鉆井前沿技術(shù)課件

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－CNPCDrillingResearchInstitute2012年8月鉆井技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)與前沿技術(shù)－1－2012年8月鉆井技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)與前沿技術(shù)1－2

－一、概述二、鉆井技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)與特點(diǎn)三、鉆井前沿技術(shù)新進(jìn)展四、啟示與建議報(bào)告提綱－2－一、概述報(bào)告提綱2一、概述盡管世界經(jīng)濟(jì)不容樂觀，但油氣供需整體呈上升趨勢(shì)。預(yù)計(jì)到2030年，原油產(chǎn)量仍將快速增長(zhǎng)。近50%的原油產(chǎn)量要靠老油田提高采收率，深海、極地等新領(lǐng)域和油砂等非常規(guī)原油生產(chǎn)。預(yù)計(jì)到2030年非常規(guī)原油產(chǎn)量將占到總產(chǎn)量的8%。已開發(fā)油田提高采收率深海、極地重油、致密油、油砂等非常規(guī)待發(fā)現(xiàn)儲(chǔ)量開發(fā)已發(fā)現(xiàn)新儲(chǔ)量開發(fā)世界石油產(chǎn)量構(gòu)成，IEA(國(guó)際能源機(jī)構(gòu))預(yù)測(cè)依靠新技術(shù)一、概述盡管世界經(jīng)濟(jì)不容樂觀，但油氣供需整體呈上升趨勢(shì)。預(yù)計(jì)3全球天然氣產(chǎn)量將保持持續(xù)增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。產(chǎn)量從2008年的3.05萬億立方米逐漸增長(zhǎng)到2030年的4.4萬億立方米2030年，非常規(guī)天然氣將成為越來越重要的戰(zhàn)略資源接替區(qū)，成為技術(shù)創(chuàng)新的重點(diǎn)領(lǐng)域，屆時(shí)非常規(guī)天然氣產(chǎn)量將占天然氣總產(chǎn)量的20%左右3.053.54.416.5%20%全球天然氣產(chǎn)量預(yù)測(cè)，萬億方常規(guī)天然氣非常規(guī)天然氣3.8（IEA，2008）一、概述全球天然氣產(chǎn)量將保持持續(xù)增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。產(chǎn)量從2008年的3.054隨著世界經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇，油氣鉆井?dāng)?shù)量、動(dòng)用鉆機(jī)數(shù)量逐年增加據(jù)美國(guó)預(yù)測(cè)，2011年世界鉆井?dāng)?shù)量為93810口（不包括俄羅斯、中國(guó)和中亞），持續(xù)兩年增長(zhǎng)，較2010年增加21.6%，其中陸上鉆井90599口，較2010年增加22.5%，海上鉆井3211口，較2010年增加2.2%一、概述數(shù)據(jù)來源美國(guó)Spears&Associates公司，2011隨著世界經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇，油氣鉆井?dāng)?shù)量、動(dòng)用鉆機(jī)數(shù)量逐年增加一、概述5科技進(jìn)步推動(dòng)了全球石油產(chǎn)量跨越式增長(zhǎng)和世界石油工業(yè)的持續(xù)發(fā)展；帶來了鉆井前沿技術(shù)研發(fā)和超前儲(chǔ)備技術(shù)研究十分活躍一、概述世界油氣發(fā)展歷程科技進(jìn)步推動(dòng)了全球石油產(chǎn)量跨越式增長(zhǎng)和世界石油工業(yè)的持續(xù)發(fā)展6鉆井技術(shù)進(jìn)步使油氣勘探開發(fā)領(lǐng)域不斷拓展煤層氣深水深層石油天然氣勘探開發(fā)鉆井領(lǐng)域不斷擴(kuò)展致密氣致密油頁巖氣重油、油砂極地頁巖油可燃冰計(jì)劃鉆井技術(shù)進(jìn)步使油氣勘探開發(fā)領(lǐng)域不斷拓展煤層氣深水石油天然氣致7世界鉆井技術(shù)發(fā)展歷程、前沿和趨勢(shì)更深，更快，更便宜，更清潔，更安全，更聰明（1）向高新技術(shù)發(fā)展（I3——信息化，集成化，智能化）（2）目標(biāo)是降低“噸油”成本——效益最大化（3）全方位支持勘探開發(fā)（需要鉆什么樣的井，就鉆什么樣的井，保證鉆成這樣的井，并越來越深）世界鉆井技術(shù)發(fā)展歷程、前沿和趨勢(shì)更深，更快，更便宜，更清潔，8鉆井作業(yè)模式向批量化、工廠化發(fā)展鉆井作業(yè)模式向批量化、工廠化發(fā)展9三、鉆井前沿技術(shù)新進(jìn)展鉆機(jī)裝備鉆井新方法高效破巖新技術(shù)導(dǎo)向鉆井技術(shù)井下信息測(cè)量與控制技術(shù)智能新材料新型鉆桿、套管非常規(guī)油氣鉆完井技術(shù)三、鉆井前沿技術(shù)新進(jìn)展鉆機(jī)裝備101、鉆機(jī)裝備向自動(dòng)化、智能化、高移運(yùn)性、高可靠性、高HSE方向發(fā)展向研發(fā)、制造和服務(wù)一體化方向發(fā)展，且服務(wù)占的比重越來越大（NOV超過30%，中國(guó)石油不足5%）向滿足客戶個(gè)性化需求方向發(fā)展向適應(yīng)特殊環(huán)境方向發(fā)展，不斷挑戰(zhàn)深海、極地、山地、叢林等惡劣環(huán)境極限四個(gè)方向1、鉆機(jī)裝備向自動(dòng)化、智能化、高移運(yùn)性、高可靠性、高HSE方112、鉆井新方法近年國(guó)外出現(xiàn)和正在研發(fā)的鉆井新技術(shù)新方法主要有：連續(xù)管鉆井徑向水平井等井徑鉆井（膨脹管鉆井）“U”型井鉆井同心雙管反循環(huán)鉆井遠(yuǎn)程遙控全自動(dòng)鉆井無鉆機(jī)（獾式）鉆井深井冷卻泥漿鉆井激光鉆井2、鉆井新方法近年國(guó)外出現(xiàn)和正在研發(fā)的鉆井新技術(shù)新方法主要有12－13

