1、國內外鉆井新技術 一、國內外鉆井新技術概況 二、國外創新鉆井技術三、前沿鉆井技術開發與實驗五、鉆井成本分析及發展趨勢四、成熟鉆井技術新進展 近年來，在技術創新的有力推動下，自動化（閉環）鉆井、套管鉆井、連續管鉆井、三維可視化鉆井、地質導向鉆井、可膨脹管等創新技術的研究都取得突破性進展，具有廣闊的推廣應用前景。 水平井技術、大位移鉆井技術、欠平衡壓力鉆井技術、多分支井鉆井技術等也發展得越來越成熟，滿足了提高勘探開發效益的需求。 另外，國外超前鉆井技術，如激光鉆井、微鉆井、負壓脈沖鉆井、“智能鉆桿”、連續管超高壓射流鉆井、等離子孔道鉆井等技術的開發與試驗也取得了階段性成果，展示了良好的應用前景。一

2、、國內外鉆井新技術概況一、國內外鉆井新技術概況 三、前沿鉆井技術開發與實驗五、鉆井成本分析及發展趨勢四、成熟鉆井技術新進展二、國外創新鉆井技術 二、國外創新鉆井技術（四）實體膨脹管技術（二）套管鉆井技術（一）自動化（閉環）鉆井技術（三）連續管鉆井技術（六）反循環鉆井技術（五）三維可視化鉆井技術 自動化（閉環）鉆井，即全部鉆井過程依靠傳感器測量多種參數，依靠計算機獲取數據，并進行解釋和發出指令，最后由自動設備來執行，使鉆井過程變成一種無人操作的自動控制過程。自動化(閉環)鉆井技術開環鉆井井下半閉環鉆井井下閉環鉆井全閉環鉆井閉環鉆井的發展階段閉環鉆井系統的組成閉環鉆井系統 井下系統 地面監控系統

3、地面分析模擬系統 信號接收/傳輸系統 高性能井下可控工具 先進的井下測量工具304050706090802000年代斜向器井下馬達彎外殼馬達旋轉導向WLMWDMWDLWD滑動導向革命性進步 旋轉導向就是在旋轉鉆井方式下實現井斜和方位的調整。這是20世紀90年代初期發展起來的一項鉆井新技術，代表了當代鉆井技術發展的最高水平。提高機械鉆速增強井眼凈化效果克服極限位移限制井下閉環自動導向， 與地質導向結合，可大大提高軌跡控制精度旋轉導向代替了傳統的滑動導向旋導閉環系統可不起下鉆自動調整鉆具導向性能 提高鉆井效率和軌跡控制的靈活性三、國外創新鉆井技術（四）實體膨脹管技術（二）套管鉆井技術（一）自動化（

4、閉環）鉆井技術（三）連續管鉆井技術（六）反循環鉆井技術（五）三維可視化鉆井技術 套管鉆井是指在鉆進過程中直接采用套管取代鉆桿向井下傳遞機械能量和水力能量，邊鉆進邊下套管，完鉆后作鉆柱用的套管留在井內作完井用。 套管鉆井技術把鉆井和下套管合并成一個作業過程，鉆頭和底部鉆具組合的起下用鋼絲繩在套管內進行，不再需要常規的起下鉆作業。 套管鉆井的概念套管鉆井為在一些復雜和特定條件下鉆井提供了一種可選擇的方案，但并不能完全取代常規鉆井，套管鉆井特別適用于下列情況：）易坍塌、不穩定及不確定地層；）低壓易漏失地層；）高壓地層；）邊遠、海上及交通不便地區鉆井；）在陸地鉆井時，適合3000米以內的軟到中軟地層；

