國(guó)內(nèi)外深井鉆井技術(shù)進(jìn)步與經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)初探

1、國(guó)內(nèi)外深井鉆井技術(shù)進(jìn)步與經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)初探    摘要： 通過對(duì)國(guó)內(nèi)外近25 年來井深超過4500m 的各種各樣深井鉆井技術(shù)與經(jīng)濟(jì)情況的調(diào)研分析， 認(rèn)為美國(guó)和歐洲北海地區(qū)深井鉆井技術(shù)居領(lǐng)先水平， 前蘇聯(lián)和我國(guó)與國(guó)際先進(jìn)水平有10 年以上差距。對(duì)比研究了三種不同的深井鉆井技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)方法（體系） 特點(diǎn)， 初步探討了深井鉆井科技進(jìn)步的縱橫向變化規(guī)律及深井鉆井技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)的系統(tǒng)科學(xué)問題。關(guān)鍵詞： 深井鉆井； 鉆井設(shè)備； 經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)； 系統(tǒng)工程； 美國(guó)； 北海； 蘇聯(lián)； 中國(guó)1深井鉆井技術(shù)的發(fā)展歷史全世界能鉆4500m 以深井的國(guó)家有80 多個(gè)， 但大多數(shù)深井集中在美國(guó)

2、。有30 多個(gè)國(guó)家能鉆6000m以深的超深井， 中國(guó)是其中之一， 但中國(guó)第一口超深井較世界第一口超深井（美國(guó)） 晚了27 年。歐洲北海地區(qū)深井鉆井技術(shù)比較先進(jìn)。前蘇聯(lián)擁有一套適用于高緯度地區(qū)的先進(jìn)深井鉆井技術(shù)， 創(chuàng)造了世界鉆深12869m 的最深記錄， 通過技術(shù)改造可以在發(fā)展中國(guó)家應(yīng)用并取得最佳效益。德國(guó)大陸科探深井（KTB） 鉆探技術(shù)已被我國(guó)第一口大陸科學(xué)探井所借鑒。日本的高溫高壓深井鉆探技術(shù)及印尼的深氣井優(yōu)化鉆井技術(shù)7192109m ）。近年來受各種因素影響， 世界年鉆深井?dāng)?shù)量有所下降， 但深井鉆井技術(shù)發(fā)展迅速， 基本滿足高陡、高溫、高壓、高密度（高礦化度） 及含H2S 氣體等復(fù)雜地質(zhì)條件

3、深鉆要求。目前我國(guó)深井鉆井技術(shù)水平與國(guó)外先進(jìn)國(guó)家相比大約差15 年（知識(shí)產(chǎn)權(quán)水平約差40年） ， 因此要通過各種辦法（如“科探井”和“高探井”計(jì)劃） 縮小差距， 以適應(yīng)我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)持續(xù)、快速、協(xié)調(diào)發(fā)展的要求和“西氣東輸”、“氣化中國(guó)”等工程的需要。1966 年7 月28 日我國(guó)鉆成第一口深井松基6 井， 井深4719m。1976 年4 月30 日我國(guó)完成第一口超深井“女基井”， 井深6011m。從第一口深井完鉆至今35 年來， 我國(guó)先后鉆成的三口7000m 超深井是關(guān)基井（7175m ， 1978 年） ， 固2 井（7002m ， 1979 年）及塔參1 井（7200m ）。中國(guó)石化集團(tuán)公司

4、最深井沙82井完鉆井深634615m （2000年）。1998 年中國(guó)海洋石油總公司所鉆海上最深井XJ 24232A 14 開發(fā)井， 完鉆井深9238 m。2深井鉆井設(shè)備發(fā)展與進(jìn)步深井鉆井技術(shù)系統(tǒng)高度復(fù)雜， 屬于開放的復(fù)雜性系統(tǒng)或非線性復(fù)雜性系統(tǒng)， 其復(fù)雜特性主要表現(xiàn)在“六個(gè)非”上， 即非單一、非有序、非透明、非確切、非定量、非理性， 思考這些問題需要運(yùn)用各種綜合方法 1 。幾乎所有先進(jìn)適用的工程技術(shù)措施（含人工智能鉆井專家系統(tǒng)） ， 都在深井勘探與開發(fā)過程中得到驗(yàn)證、應(yīng)用和發(fā)展 2 。深井鉆井技術(shù)水平從整體上反映了一個(gè)國(guó)家或一個(gè)時(shí)代的工程技術(shù)水平。深井鉆井技術(shù)裝備系列化、標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化， 2