－連續(xù)管老井側(cè)鉆提高采收率（1）連續(xù)管鉆井

連續(xù)管鉆井完井側(cè)鉆老井加深（重入）欠平衡鉆井徑向水平鉆井完井微井眼鉆井成本低。與常規(guī)新井相比，常規(guī)側(cè)鉆井的費(fèi)用是新井的73%，用連續(xù)管老井側(cè)鉆井成本只有常規(guī)新井的31%左右－13－連續(xù)管老井側(cè)鉆提高采收率（1）連續(xù)管鉆井連續(xù)管鉆13－14

－（1）連續(xù)管鉆井SEMJet系統(tǒng)（MapleGroup）

SingleEntryMulti-LateralJetting集成-高效-低成本，有一定意義系統(tǒng)集成：1/4連續(xù)管；電測(cè)裝置GR、CCL、CBL；三種泵；井口裝置、供液罐功能集成：測(cè)井、定向磨銑套管多分支鉆進(jìn)注酸注劑、井下照相無油管系統(tǒng)（RadJet）TubinglessRadialSystem不使用油管：過油管→套管內(nèi)作業(yè)連續(xù)管多次丟手作業(yè)國(guó)外最新技術(shù)－14－（1）連續(xù)管鉆井SEMJet系統(tǒng)（MapleGr14－15

－（2）徑向水平井可用連續(xù)管高壓水射流，在井內(nèi)鉆徑向水平孔，消除近井地帶污染，尋找剩余油，提高老井產(chǎn)量和老油田采收率。原理與基本工藝過程三個(gè)主要工序：下入導(dǎo)向器套管開孔：連續(xù)管+螺桿馬達(dá)旋轉(zhuǎn)鉆孔水射流徑向鉆孔：連續(xù)管+軟管+自牽引噴嘴關(guān)鍵設(shè)備與工具:地面：高壓泵車、連續(xù)管裝置、實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)井下：導(dǎo)向器、鉆套管工具串、水射流鉆進(jìn)工具串技術(shù)優(yōu)勢(shì)用途——直井改造，增產(chǎn)2～3倍或以上目標(biāo)參數(shù)：徑向穿透深度20～50m或以上2-4層×每層3～4孔