5、）利用套管鉆井技術可實現“無隔水管法”下表層套管。 套管鉆井技術的適用情況省去了鉆桿、鉆鋌有關的費用；減少了起下鉆時間；減少了鉆井事故和復雜情況的發生；井眼內始終有套管，起下鉆時不會造成抽汲作用，井控狀況得到改善；起下鉆時能保持鉆井液連續循環，防止鉆屑聚集，減少卡鉆等井下事故；改善了水力參數、環空上返速度和井筒清洗狀況；可以減小鉆機尺寸、簡化鉆機結構、降低鉆機費用；據Tesco公司估算，套管鉆井可節約鉆井成本10%-30%。 套管鉆井技術的優勢套管鉆井的裝備包括地面裝備和井下裝備 套管鉆井的裝備 Tesco公司套管鉆井地面裝備鋼絲繩防噴器分體式天車和分體式游車 Tesco公司套管鉆井地面裝備鋼

6、絲繩絞車套管驅動頭接套管為套管操作設備可從管架自動取管、自動對扣和自動上、卸扣，整個操作過程全自動完成，最大載荷100噸。1）下井/回收工具：包括鎖定撈矛、振擊器、測量桶、加重桿、對中扶正器、上張力緩沖器、旋轉短節、緊急釋放短節和電纜插頭等。2）底部鉆具組合：由鎖定和密封總成、分隔箍、鉆井浮箍、管下擴眼器和領眼鉆頭組成，根據需要還可以加裝井下泥漿馬達、隨鉆測量/測井工具（MWD/LWD）、1-2根鉆鋌，也可以接取心工具和取心鉆頭進行取心作業。3）坐底套管：位于套管柱末端，由扶正器、定位臺肩、定位止動器定位槽、軸向鎖定短節、扭矩鎖定短節和套管鞋組成。 Tesco公司套管鉆井井下鉆具正常的套管鉆進

7、更換新套管繼續鉆進威德福公司的套管鉆井鉆頭特制的可鉆掉鉆頭新型張開式鉆頭三、國外創新鉆井技術（四）實體膨脹管技術（二）套管鉆井技術（一）自動化（閉環）鉆井技術（三）連續管鉆井技術（六）反循環鉆井技術（五）三維可視化鉆井技術連續管鉆井技術1、概況連續管鉆井技術的發展與應用保持著強勁的增長勢頭，連續管鉆井的應用領域和技術優勢不斷增加；美國目前是應用連續管鉆井最多且技術領先的國家，世界 上主要連續管及連續管作業機制造公司均集中在美國；斯倫貝謝、哈里伯頓、貝克休斯、BJ等油田服務公司在連續管鉆井技術的應用領域占據優勢；我國迄今還未在鉆井作業中使用連續管技術。1）2）3）4）連續管鉆井技術改進型連續管注

8、入頭數據采集系統工藝控制系統電纜安裝系統特制設備2、連續管鉆井地面配套設備的重大改進3、連續管鉆機的設計創新1）Galileo連續管鉆機 貝克休斯公司的Galileo連續管鉆機采用模塊化設計，鉆機作業可由計算機控制。該混合鉆機可用連續管或鉆桿進行常規側鉆、過油管側鉆、欠平衡鉆井、小井眼勘探鉆井等多種作業Galileo連續管鉆機3、連續管鉆機的設計創新2）帶井架的車裝連續管鉆機 該鉆機由加拿大公司研制，適合在地形特殊地區鉆井。鉆機所有部件裝在一量重型卡車上，放倒井架后可在路上行駛。帶井架的車裝連續管鉆機技術參數：注入頭拉力載荷907kN, 滾筒外徑5.84m；連續管容量：9114m（60.3mm

9、連續管 ）4、連續管鉆井底部鉆具組合的重大突破2）電動底部鉆具組合 由為了最終實現連續管的智能閉環鉆井，美國XL技術公司、TSL技術公司等近年來開發出一種電動連續管鉆井系統，該系統的底部鉆具組合用電潛泵馬達取代了原來的容積式馬達。 由于電動馬達可實現完全直接控制，速度的變化可由操縱桿控制或由鍵盤指令設定。通過設定與極限鉆壓相關的極限電流，馬達的失速問題幾乎可以完全避免。 4、連續管鉆井底部鉆具組合的重大突破3）復合材料連續管及配套底部鉆具組合 哈里伯頓公司把具有數據傳輸功能的復合材料連續管技術與液壓修井技術相結合，開發出一種“先進建井系統”新型連續管鉆井裝置，被譽為是鉆井、建井技術方面的一次飛