5、0世紀(jì)80 年代中期首次形成高峰， 本世紀(jì)初將形成第二高峰。至20 世紀(jì)90 年代末， 深井鉆機(jī)基本采用AC2SCR2DC 電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)（交流電機(jī)效率96% ， 直流電機(jī)效率91% ， 絞車減輕20% 30% ， 占地面積少25%40% ） 和頂部驅(qū)動(dòng)裝置（安裝頂驅(qū)占鉆機(jī)總數(shù)23% 以上， 包括動(dòng)力水龍頭） ， 井口機(jī)械化、井下自動(dòng)化和整機(jī)智能化水平大幅度提高。目前深井鉆機(jī)正朝著AC2GTO 2AC 電驅(qū)動(dòng)和滿足HSE 及TQC 綜合性能要求的方向發(fā)展。美國(guó)在撒哈拉沙漠等地區(qū)使用的6000m深井鉆機(jī)代表了當(dāng)今世界鉆機(jī)最先進(jìn)水平（符合A P I標(biāo)準(zhǔn)） ， 其設(shè)計(jì)制造的大型化、撬裝化、機(jī)電液氣一體化

6、程度當(dāng)屬第四代電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)， 即全數(shù)字化電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)。前蘇聯(lián)y15000 型鉆機(jī)是世界上最大鉆機(jī)， 鉆深能力15000m ， 最大鉤載達(dá)1215MN。德國(guó)KTB 特深井鉆機(jī)是當(dāng)今世界上井架最大、性能最好的鉆機(jī)之一，由三家公司共同設(shè)計(jì)制造， 最大鉆深能力12000m ， 最大鉤載8MN ， 井架高達(dá)83m ， 自重1300t， 底座高12112m ， 混凝土地基厚3m ， 鉆桿機(jī)械手高53m、臂長(zhǎng)5m ， 司鉆在中央控制室進(jìn)行鉆井作業(yè)。深井鉆機(jī)配套設(shè)備水平進(jìn)一步提高， 地面設(shè)備多元化、集成化， 各種新型井下工具不斷涌現(xiàn)。目前井控裝置耐壓已超過105M Pa 并耐酸蝕， 且全過程計(jì)算機(jī)模擬控制。固控設(shè)

7、備實(shí)現(xiàn)全封閉， 由原來的四五級(jí)凈化系統(tǒng)發(fā)展為兩級(jí)凈化系統(tǒng)， 研制出了變頻調(diào)速離心機(jī)。井下動(dòng)力鉆具由原先重視螺桿鉆具和渦輪鉆具，發(fā)展為螺桿、渦輪、電動(dòng)鉆具三者各顯神通的局面， 而使用串接馬達(dá)和加長(zhǎng)馬達(dá)比常規(guī)馬達(dá)能提高機(jī)械鉆速50%。鉆頭設(shè)計(jì)與制造技術(shù)極為成熟且不斷提高， 有適合各類井下條件和地層巖性的鉆頭（如PDC、TSP、BDC、超硬激光鍍層牙輪、PCD 軸承牙輪及天然金剛石和納米金剛石鉆頭等）。深井鉆井技術(shù)裝備還呈現(xiàn)出向小型化、智能化方向發(fā)展的趨勢(shì)， 以滿足深井全井小眼鉆進(jìn)（取心） 和用連續(xù)油管負(fù)壓鉆進(jìn)部分井段的要求。英國(guó)XL 技術(shù)公司正在與殼牌公司聯(lián)合研制智能化的連續(xù)油管閉環(huán)鉆井系統(tǒng)。19

8、99 年3 月SPE? IADC 會(huì)議上， 斯倫貝謝公司也展示了其新型井下可變徑穩(wěn)定器控制系統(tǒng)。中國(guó)深井鉆井技術(shù)裝備與國(guó)外先進(jìn)國(guó)家相比仍有較大差距（電動(dòng)鉆機(jī)僅占鉆機(jī)總數(shù)的218% ， 關(guān)鍵部件大量進(jìn)口） ， 鉆機(jī)部件性能水平相差15 20 年， 基本處在仿造與跟蹤狀態(tài)， 創(chuàng)新所占比例較小。進(jìn)入90 年代特別是90 年代末期， 我國(guó)石油鉆機(jī)研發(fā)速度明顯加快（與鉆機(jī)更新改造直接相關(guān)） ， 相繼開發(fā)了交流變頻電驅(qū)動(dòng)、直流電驅(qū)動(dòng)、輪式半拖掛整體移運(yùn)、整體鏈條箱并車傳動(dòng)等深井鉆機(jī)和4 種頂部驅(qū)動(dòng)裝置。其中寶石廠產(chǎn)的ZJ 50D、ZJ 70D 型電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)均采用AC2SCR2DC 驅(qū)動(dòng)并有旋升式和雙升式底