應(yīng)用范圍煤層氣增產(chǎn)稠油油藏開發(fā)：常規(guī)油藏增產(chǎn)與剩余油開發(fā)低滲透油藏經(jīng)濟(jì)開發(fā)淺層稠油冷采蒸汽吞吐重力泄油－15－（2）徑向水平井可用連續(xù)管高壓水射流，在井內(nèi)鉆徑向15（3）等井徑鉆井（膨脹管鉆井）膨脹管技術(shù)是一項(xiàng)不斷發(fā)展和完善的鉆井新技術(shù)，可以大量地應(yīng)用于鉆井、修井以及油田的二次開發(fā)等領(lǐng)域，被認(rèn)為是21世紀(jì)石油鉆采行業(yè)的核心技術(shù)之一，特別是等直徑鉆井技術(shù)的發(fā)展將會(huì)帶來鉆井技術(shù)的一次新的歷史性革命。等井徑鉆井技術(shù)是建立在膨脹管技術(shù)基礎(chǔ)之上而發(fā)展起來的，是指在鉆井過程中盡可能始終采用同一規(guī)格的鉆頭及鉆具，在全井鉆進(jìn)過程中保持同一井眼尺寸的鉆井方法。（3）等井徑鉆井（膨脹管鉆井）膨脹管技術(shù)是一項(xiàng)不斷發(fā)展和完善16應(yīng)對(duì)復(fù)雜井超深井切削量少固井水泥少鉆井液少提高安全可靠性節(jié)約鉆井成本等直徑鉆井技術(shù)特點(diǎn)（3）等井徑鉆井（膨脹管鉆井）技術(shù)進(jìn)展情況：膨脹管技術(shù)的持續(xù)發(fā)展和完善可靠的配套設(shè)備，為等直徑鉆井技術(shù)進(jìn)一步完善和給鉆井方式帶來革命性的變化提供了前提條件。在國(guó)外，等直徑鉆井技術(shù)也經(jīng)歷了充分論證、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和評(píng)估并逐步發(fā)展成為一項(xiàng)成熟技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用階段應(yīng)對(duì)復(fù)雜井提高安全可靠性節(jié)約鉆井成本等直徑鉆井技術(shù)特點(diǎn)（3）17RDM反循環(huán)鉆井新技術(shù)（雙壁鉆具鉆井）鉆井液注入、回收處理系統(tǒng)上部環(huán)空控制系統(tǒng)雙壁鉆柱雙浮閥橡膠活塞底部鉆具組合鉆屑從鉆具中心上返至地面鉆井液從雙壁環(huán)空注入井下鉆井液從雙壁環(huán)空注入井下反循環(huán)鉆井的基本思路：采用同軸雙鉆桿分別實(shí)現(xiàn)了鉆井液的輸入和返回。外側(cè)鉆桿用來向井眼中送入鉆井液，內(nèi)側(cè)鉆桿用于返回鉆井液。位于下部鉆柱上的滑動(dòng)活塞將環(huán)空分割出上下兩個(gè)壓力梯度，更好地進(jìn)行壓力控制。RDM反循環(huán)鉆井新技術(shù)（雙壁鉆具鉆井）鉆井液注入、回收處理18RDM反循環(huán)鉆井新技術(shù)（雙壁鉆具鉆井）優(yōu)點(diǎn)常規(guī)技術(shù)鉆水平井，存在底邊鉆屑床，易粘卡RDM鉆水平井，井筒沒有鉆屑床，不易粘卡，摩阻小，可鉆得更長(zhǎng)RDM鉆井，避免井漏顯著優(yōu)點(diǎn)降低能耗減少鉆井液體積降低鉆井液處理量減少鉆井液處理系統(tǒng)及泥漿泵的磨損減少鉆井液添加劑、加重劑費(fèi)用降低鉆井液損耗和減少?gòu)?fù)雜、井控事件具有更好的井眼清潔能力提高機(jī)械鉆速改善井下信息數(shù)據(jù)傳輸突破常規(guī)大位移鉆井限制，可鉆極端大位移井復(fù)雜地層安全鉆進(jìn)減少地層傷害改善遙測(cè)系統(tǒng)泥漿泵關(guān)閉時(shí)，仍可實(shí)時(shí)LWD/MWD插入套管實(shí)時(shí)鉆井浮閥以下精細(xì)控壓鉆井目前，計(jì)劃在加拿大鉆一口水平距離20Km長(zhǎng)的煤層氣井可鉆位移超過20公里長(zhǎng)的井RDM反循環(huán)鉆井新技術(shù)（雙壁鉆具鉆井）優(yōu)點(diǎn)常規(guī)技術(shù)鉆水平井19拓展氣體鉆井、控壓鉆井（MPD）和極大延伸鉆井（ERD）MPD鉆井面臨的難題反循環(huán)鉆井具有的優(yōu)勢(shì)環(huán)空流體可能漏失到衰竭儲(chǔ)層?；钊乐弓h(huán)空漏失。主要優(yōu)點(diǎn)在增壓泥漿帽鉆井。降低下部鉆井液密度。占地面積30-50m2，這對(duì)海上甲板受限制的情況下是個(gè)問題。占地面積需求很小，不超過10m2。對(duì)海上甲板受限的地方特別有吸引力。大量的鉆井液緩慢流入或漏失。循環(huán)量少，使得可以更精確控制井下壓力，更容易發(fā)現(xiàn)和和控制漏失。