10、躍。 復合材料連續管由韌性好的碳纖維和其他高級材料加工而成，管內嵌有銅導線，可實現高速數據傳輸。復合材料連續管剖面5、連續管鉆井技術應用1）連續管過油管側鉆超小井眼水平井技術2）連續管欠平衡鉆井技術3）連續管超高壓射流鉆井技術連續管超高壓鉆井系統高壓射流切割出的溝槽3）連續管超高壓射流鉆井技術 連續管超高壓射流鉆井技術由美國能源部資助，由Maurer工程公司和BJ服務公司聯手承擔，目的是開發出一種能夠提高機械鉆速，射流輔助的高壓（68.95MPa）連續管鉆井系統并投入商業應用。高壓裝備 高壓馬達（68.95MPa）高強度連續管 壁厚:5.16mm 外徑:50.8mm 破裂強度:136.52MP

11、a高壓鉆頭高壓水龍頭（103.43MPa)三、國外創新鉆井技術（四）實體膨脹管技術（二）套管鉆井技術（一）自動化（閉環）鉆井技術（三）連續管鉆井技術（六）反循環鉆井技術（五）三維可視化鉆井技術實體膨脹管技術就是在井下對管材進行冷加工。連接在心軸上的膨脹錐在壓力或拉力的驅動下使管材發生塑性變形，進而發生永久性的機械變形，從而達到擴大套管內徑，保持井徑的作用。 （一）實體膨脹管技術特點與優點解決漏失和復雜地層的封隔問題；延長常規套管長度，減少井眼錐度；提高油井產能，將探井升級為生產井；可為不同鉆井環境提供成本低廉的應急方案。1.可膨脹裸眼尾管系統(OHL)2.套管井可膨脹襯管系統（CHL) 該技術

12、主要用于修補損壞的套管段或密封射孔段，尤其適合修補大段損壞的套管，并使套管內徑的減小達到最小程度。 3.可膨脹尾管懸掛器系統（ELH) 該系統集傳統的尾管懸掛器和尾管上封隔器功能于一體。 45%至60%傳統的尾管懸掛系統的會產生漏失，而可膨脹懸掛器緊貼在上層套管內壁上，有效防止了漏失，節省了成本。傳統尾管懸掛器可膨脹尾管懸掛器實體膨脹管在我國的首次應用 勝利油田黃河鉆井公司井位：現河采油廠通61-側162井段銑井段：1870-1895米 窗口：1880米最大井斜：47. 96o膨脹前外徑：107. 995mm膨脹后外徑：120.83mm膨脹前內徑： 95.25mm 膨脹后內徑： 108.97m

13、m 內徑膨脹率： 14.4%膨脹前長度： 389.37m膨脹后長度： 383.25m裸眼井徑：140mm三、國外創新鉆井技術（四）實體膨脹管技術（二）套管鉆井技術（一）自動化（閉環）鉆井技術（三）連續管鉆井技術（六）反循環鉆井技術（五）三維可視化鉆井技術什么是三維可視化技術？概念：在石油行業中，三維可視化技術是利用計算機以三維圖像的方式顯示數據，幫助人們了解地面與地下現象、描述其特征。 優點：使人們可以觀察和更容易理解大量的信息資料；極大地增強多學科工作組中不同專業人員之間以及現場人員與指揮中心人員之間的聯系與交流。利用計算機可視化技術，將鉆井設計數據和測量數據(包括井眼軌跡參數、地層特性參數

