量高峰期工程和保持油气产量增长的需要，钻井工作量持续快速增长，屡创历史新高。

2012年，中国石油钻井21354口，钻井进尺42.5425Mm，钻井进尺较2005年增加99.03%。

钻井工作量增加，固井工作量也相应大幅度增加。

国内剩余油气资源40%以上分布在深层。

最近5年来，发现的,11个大型油气田，深层占8个。

油气上产必须动用深层油气资源，所以深井超深井钻井数量也越来越多。

2012年，中国石油完成,4000m以上的深井643口.增加幅度较大。

CGDS -1近钻头地质导向钻井系统苏义脑，盛利民，邓乐，李林，窦修荣，王家进等 (中国石油集团钻井工程技术研究院，100097)摘要：CGDS — I 是由中国石油集团钻井工程技术研究院研制的具有我国独立知识产权的近 钻头地质导向钻井系统(第一代)，该系统由测传马达、 无线接收系统、正脉冲无线随钻测量 系统和地面信息处理与导向决策软件系统组成，具有测量、传输和导向功能。

本文简要还 介绍了该系统结构组成、技术指标、功能和作用以及现场应用情况。

该系统具有随钻辨识 油气层、导向功能强的特点，可保证钻头在油层中穿行，从而提高油层钻遇率、钻井成功 率和采收率，经济效益重大。

1概述地质导向钻井技术是当今国际钻井界的一项高新技术， 1993年Schlumberger 公司(Anadrill)首先推出的以IDEAL 系统 (In tergrated Drilli ng Evaluati on and Logg ing ，综合钻井评价禾口 测井系统)为代表的地质导向钻井系统被公认为最有发展前景 的21世纪的钻井高技术。

地质导向能综合钻井、随钻测井 /测斜、地质录井及其他各项参数，实时判断是否钻遇泥岩以 及识别泥岩位于井眼的位置，并及时调整钻头在油层中穿行，可直接服务于地质勘探以提高探井发现率和成功率，也适合 于复杂地层、薄油层钻进的开发井，提高油层钻遇率和采收 率。

目前国外仅有 Schlumberger 一家公司拥有商业化的近钻 头地质导向钻井技术，据了解Halliburton 和Baker Hughes 两公司正在进行开发此类技术，但尚未见到其商业产品。

中国 石油集团钻井工程技术研究院(原中国石油勘探开发研究院钻 井工艺研究所)从1994年开始调研并跟踪这一咼新技术的发 展，做了相应的技术准备，1999年开始对这一技术进行攻关， 经过6年多的研制和10余次的现场实验，研制成功了具有我 国独立知识产权的第一台 CGDS — I 近钻头地质导向钻井系统第一代产品(China Geosteering Drilling System)。

中国石油集团钻井工程技术研究院刘寿军2016年10月 1中石油钻井院第五部分第九部分2中石油钻井院七、连续管钻井技术与装备连续管钻井是在90年代低油价情况发展起来的，第一口连续管 钻井是在1992年10月法国巴黎盆地MLB1井，由道威尔公司完 成的。

随后主要应用于老井加深或侧钻，这部分井使用的管径 较小，深度较大，主要使用常规连续管钻机钻井，侧重于井下 工具的开发；在加拿大主要用于煤层气钻新井，井深较浅，主 要使用复合连续管钻机钻成，侧重于地面设备的开发3中石油钻井院七、连续管钻井技术与装备1、连续管钻井的优势„ 可安全地进行欠平衡钻井作业，可以确保井下始终处于欠平衡状态，减 少泥浆漏失，防止地层伤害的发生„ 连续管不需接单根可以实现连续循环泥浆，减少起下钻时间和作业周期， 提高起下钻速度和作业安全性，避免因接单根可能引起的井喷和卡钻事 故„ 井场占地小，适合于地面条件受限制或海上平台 „ 特别适用于小井眼钻井 „ 在老井重钻(加深钻或侧钻)作业中，因连续管管径小，可进行过油管作业，而且无需取出老井中的现有生产设备，可实现边钻边采的目的4中石油钻井院七、连续管钻井技术与装备„ 小井眼钻井可以减了硬件和人力需求，降低作业成本。