操作依賴于一個(gè)節(jié)流閥以降低壓力。節(jié)流閥下環(huán)空壓力依然很高。壓力主要在沿程損失，地表環(huán)空壓力可能是零。為安全起見改進(jìn)和停鉆期間避免節(jié)流閥堵塞。調(diào)節(jié)鉆井液體系費(fèi)時(shí)費(fèi)力。因其體積小，鉆井液體系可迅速改變。當(dāng)雙浮球閥關(guān)閉時(shí)調(diào)整鉆井液體系，在這過程中井眼不會(huì)暴露。在裸眼井段開泵循環(huán)，ECD增加可能壓開地層造成裂縫。循環(huán)是內(nèi)部的。甚至可以忽略裸眼的ECD，從而防止地層損害。大量鉆井液需要通過環(huán)空循環(huán)出鉆屑。管中管系統(tǒng)需要少量的循環(huán)流體攜帶鉆屑，更快更高效。根據(jù)設(shè)計(jì)，井底至井口循環(huán)需要20-100min每1000m。RDM從井底至井口循環(huán)只要6-7min每1000m。從井底至井口循環(huán)是關(guān)閉雙浮球閥隔離裸眼的。MWD/LWD的信號(hào)傳輸可能面臨難題。ReelwellTelemetrySystem(RTM)提供MWD/LWD工具的雙向高速傳輸，不需要使用放大器。拓展氣體鉆井、控壓鉆井（MPD）和極大延伸鉆井（ERD）MP20ERD方法鉆井面臨的難題反循環(huán)鉆井具有的優(yōu)點(diǎn)由于水平段鉆壓來源于管柱的重力，因而水平度的長(zhǎng)度受到鉆壓的限制通過鉆頭后的液力加壓。推動(dòng)鉆頭向前，為鉆頭提供獨(dú)立于重力的鉆壓，使得在長(zhǎng)水平段鉆井過程中，依然能維持鉆進(jìn)所需的鉆壓在大位移井和水平井中巖屑堆積會(huì)引起卡鉆鉆頭附近的巖屑被清理干凈，在任何時(shí)候都能保持井眼清潔由于鉆柱屈曲和蠕動(dòng)等原因水平段的長(zhǎng)度受到限制由于鉆井過程中鉆柱處于拉伸狀態(tài)，可以預(yù)防鉆柱的變形和屈曲淺大位移井中受鉆柱下入能力限制，井深受到限制下鉆深度取決于井下位置在窄密度窗口中可能存在水平段的底端發(fā)生井噴，而頂端發(fā)生井漏的情況，因而裸眼段長(zhǎng)度受ECD限制，水平井段的井下壓力是個(gè)常數(shù)，水平段的頂端和底端的壓力值相同，在窄密度窗口地層中也能鉆較長(zhǎng)的水平段開泵循環(huán)產(chǎn)生的激動(dòng)壓力可能壓裂地層在BHA中內(nèi)置DAF閥，當(dāng)內(nèi)外壓力一致時(shí)打開DAF閥實(shí)現(xiàn)循環(huán)，以此保持井下壓力穩(wěn)定攜巖需要大量的鉆井液只需要常規(guī)鉆井50%的鉆井液，可減少大量的鉆井液成本巖屑上返1000m需要20-100分鐘，循環(huán)時(shí)間過長(zhǎng)。巖屑上返1000m只需要6-7分鐘MWD/LWD的信號(hào)傳輸可能面臨難題Reelwell遙測(cè)系統(tǒng)提供雙通道的高速信號(hào)傳輸工具，且不需要信號(hào)放大器ERD方法鉆井面臨的難題反循環(huán)鉆井具有的優(yōu)點(diǎn)由于水平段鉆壓來21（5）遠(yuǎn)程遙控自動(dòng)鉆井自動(dòng)化鉆井系統(tǒng)能夠減少對(duì)井隊(duì)人員的風(fēng)險(xiǎn)，降低成本并提高效率。而遙控操作這些系統(tǒng)將是不斷成熟的油氣鉆井行業(yè)的下一個(gè)進(jìn)展，使鉆井作業(yè)公司能通過其經(jīng)驗(yàn)豐富的專家在任何地方監(jiān)測(cè)和控制鉆井作業(yè)。因此，自動(dòng)化鉆井的下一步將是對(duì)鉆井過程進(jìn)行遙控。劍橋研究中心德克薩斯州衛(wèi)星2004年11月19日，斯倫貝謝劍橋研究中心的科學(xué)家從英國(guó)劍橋發(fā)出改變泥漿泵排量的指令，通過衛(wèi)星跨過大西洋的遙控指令成功地被美國(guó)德克薩斯州Cameron試驗(yàn)中心的鉆機(jī)接收并執(zhí)行，拉開了遙控自動(dòng)鉆井研發(fā)的序幕，這一技術(shù)可能會(huì)改變我們未來的鉆井方式。（5）遠(yuǎn)程遙控自動(dòng)鉆井自動(dòng)化鉆井系統(tǒng)能夠減少對(duì)井隊(duì)人員的風(fēng)險(xiǎn)22（5）遠(yuǎn)程遙控自動(dòng)鉆井可行性：計(jì)算機(jī)與衛(wèi)星通訊技術(shù)的進(jìn)展已經(jīng)使監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)成為石油開采中常見的設(shè)備（如“智能采油完井系統(tǒng)”）。目前，現(xiàn)代鉆機(jī)上已有本地遙控作業(yè)，也叫本地自動(dòng)化，進(jìn)行鉆桿處理、頂驅(qū)和自動(dòng)綜合鉆臺(tái)作業(yè)（鐵鉆工）等；且鉆井遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通訊已廣泛用于監(jiān)測(cè)；海洋鉆井在平臺(tái)上遙控水下機(jī)器人作業(yè)已是常用技術(shù)；將這些技術(shù)有機(jī)結(jié)合即可實(shí)現(xiàn)遙控自動(dòng)鉆井。目前，已有斯倫貝謝、殼牌等多家公司在研究該項(xiàng)技術(shù)，可以預(yù)見，遙控自動(dòng)鉆井會(huì)很快到來。鐵鉆工（5）遠(yuǎn)程遙控自動(dòng)鉆井可行性：計(jì)算機(jī)與衛(wèi)星通訊技術(shù)的進(jìn)展已經(jīng)23（6）無鉆機(jī)（獾式）鉆井挪威Rogaland研究所在1999年提出了獾式無鉆機(jī)鉆探概念，是一種無鉆機(jī)的井下自動(dòng)鉆探器，類似于“有線導(dǎo)彈”或“井下鉆井機(jī)器人”。于2002年取得挪威專利，2003年成立了獾式鉆探器公司；得到挪威研究委員會(huì)、挪威國(guó)家石油公司、殼牌和?？松梨诠镜馁Y助，于2005年5月1日正式啟動(dòng)“獾式鉆探器”原理樣機(jī)研制計(jì)劃。無鉆機(jī)鉆井在海底直接鉆井（6）無鉆機(jī)（獾式）鉆井挪威Rogaland研究所在199924（6）無鉆機(jī)（獾式）鉆井其核心技術(shù)是：采用高電壓脈沖能量的等離子體通道鉆井技術(shù)，就是用電法霧化巖石，即利用高電壓脈沖在“鉆頭”前方的巖石中形成高能等離子體，等離子體在不到一微秒的時(shí)間內(nèi)在巖石中極迅速地膨脹，導(dǎo)致局部巖石破裂和破碎“鉆頭”用鋼絲繩或連續(xù)管下入井內(nèi)；通過電纜給“鉆頭”供電，“鉆頭”功率小，不到1kW，能夠產(chǎn)生高達(dá)3500伏的電壓；不用機(jī)械力破巖，“鉆頭”無活動(dòng)部件；隨鉆測(cè)量信號(hào)通過電纜傳輸?shù)降孛?