14、、近鉆頭力學參數)實時顯示在三維可視化環境中，實現正鉆井眼的幾何形狀、地質狀況及力學行為的可視化和對鉆井作業的準確判斷與優化控制。三維可視化技術在鉆井中的應用蘭德馬克公司三維實時可視化鉆井軟件BP可視化中心的三維可視化鉆井設計軟件BP可視化中心的三維可視化“側鉆優化工具”三維可視化鉆井軟件三、國外創新鉆井技術（四）實體膨脹管技術（二）套管鉆井技術（一）自動化（閉環）鉆井技術（三）連續管鉆井技術（六）反循環鉆井技術（五）三維可視化鉆井技術 采用常規鉆井技術開發低壓或欠壓油氣藏產量極低為了最大程度地減少對這類儲層的傷害，加拿大卡爾加里的K2能源公司最近開發出一種稱為反循環鉆井的新技術，并在現場進行

15、了試驗，取得良好的保護油氣層效果。K2能源公司開發的反循環鉆井系統全稱“中心返流反循環鉆井系統”（RCCD），已申請了美國專利。 反循環鉆井的獨到之處在于采用了雙壁鉆桿（或雙壁連續管），當鉆頭進入儲層時，地層不會承受由鉆井作業產生的壓力，所有鉆屑都隨鉆井液從雙壁鉆桿的內層管柱的中心上返到地面，從而把鉆井作業和鉆井液對已裸露儲層的傷害降至最小。 反循環鉆井技術 反循環鉆井系統 雙壁鉆桿/雙壁連續管空氣振擊鉆頭地面防噴器、壓井-分流總成井下防噴器/關井閥系統組成一、課題情況簡介 四、超前鉆井技術開發與實驗 二、國內外鉆井新技術概況五、鉆井成本分析及發展趨勢三、國外創新鉆井技術四、超前鉆井技術開發與

16、實驗（一）激光鉆井技術（二）微鉆井技術（三）負壓脈沖鉆井技術（四）等離子孔道鉆井技術（五）“智能”鉆桿(一）激光鉆井技術 激光鉆井就將高能激光束聚焦在一個要鉆入地層的環形區域內，使要鉆入的地層巖石熔化、粉碎、蒸發。 美國天然氣研究院于1997年提出激光鉆井項目，美國空軍和陸軍也積極參與了項目的研究。 激光技術具有使21世紀的天然氣鉆井發生徹底變革的潛在可能性。1、概念(一）激光鉆井技術 確定激光技術中可獲得的數據量評估激光鉆井和完井的潛力與局限性弄清激光、巖石、鉆井液之間的相互作用對激光鉆井所能獲得的益處進行量化評估確定需要解決的激光鉆井研究領域2、美國激光鉆井項目研究目標激光鉆孔室內實驗 1

17、998年，Phillips石油公司用美國陸軍MIRACL激光進行了鉆孔實驗。第一次實驗使用的是Berea砂巖。激光束直徑152mm，平均輸出功率900kW。激光照射4.5秒后在巖石上鉆了64mm深的鉆孔，相當于鉆速52m/h。4、Miracle激光實驗激光鉆孔室內實驗 第二次實驗使用激光進行水平鉆井或射孔作業。使用凹面鏡反射并使激光聚焦為功率550kW，直徑51mm的光束。激光照射兩秒后產生了152mm鉆孔，相當于鉆速137m/h。激光處理過的表面光滑，形成一個陶瓷化外殼。4、Miracle激光實驗四、超前鉆井技術開發與實驗（一）激光鉆井技術（二）微鉆井技術（三）負壓脈沖鉆井技術（四）等離子孔

18、道鉆井技術（五）“智能”鉆桿1、概念 微鉆井技術就是利用微型連續管、微型井下馬達和微型鉆頭進行鉆井作業，并采用微型井下測量和測井儀器進行測量。該技術由美國拉斯阿拉莫斯國家實驗室研究開發。(二）微鉆井技術 (二）微鉆井技術 2、微鉆井裝備 微鉆井技術設備全部安裝在一臺拖車上。其主要設備包括動力裝置、連續管、遙測裝置、馬達、鉆頭等。微鉆井裝備微井眼地震儀器12.7mm22.2mm微井眼測井儀器(二）微鉆井技術 3、微鉆井技術現場實驗 拉斯阿拉莫斯國家實驗室于1998年9月鉆60.3mm微井眼井下套管至259m。 1999年9月，北美的盆嶺峽谷沉積區和凝灰巖地帶用微鉆井工藝鉆了4口井，其井眼直徑是常