根据国外的经验， 与常规钻井或修井设备相比，连续管钻井可以节约费用25％（挪威北海 Ula油田）至40％（ARCO阿拉斯加公司在普鲁德霍湾）。

在钻机动迁 费高的地区，连续管无钻机过油管重钻甚至比常规重钻节约50％以上的 成本„ 连续管内置电缆后可改善信号的随钻传输，实现随钻测井，有利于实现 闭环钻井„ 最小限度地冲蚀地层，可以得到良好的录井质量(连续进行，无接管)5中石油钻井院七、连续管钻井技术与装备2、连续管钻井的劣势„连续管长度受限，因此必将限制钻井作业深度 „频繁起下钻以更换或调整井下钻具组合，将导致连续管过早 疲劳，从而降低使用寿命 „目前用于钻井的连续管强度较低，无法实现旋转钻进 „井眼尺寸和泵排量受到限制 „实施连续管钻井之前，需要借助常规钻机或修井机对目标井 进行钻前修井作业 „庞大的滚筒不易运输和提升6中石油钻井院七、连续管钻井技术与装备3、连续管钻井的应用范围„钻小井眼 „侧钻（定向井、水平井） „多分支井 „老井加深 „钻浅井„欠平衡井 „过油管钻井 „不永久安装的海洋平台或浮动设施上钻井„环境敏感地区钻井7中石油钻井院七、连续管钻井技术与装备钻新井——欠平衡钻井、浅井、煤层气钻井钻井、边际油田钻井 侧钻井、老井加深——快速、质优、环保 特殊钻井——径向水平井 钻完井一体化——小井眼、微小井眼钻井8中石油钻井院七、连续管钻井技术与装备4、连续管钻井的应用地区老井侧钻 Reentry sidetrack浅层非定向钻井 Shallow well No-directional drilling9中石油钻井院七、连续管钻井技术与装备5、连续管钻井的影响因素使用一整根连续管替代常规的螺纹连接杆，在部分钻井工艺类型中优势明显，影响连续管钻井的主要因素： ¾ 连续管直径 ¾ 连续管地面设备 ¾ 井下工具 ¾ 工艺类型10中石油钻井院连续管直径9连续管运输的角度滚筒底径（35～40倍的限制）越小越运输尺寸的限制9钻井通道的角度（越大越好）好管径大，泵的排量大，管内摩阻小（滚筒部分）越大承受的扭矩能力大环空返速高越好中石油钻井院连续管直径工艺类型【钻新井、侧钻或者加深】、合理的井下动力钻具、钻头等找到合理的平衡点一般来说，老井加深或者侧钻1-3/4“～2-3/8“，钻新井27/831/22-7/8”～3-1/2”中石油钻井院地面设备【1】连续管钻机9注入头连续管的尺寸、长度和重量选择8万磅10万磅13万磅15万磅20万磅8万磅、10万磅、13万磅、15万磅、20万磅目前世界上最大的注入头20万磅，国内最大的15万磅9滚筒和运输（）采用下沉式、半挂车、自走式（复合道路运输条件）世界上最大的3-1/2“-3000m，国内2100m中石油钻井院地面设备【2】起升系统、底座主要取决于钻井的工艺类型9老井加深或侧钻1不处理管柱（油管或套管）1、不处理管柱（油管或套管）常规的连续管钻机+底座（简易井架）中石油钻井院地面设备【2】起升系统、底座主要取决于钻井的工艺类型9老井加深或侧钻2、处理管柱（起下油管或下尾管完井）¾常规连续管钻机+起升系统+底座（利用修井机或者钻机）¾复合连续管钻机（单独）中石油钻井院地面设备【2】起升系统、底座主要取决于钻井的工艺类型9钻新井常规钻杆钻表层、下套管、连续管钻井、下油管、处理事故续管钻井下油管处理事故等¾复合连续管钻机（连续管钻机和常规钻机综合为一体）中石油钻井院地面设备【3】循环系统、防喷系统9循环系统常规钻井类似，小井眼，9防喷系统防喷盒、安全，欠平衡小尺寸、小容量替代旋转防喷器中石油钻井院井下工具由于连续管钻井不能旋转、不能承受大的扭矩，钻压施加困难、井下工具配套有其特点高转速低钻9高转速、低钻压9钻头合适9井下动力钻具（螺杆马达、涡轮钻具）控向工具随钻测量9控向工具、随钻测量9常规连续管井下工具（连接器、非旋转接头、马达头等中石油钻井院井下工具非定向钻定向钻井井不用严格控制钻井轨迹需要严格控制钻井轨迹井井轨迹，井下工具轨迹，井下工具复简单杂中石油钻井院井下工具非定向井钻井是目前连续管钻井应用最广的领域之一。

专利名称：一种渐变径式高效破岩锥形PDC钻头
专利类型：发明专利
发明人：赵梦梨,任威严,周礼鹏,汪海阁,葛云华,王灵碧,查永进,樊洪海,李满堂,刘明鑫,孙鹏,杜世亮,张佳伟,胡锦
康
申请号：CN201710479777.4
申请日：20170622
公开号：CN107100550A
公开日：
20170829
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明涉及一种渐变径式高效破岩锥形PDC钻头，主要包括钻头体、钻头体冠部的外表面上分布的多条刀翼、每条刀翼上安装的主切削齿和副切削齿、相邻两条刀翼间的排屑槽，以及排屑槽内设置的安装在钻头体上的喷嘴水眼。

沿钻头轴线方向自上而下，将钻头直径逐渐扩大，形成锥形结构，旨在通过该特殊的钻头结构来降低破岩过程中钻头所需克服的硬地层岩石应力，从而达到硬地层高效破岩的目的。

在实际钻井过程中，先利用钻头前端小直径钻头体破岩，有效释放并降低岩石应力，再利用后端逐步扩径的钻头体切削低应力的岩石，进而有效降低机械比能，提高机械钻速。

此外，由于在钻进过程中钻头能够始终与井壁保持连续接触，钻头的稳定性也得到了提高，同时能够形成光滑的井壁，提高后期下套管效率和固井效率。

申请人：中国石油集团钻井工程技术研究院,中国石油大学(北京)
地址：100195 北京市昌平区沙河镇西沙屯桥西中国石油创新基地A34
国籍：CN
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