，傳輸速率極高；在硬地層中破巖效率高；井筒光滑；井眼小，只有1～3英寸。（6）無鉆機(jī)（獾式）鉆井其核心技術(shù)是：采用高電壓脈沖能量的等25（7）深井冷卻泥漿鉆井深井高溫井鉆井時(shí)井下工具儀器的橡膠、電子元器件等抗高溫穩(wěn)定性差、壽命短。當(dāng)井下溫度超過135℃，采用地面泥漿冷卻鉆井新技術(shù)（SurfaceMudCoolers）冷卻泥漿鉆井系統(tǒng)常規(guī)泥漿鉆井系統(tǒng)冷卻泥漿系統(tǒng)溫度高溫度低鉆具內(nèi)部隔熱涂層（7）深井冷卻泥漿鉆井深井高溫井鉆井時(shí)井下工具儀器的橡膠、電26（7）冷卻泥漿鉆井在地面冷卻泥漿（Coolsthemudatsurface）作用：幫助冷卻井下MWD/LWD工具儀器（HelpscoolthedownholeMWD/LWDtools）適合在高溫井中應(yīng)用（ShouldbeimplementedinHighTemperature）有助于延長(zhǎng)工具井下時(shí)間及壽命（wellsContributetomakinglongerhightemperatureruns）（7）冷卻泥漿鉆井在地面冷卻泥漿（Coolsthemud27（8）激光鉆井與常規(guī)鉆井相比，激光鉆井具有如下顯著的優(yōu)勢(shì)：激光鉆機(jī)重量輕（用一輛拖車就可運(yùn)到井場(chǎng)）；激光鉆井的井場(chǎng)很?。ㄖ挥衅胀ň畧?chǎng)的十分之一甚至更小）；激光能夠穿透各種類型的巖石，而且速度很快（用常規(guī)鉆井方法需要100天才能鉆成的井，用激光鉆井也許只需10天時(shí)間），從而大幅度降低成本；激光鉆井不需要常規(guī)鉆頭和常規(guī)鉆柱，可以節(jié)省大量的起下鉆時(shí)間；激光鉆井鉆成的井眼小，激光將巖石熔化，在井壁形成一種陶瓷樣的保護(hù)層，無需下套管和固井，因此可大幅度降低鉆井成本；激光鉆井是一種清潔鉆井，激光擊碎、熔化和蒸發(fā)巖石，鉆井中無鉆屑上返到地面，對(duì)環(huán)境的影響甚微；鉆井過程具有可導(dǎo)向性，易于控制井眼軌跡。（8）激光鉆井與常規(guī)鉆井相比，激光鉆井具有如下顯著的優(yōu)勢(shì)：28（8）激光鉆井研發(fā)進(jìn)展：激光鉆井經(jīng)過十年的研究，已經(jīng)取得了許多研究成果，但是現(xiàn)在仍然處在通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行技術(shù)可行性研究階段。預(yù)計(jì)2020年投入商業(yè)化應(yīng)用。激光射孔也許將先于激光鉆井投入現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。如激光鉆井和激光射孔最終得以工業(yè)應(yīng)用，必將給鉆井和完井帶來一場(chǎng)深刻的革命，徹底改變鉆井完井的作業(yè)方式，大幅度提高鉆井和完井的作業(yè)效率和經(jīng)濟(jì)效益。發(fā)展方向：開發(fā)一些全新的產(chǎn)品，例如：井下激光鉆機(jī)，用于常規(guī)鉆井和連續(xù)油管鉆井的激光輔助鉆頭、激光射孔器以及側(cè)鉆和定向激光鉆井裝置。（8）激光鉆井研發(fā)進(jìn)展：激光鉆井經(jīng)過十年的研究，已經(jīng)取得了許292、高效破巖新技術(shù)工欲善其事，必先利其器。國(guó)外十分重視破巖技術(shù)攻關(guān)和持續(xù)改進(jìn)，近兩年已出現(xiàn)和正在研發(fā)的高效破巖技術(shù)主要有：新型鉆頭（PDC與牙輪復(fù)合鉆頭、新型尖齒PDC等）、旋沖鉆井、粒子沖擊鉆井、超臨界CO2鉆井、井底降壓鉆井、仿生鉆頭設(shè)計(jì)技術(shù)（穿山甲、達(dá)烏爾鼠）等破巖技術(shù)發(fā)展歷程與趨勢(shì)2、高效破巖新技術(shù)工欲善其事，必先利其器。國(guó)外十分重視破巖技30（1）PDC與牙輪復(fù)合鉆頭國(guó)外成功研制出新型PDC+牙輪復(fù)合鉆頭，優(yōu)點(diǎn)包括：突破傳統(tǒng)牙輪鉆頭機(jī)械鉆速的限制解決了大尺寸PDC和牙輪鉆頭在扭矩和鉆壓上的限制解決夾層鉆進(jìn)中的扭矩波動(dòng)造成鉆具的過早失效和限制作業(yè)扭矩的問題提升馬達(dá)定向作業(yè)的鉆速、造斜率和工具面控制能力目前已研制出兩種設(shè)計(jì)的復(fù)合鉆頭：小尺寸兩刀翼、雙牙輪鉆頭為稍大尺寸的三刀翼、三牙輪鉆頭牙輪-PDC復(fù)合鉆頭（1）PDC與牙輪復(fù)合鉆頭國(guó)外成功研制出新型PDC+牙輪復(fù)31（1）PDC與牙輪復(fù)合鉆頭新型復(fù)合鉆頭已在加拿大、沙特阿拉伯、美國(guó)德克薩斯的試驗(yàn)井進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，均取得很好的效果：在頁巖或其他塑性地層中鉆進(jìn)，鉆速比常規(guī)牙輪鉆頭提高2～4倍，鉆頭進(jìn)攻性及破巖效率大大增強(qiáng)，在液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)下可獲得更高的鉆速。與普通PDC鉆頭相比，扭轉(zhuǎn)振蕩減少50%，減少了低轉(zhuǎn)速下粘滑現(xiàn)象的發(fā)生，和高轉(zhuǎn)速下井眼出現(xiàn)螺旋的情況。因此，復(fù)合鉆頭具有更大的適用范圍，在定向井和水平井中具有良好的工具面控制能力。試驗(yàn)用的牙輪-PDC復(fù)合鉆頭（1）PDC與牙輪復(fù)合鉆頭新型復(fù)合鉆頭已在加拿大、沙特阿拉32新型PDC鉆頭（StingerBit）創(chuàng)新點(diǎn)：超厚金剛石圓錐形齒優(yōu)點(diǎn)：對(duì)硬地層的沖擊強(qiáng)度是常規(guī)PDC鉆頭的10倍抗磨損/壽命是傳統(tǒng)PDC鉆頭的11倍，減少起下鉆切削多功能性，可適應(yīng)各種地層切削效率高，巖屑顆粒大（2）新型錐形齒PDC鉆頭（StingerBit）新型PDC鉆頭（StingerBit）創(chuàng)新點(diǎn)：（2）新型錐33優(yōu)點(diǎn)：不局限于地層，在井眼中心部位沖擊引起巖石破裂堅(jiān)硬地層機(jī)械鉆速顯著提高經(jīng)優(yōu)化的沖擊頻率和相對(duì)小的錘擊重量，對(duì)下部鉆具組合影響小研究進(jìn)展及現(xiàn)狀2009年四季度完成高壓測(cè)試，用水泥模擬巖石試驗(yàn)，提高機(jī)械鉆速30%2010年一季度完成第四代樣機(jī)（3）新型液動(dòng)旋沖鉆井（JackHammer