19、規井眼的1/2到1/4。 實驗室正在研制一種更小的馬達和鉆頭系統，該系統的鉆深能力為10000英尺，足以勘探世界大多數潛在的油氣儲層。 微井眼與普通井套管程序對比微井眼套管成本是傳統井的14%，套管重量減少了88%。微井眼洗井成本低，每鉆1000英尺僅需1桶鉆井液，傳統鉆井每1000英尺約需40桶4、微鉆井技術經濟效益四、超前鉆井技術開發與實驗（一）激光鉆井技術（二）微鉆井技術（三）負壓脈沖鉆井技術（四）等離子孔道鉆井技術（五）“智能”鉆桿(三）負壓脈沖鉆井技術 鉆桿部分高速流道導流器轉換接頭瞬時止流閥常規鉆頭HydroPulse負壓脈沖鉆井系統 井筒內鉆井液柱施加的圍壓能降低常規旋轉鉆井的速

20、度。負壓脈沖鉆井技術可以產生強烈的周期性負壓脈沖，克服井眼壓力的作用，在井底小范圍內產生一個低壓區，而鉆頭以上則保持正常的或過平衡狀態。該技術可顯著提高深井鉆井速度。 該技術由美國能源部立項和資助，由美國坦普萊斯（Tempress）技術公司負責研制開發。瞬間止流閥提動閥高速液流PDC或三牙輪鉆頭排出口負壓脈沖液推力提高巖石破碎能力地震脈沖瞬時止流閥示意圖(三）負壓脈沖鉆井技術 鉆井液從高速流道射出時具有很大的動能，瞬時止流閥可以將射流瞬時中斷，可將這種動能轉換成負壓脈沖。由于水基鉆井液的可壓縮性很小，負壓脈沖的量可以很大。2002年2月在貝克休斯公司的試驗區對負壓脈沖鉆井系統的樣機進行了現場試

21、驗。試驗表明在硬巖石鉆進可提高鉆速50%。脈沖還可以作為強震源，提供精度為15米的垂直地震剖面。(三）負壓脈沖鉆井技術 HydroPulse 負壓脈沖工具 開環試驗四、超前鉆井技術開發與實驗（一）激光鉆井技術（二）微鉆井技術（三）負壓脈沖鉆井技術（四）等離子孔道鉆井技術（五）“智能”鉆桿 等離子孔道鉆井技術就是利用高電壓脈沖微放電作用，在鉆頭前的待鉆巖石內形成等離子孔道。這種等離子孔道在不到一微秒的時間內以極快的速度擴張，使周圍的巖石碎裂，產生直徑2.5到5厘米的孔眼。 英國的斯特拉斯克萊德（Strathclyde）大學電子電氣工程系負責研究該技術。井眼直徑50mm，因巖樣尺寸所限，最大深度5

22、00-600mm左右(四）等離子孔道鉆井技術 等離子孔道鉆井技術的研究工作已經達到現場試驗階段，英國石油工業特別工作組預測，等離子孔道鉆井技術的成功開發對英國油氣工業將產生重要影響。如果該技術能夠應用到新油田的勘探和提高老油田的采收率，在今后幾年內，有可能從北海開發出近6.84億m3的原油。(四）等離子孔道鉆井技術 四、超前鉆井技術開發與實驗（一）激光鉆井技術（二）微鉆井技術（三）負壓脈沖鉆井技術（四）等離子孔道鉆井技術（五）“智能”鉆桿(五）“智能鉆桿” IntelliPipe (智能鉆桿)具有雙向通訊功能，數據傳輸速度高達1百萬比特/秒，比目前使用的技術快10萬倍。 該項目由美國能源部立項