9、座以適應(yīng)不同油田地貌及運(yùn)輸條件； 蘭石廠產(chǎn)的ZJ 45D、ZJ 50D、ZJ 60D和ZJ 70D 型鉆機(jī)為直流電驅(qū)動(dòng)型。我國(guó)正在研制大功率交流變頻電驅(qū)動(dòng)、全液壓驅(qū)動(dòng)、車裝或撬裝復(fù)合驅(qū)動(dòng)型深井鉆機(jī)， 但沒有獨(dú)立研制6000m 電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)能力， 至今還在大量進(jìn)口柴油機(jī)、電纜、電傳主模塊、控制單元、軸承、液壓泵、液壓馬達(dá)、控制閥、編程控制器及振動(dòng)篩、鉆井儀表、H2S 檢測(cè)儀、二層臺(tái)逃生裝置等。我國(guó)具有獨(dú)立知識(shí)產(chǎn)權(quán)的幾項(xiàng)先進(jìn)深井鉆井地面設(shè)備是： 1996 年通過鑒定的ZJ 60DS 電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)，1997 年和1998 年問世的第一、二代DQ 60D 頂驅(qū)裝置， PSZ75 型液壓盤式剎車和SDL 9

10、000Ch ina 綜合錄井儀（1999 年相繼通過鑒定）。我國(guó)井下工具主要專利技術(shù)： 液力沖擊器和加壓器正在深井段試驗(yàn)； 遙控井下可調(diào)彎外殼體螺桿鉆具及遙控井下可變徑穩(wěn)定器已在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)成功， 但未在深井中應(yīng)用； 偏軸鉆具和川式改進(jìn)型取心工具在“九五”科探深井中應(yīng)用成功；CGDS21 型地質(zhì)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)1999 年啟動(dòng)已有突破性進(jìn)展?？偟膩砜?， 我國(guó)深井鉆機(jī)裝備性能水平比較落后， 而且配套性差、國(guó)產(chǎn)化程度低， 主要井下工具性能水平也受設(shè)計(jì)與制造因素制約。3深井鉆井技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)方法及指標(biāo)3， 4 深井鉆井技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)隨著科技進(jìn)步而不斷變化， 近20 年來變化最大， 美國(guó)和歐洲北海地區(qū)領(lǐng)先。由于有

11、完善的設(shè)計(jì)、先進(jìn)的技術(shù)和嚴(yán)密的管理， 美國(guó)深井鉆得快、事故少、成本低、效益好。在80 年代中期， 美國(guó)鉆1 口5000m 左右深井約需90d， 鉆5500m左右深井約需110d， 鉆6000m 超深井約需140d， 鉆7000m 超深井約需210 300d， 井下復(fù)雜情況所占時(shí)間為5% 15%。在90 年代， 美國(guó)在復(fù)雜地質(zhì)條件下所鉆成的5 口井深約7500m 超深初探井， 完井周期最短的不到1 年， 最長(zhǎng)的不到2 年。目前， 歐洲北海地區(qū)測(cè)量井深約8000m 的深井（大位移井） ， 其鉆井周期一般為90d。深井平均單井成本美國(guó)要比世界其他地區(qū)低40% 50%。深井平均單井鉆頭用量由80 年代

12、初的35 只下降到90 年代初的22 只， 單只鉆頭平均進(jìn)尺達(dá)230m ， 而1992 年世界各國(guó)（平均井深5099m ） 平均單井鉆頭用量和單只鉆頭進(jìn)尺分別為26 只和199m ， 單井成本1129 萬美元， 比1991 年的876 萬美元增長(zhǎng)29%。前蘇聯(lián)深井鉆井速度相當(dāng)慢， 1989 年4000m 深開發(fā)井鉆井周期264d， 探井為357d； 5000m 深開發(fā)井鉆井周期503d， 探井為654d； 6000m 深開發(fā)井鉆井周期858d， 探井為1094d。在平均井深相同的情況下， 前蘇聯(lián)生產(chǎn)井平均建井周期是美國(guó)的4 倍， 探井則為8倍。12869m 特深井SG23 井歷時(shí)14 年鉆達(dá)1