Drilling）中間旋沖部件中間旋沖部件中間旋沖部件優(yōu)點(diǎn)：研究進(jìn)展及現(xiàn)狀（3）新型液動(dòng)旋沖鉆井（JackHamm34粒子沖擊鉆井鉆頭粒子分離和儲(chǔ)備裝置粒子注入裝置（4）粒子沖擊鉆井（ParticleImpact

Drilling）2002年，美國(guó)的CurlettHB、SharpDP和GregoryMA等人提出了粒子沖擊鉆井(ParticleImpactDrilling，簡(jiǎn)稱PID)技術(shù)的新概念。粒子沖擊鉆井破巖是以高速球形硬質(zhì)鋼粒子沖擊破巖為主，以高速水力破巖和機(jī)械破巖為輔的一種新的鉆井破巖方法。粒子沖擊鉆井鉆頭粒子分離和儲(chǔ)備裝置粒子注入裝置（4）粒子沖擊35研究進(jìn)展：2006年完成樣機(jī)，地面試驗(yàn)2007年現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)2009年累計(jì)應(yīng)用64口井，鉆速提高5倍，但鉆頭壽命短的問題仍然沒有很好解決。前景展望：粒子沖擊鉆井技術(shù)將會(huì)成為一種經(jīng)濟(jì)、高效的深井硬地層鉆井的新方法。粒子沖擊鉆井大大提高了能量的利用率,其鉆井速度是常規(guī)鉆井的3～4倍,具有廣闊的應(yīng)用前景和開發(fā)價(jià)值。（4）粒子沖擊鉆井（ParticleImpact