23、和資助，由Grant Prideco公司和Novatek工程公司組共同承擔。Intellipe(智能鉆桿）實物圖1、概況 “智能鉆桿”的核心是隱置在eXtreme Reach(XR)鉆桿接頭內的、獨特的環形非接觸式耦合器。 “智能鉆桿”與高速數據電纜和專有的耦合器連接起來。高速數據電纜裝在鉆桿和工具接頭內，公接頭與母接頭通過螺紋連接后，兩個耦合器就會接合到一起，使傳輸線路得以暢通，另外每305米放置一個專利放大接頭。(五）“智能鉆桿” Intellipe(智能鉆桿）剖面圖2、原理(五）“智能鉆桿”“智能鉆桿”能把采集到的高分辨率數據傳到地面，使作業人員迅速作出正確的決策，從而提高鉆井速度，降低

24、鉆井成本。“智能鉆桿”為地質導向鉆井提供了強有力的技術支持，能夠幫助司鉆把井眼鉆到油藏的最佳位置，有助于提高采收率。“智能鉆桿”可提供地面與井下的高速雙向通訊線路，從而為其他新技術的開發鋪平了道路。3、優點匯 報 內 容 五、成熟鉆井技術新進展 二、國內外鉆井新技術概況 三、國外創新鉆井技術四、前沿鉆井技術開發與實驗六、鉆井成本分析及發展趨勢一、課題情況簡介 五、成熟鉆井技術新進展（四）直井防斜打直新技術（二）多分支井鉆井技術（一）水平井鉆井技術（三）欠平衡鉆井技術1、水平井鉆頭(一）水平井鉆井技術抗沖擊載荷PDC鉆頭休斯公司增加保徑的牙輪鉆頭Slimdrill公司的水平井鉆頭休斯公司水平井鉆

25、頭(一）水平井鉆井技術2、井下動力鉆具打功率串聯鉆井馬達和加長馬達Anadrill公司的鉸接式鉆井馬達Slimdrill公司的超短型非鉸接式馬達(一）水平井鉆井技術3、導向鉆井技術4、高壓水射流徑向水平鉆井技術最新進展五、成熟鉆井技術新進展（四）直井防斜打直新技術（二）多分支井鉆井技術（一）水平井鉆井技術（三）欠平衡鉆井技術(二）多分支井鉆井技術1、分支井技術的應用增多 6級多分支井完井系統和主井筒套管的連接處具有一個整體式壓力密封。連接處是一個專門的套管短節，包括兩個向下延伸的套管分支。 (二）多分支井鉆井技術膨脹管用于6級分支井6級雙管柱完井分支井6級三翼分支井Marathon石油公司在美

26、國俄克拉荷馬州的Carter-Knox油田完成了一口6級三翼分支井，作業使用的是貝克石油工具公司的疊加分支系統（Stackable Splitter) 。殼牌公司在尼日利亞完成了兩口6級多分支井。使用的是貝克石油工具公司Deepset分支系統。BP公司在北海首次將可膨脹管技術用于6級多分支井，作業采用的是貝克石油工具公司的Formation Junction分支系統。五、成熟鉆井技術新進展（四）直井防斜打直新技術（二）多分支井鉆井技術（一）水平井鉆井技術（三）欠平衡鉆井技術(二）欠平衡鉆井技術新進展1、鉆進高壓油藏的動態壓力控制技術 英國Duetag欠平衡鉆井服務公司開發出一向新的井控技術：動態壓力控制技術，在實施高壓欠平衡鉆井時可快速、準確地控制井底壓力，不需要地面高壓或改變鉆井液密度。 (二）欠平衡鉆井技術新進展2、高壓可控欠平衡鉆井系統 （1）35MPa旋轉防噴器 （2）先進的四相分離技術(二）欠平衡鉆井技術新進展3、促進欠平衡鉆井的井下調控閥 為了提高欠平衡鉆井的安全性，美國威德