13、2000m ，歷時(shí)17 年完鉆， 而9000m 特深井SG21 井歷時(shí)6 年完鉆。盡管如此， 前蘇聯(lián)深井鉆井技術(shù)對(duì)發(fā)展中國(guó)家來說， 仍不失為比較先進(jìn)適用的技術(shù)。橫向比較我國(guó)深鉆技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)也大大落后于上述國(guó)家與地區(qū)， 而縱向上， 80 年代以前約15 年我國(guó)主要學(xué)習(xí)前蘇聯(lián)模式， 技術(shù)進(jìn)步緩慢， 4000 5000m 深井建井周期達(dá)456d 以上， 單井鉆頭用量達(dá)80 多只；5000 6000m 深井建井周期達(dá)1000d 以上， 單井鉆頭用量在110 只以上； 6000m 以深井（女基井完鉆井深6011m ） 建井周期達(dá)1695d、單井鉆頭用量達(dá)576 只。但最近20 年我國(guó)深井鉆井領(lǐng)域大量引進(jìn)

14、國(guó)外先進(jìn)技術(shù)裝備并借鑒美國(guó)模式， 發(fā)展勢(shì)頭穩(wěn)健而又全面、迅速而有節(jié)奏， 正朝著科學(xué)化方向進(jìn)步， 既有高新（先進(jìn)） 技術(shù)引進(jìn)更有本土化（適用） 技術(shù)支撐， 因而深鉆井總數(shù)超過千口， 技術(shù)進(jìn)步明顯。我國(guó)4500 5000m深井平均建（鉆） 井周期達(dá)252140d （174120d） ， 平均單井鉆頭用量32193 只； 5000 6000m 深井平均建（鉆） 井周期44414d （24515d） ， 平均單井鉆頭用量55160 只； 6000 7000m 超深井平均建（鉆） 井周期達(dá)86314d （27118 d） ， 平均單井鉆頭用量59175 只；7000m 超深井平均建井周期1000d 以上

15、， 平均單井鉆頭用量150 只以上。目前， 我國(guó)新探區(qū)首鉆的45005000m 深井建井周期最短為17617d， 單井鉆頭用量最少為28 只； 5000 6000m 深井建井周期最短為174180d， 單井鉆頭用量最少為45 只； 6000 7000m深井建井周期最短（陽霞1 井6571m ） 為548d， 單井鉆頭用量最少為31 只； 7000m 以深井建井周期最短（塔參1 井） 為835d， 單井鉆頭用量最少為123 只。與深探井相比， 深開發(fā)井建井周期更短， 哈德2 井（完鉆井深5100m ） 建井周期為59170d， 創(chuàng)歷史最好記錄。我國(guó)深井鉆井成本方面， 80 年代前缺少統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，

16、從1974 年完鉆的創(chuàng)全國(guó)最深、最長(zhǎng)裸眼、最低成本記錄的“渭深10 井”的數(shù)據(jù)看， 全井總成本165 萬元， 單位進(jìn)尺綜合成本316 元?m 。而90 年代我國(guó)鉆井成本比80 年代上升2 倍多（年增長(zhǎng)8% 以上） ， 復(fù)雜地質(zhì)條件下5000m 深探井成本達(dá)3500 萬元以上， 6000m 超深探井成本達(dá)5000 萬元以上， 7000m 超深探井成本達(dá)7000 萬元以上（以上均不含相關(guān)攻關(guān)研究及技術(shù)引進(jìn)費(fèi)用）。由于評(píng)價(jià)深井鉆井技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的體系不同， 很難對(duì)上述數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)的客觀分析和全面合理的對(duì)比研究。目前， 國(guó)內(nèi)外傾向于采用“單項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較法”， 也有用“單項(xiàng)技術(shù)水平比較法”說明國(guó)家或

17、地區(qū)深井鉆井科技發(fā)展情況的報(bào)道。國(guó)內(nèi)最近提出“石油鉆井科技進(jìn)步貢獻(xiàn)率”指標(biāo)， 在一定程度上結(jié)合了上述兩法的優(yōu)點(diǎn)， 從而為科學(xué)地評(píng)價(jià)深井技術(shù)整體水平提供了理論依據(jù)， 在實(shí)際應(yīng)用中還有待完善（比如缺少技術(shù)成功概率和利用能力因素）。印尼海上氣田優(yōu)化鉆井中應(yīng)用“成批鉆井概念”取得成功， 其實(shí)質(zhì)也是上述兩法有機(jī)結(jié)合的結(jié)果， 值得重視和借鑒。目前， 對(duì)新探區(qū)第一口深探井的技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)還存在理論上的困難。對(duì)深部開發(fā)井的技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)也非盡善盡美， 而是注重一二項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和目標(biāo)管理問題。4結(jié)論1） 深井鉆井技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)隨著科技進(jìn)步而不斷變化， 近20 年來變化最大， 美國(guó)和歐洲北海地區(qū)領(lǐng)先（近10 年來前蘇聯(lián)水平有所