Drilling）研究進(jìn)展：（4）粒子沖擊鉆井（ParticleImpact36（5）超臨界CO2鉆井CO2的溫度和壓力同時(shí)大于臨界點(diǎn)溫度和壓力時(shí)達(dá)到超臨界狀態(tài)1998年美國(guó)能源部小型商業(yè)創(chuàng)新基金資助，2000年完成了超臨界CO2破巖室內(nèi)實(shí)驗(yàn)；同年進(jìn)行了超臨界CO2噴射輔助鉆井現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，成功對(duì)4400m井深枯竭油氣藏進(jìn)行側(cè)鉆，證明了超臨界CO2作為欠平衡鉆井的可行性；2005年在密西西比的Darbun油田完成第一口超臨界CO2連續(xù)油管鉆井；目前，技術(shù)日趨成熟。超臨界CO2鉆井優(yōu)勢(shì)：易于破碎堅(jiān)硬及難鉆巖層，可較大幅度提高鉆井速度在低滲及特低滲油氣層開發(fā)中，可有效保護(hù)油氣層可有效提高油氣井單井產(chǎn)量和油田采收率

（5）超臨界CO2鉆井CO2的溫度和壓力同時(shí)大于臨界點(diǎn)溫度和374、導(dǎo)向鉆井技術(shù)旋轉(zhuǎn)閉環(huán)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)，準(zhǔn)確高效地控制井眼軌跡井眼軌跡控制技術(shù)發(fā)展歷程4、導(dǎo)向鉆井技術(shù)旋轉(zhuǎn)閉環(huán)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)，準(zhǔn)確高效地控制井眼軌跡38地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)的發(fā)展包括鉆井技術(shù)、隨鉆測(cè)井技術(shù)、軟件計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展近年來，旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)的發(fā)展，近鉆頭距離傳感器的更新、隨鉆測(cè)井技術(shù)在各種儲(chǔ)層和水平井中的應(yīng)用，三維地質(zhì)建模技術(shù)、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)和作業(yè)技術(shù)中心的發(fā)展。總的看來，隨著油、氣藏儲(chǔ)層的愈加復(fù)雜，挑戰(zhàn)也越來越大，而地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)也相應(yīng)的向綜合性、多參數(shù)、三維可視化、決策迅速的方向發(fā)展。4、導(dǎo)向鉆井技術(shù)地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)的發(fā)展包括鉆井技術(shù)、隨鉆測(cè)井技術(shù)、軟件計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)39新發(fā)展：低成本隨鉆測(cè)量技術(shù)，隨鉆前探，隨鉆地震，智能鉆桿，聲波信息傳輸，隨鉆天然裂縫識(shí)別技術(shù)（致密氣、頁巖氣）等5、井下信息測(cè)量與控制技術(shù)不斷提高井下數(shù)據(jù)測(cè)量容量和傳輸速率，實(shí)現(xiàn)雙向高速通訊，圖形化鉆井井下信號(hào)實(shí)時(shí)測(cè)量與傳輸技術(shù)發(fā)展歷程

新發(fā)展：低成本隨鉆測(cè)量技術(shù)，隨鉆前探，隨鉆地震，智能鉆桿，聲405、井下信息測(cè)量與控制技術(shù)隨鉆技術(shù)快速發(fā)展，成為高科技的代表和衡量一個(gè)國(guó)家或公司鉆井水平的象征之一井下隨鉆儀器種類近10年急劇增加井下數(shù)據(jù)量越來越大，需要高速率、大容量上傳井下信息實(shí)時(shí)傳輸成為隨鉆技術(shù)發(fā)展的瓶頸無線傳輸方式的傳輸速率均在100bits/s以下泥漿壓力脈沖：

12bits/s無線電磁波：

通常10bits/s，有100bits/s報(bào)道聲波傳輸：不成熟，最高50100bits/s從技術(shù)現(xiàn)狀看，高速信息鉆桿、智能鉆桿等“有線”方式是實(shí)現(xiàn)高速大容量傳輸?shù)闹匾緩?、井下信息測(cè)量與控制技術(shù)隨鉆技術(shù)快速發(fā)展，成為高科技的代表41（1）隨鉆地震技術(shù)AGIP公司的SEISBIT系統(tǒng)、斯倫貝謝的SeismicMWD和法國(guó)IFP石油公司TRAFOR系統(tǒng)等都取得了很好的應(yīng)用效果，隨鉆地震系統(tǒng)通過構(gòu)建井眼附近地層地震剖面，預(yù)測(cè)鉆頭前方地層壓力等參數(shù)，有效降低鉆井風(fēng)險(xiǎn)，被稱為安裝在鉆頭上的“探照燈”。斯倫貝謝公司語言，未來20年的鉆井將是隨鉆地震的時(shí)代。（1）隨鉆地震技術(shù)AGIP公司的SEISBIT系統(tǒng)、斯倫貝謝42采用隨鉆地震技術(shù)解決復(fù)雜鹽巖層鉆井難題鉆井過程中采用VSP前探技術(shù)（Look-AheadVSP）及時(shí)搞清鹽巖層厚度、鹽底界，預(yù)測(cè)壓力異常，保障安全。VSP前探技術(shù)：AVA（BP和斯倫貝謝開發(fā)）和Vp/Vs登記法（BP專有）用于推導(dǎo)鹽下彈性參數(shù)；應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)方法把其轉(zhuǎn)化成壓力數(shù)據(jù)；利用模擬井?dāng)?shù)據(jù)標(biāo)定孔隙壓力和破裂壓力轉(zhuǎn)化的合理參數(shù)。采用隨鉆地震技術(shù)解決復(fù)雜鹽巖層鉆井難題鉆井過程中采用VSP前43（2）隨鉆前探技術(shù)斯倫貝謝公司2005年推出的深探測(cè)定向隨鉆電磁波電阻率測(cè)井儀器PeriScope15，可使井眼在儲(chǔ)層中精準(zhǔn)定位，從而提高鉆遇率和油氣產(chǎn)量。該儀器能探測(cè)未鉆地層距工具15英尺處流體界面和地層的變化，從而使軌跡處在最佳油層部分，并具有360度測(cè)量和成像能力，可開發(fā)以前被認(rèn)為不經(jīng)濟(jì)的邊際油氣層。未來發(fā)展：深前探，前探地層裂縫識(shí)別技術(shù)等（2）隨鉆前探技術(shù)斯倫貝謝公司2005年推出的深探測(cè)定向隨鉆44（3）斯倫貝謝井下隨鉆信息數(shù)據(jù)壓縮傳輸技術(shù)35.3GAPI（3）斯倫貝謝井下隨鉆信息數(shù)據(jù)壓縮傳輸技術(shù)35.3GAPI45IntelliServ公司已生產(chǎn)出能夠以2Mbit/s速度進(jìn)行隨鉆信息傳輸?shù)闹悄茔@柱網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，數(shù)據(jù)傳輸速率是泥漿脈沖的近20萬倍。該技術(shù)在2006年初實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化應(yīng)用，被譽(yù)為近25年來鉆井技術(shù)最重大的進(jìn)步之一。（4）智能鉆桿IntelliServ公司已生產(chǎn)出能夠以2Mbit/s速度進(jìn)466、智能新材料隨著井下作業(yè)環(huán)境的日趨惡劣，智能材料在油田應(yīng)用，或許能夠取得意想不到的好處，促成新技術(shù)的實(shí)施、井的壽命延長(zhǎng)、產(chǎn)量提高、復(fù)雜儀器零部件的小型化并提升作業(yè)的可靠性等。位于美國(guó)馬薩諸塞州Cambridge的斯倫貝謝道爾研究中心的最新研究方向之一就是油田智能材料的研究，這項(xiàng)工作包括為在各類油田應(yīng)用中推廣執(zhí)行技術(shù)制定和實(shí)施路線圖。目前研究鉆井方面的智能新材料，包括：自愈合水泥，隨鉆固壁劑、自降解鉆井液、智能堵漏、堵水劑。6、智能新材料隨著井下作業(yè)環(huán)境的日趨惡劣，智能材料在油田應(yīng)用476、智能新材料智能自愈合材料已開始在油田中得到應(yīng)用。例如，斯倫貝謝公司最近推出了一項(xiàng)名為FUTUR的自愈合水泥技術(shù)，該水泥能夠自動(dòng)愈合水泥環(huán)中微小裂縫。FUTUR水泥體系的泵入和充填方式與普通水泥一樣。該體系中的一些成分在接觸到油氣（如那些從水泥環(huán)微裂縫中滲入的油氣）之前一直處于休眠狀態(tài)。與油氣接觸會(huì)激活FUTUR的水泥環(huán)。該水泥環(huán)在數(shù)小時(shí)內(nèi)不經(jīng)人工干預(yù)便會(huì)自動(dòng)愈合，保證了套管和地層井筒之間整體密封。裂縫自愈合6、智能新材料智能自愈合材料已開始在油田中得到應(yīng)用。裂縫自愈487、新型鉆桿：超強(qiáng)碳纖維鉆桿隨著深井、水平井、大位移井、短曲率半徑井和深水井等高難度井在鉆井中所占的比重越來越大，鋼鉆桿固有的不足就更加凸顯出來，比如：鋼鉆桿重量大，限制了鉆機(jī)的鉆深能力；在定向井和水平井中，鋼鉆桿的扭矩和摩阻大，限制了井的水平位移；鋼鉆桿的韌性差，在短曲率半徑和超短曲率半徑水平井中應(yīng)用有一定難度。鉆桿發(fā)展呈現(xiàn)輕型化的趨勢(shì)。目前已投入商業(yè)化應(yīng)用的輕型鉆桿有鋁合金鉆桿和鈦合金鉆桿，但它們的成本太高（鋁合金鉆桿的成本是鋼鉆桿的2倍，鈦合金鉆桿的成本是鋼鉆桿的7～10倍）近幾年，美國(guó)能源部在資助非金屬類輕型鉆桿——碳纖維鉆桿的研制，Noble鉆井公司已應(yīng)用。重量很輕的碳纖維鉆桿6英寸碳纖維鉆桿7、新型鉆桿：超強(qiáng)碳纖維鉆桿隨著深井、水平井、大位移井、短曲498、非常規(guī)油氣鉆完井技術(shù)（1）頁巖氣鉆完井技術(shù)頁巖氣規(guī)模開發(fā)依靠水平井鉆井