石油钻井工程技术发展与装备需求课件

06 八月 20241石油钻井工程技术发展石油钻井工程技术发展与装备需求与装备需求31 七月 20231石油钻井工程技术发展与装备需求汇汇报报内内容容1 前前 言言2 气体钻井与装备需求分析气体钻井与装备需求分析4 超深钻井与装备需求分析超深钻井与装备需求分析5 认识与建议认识与建议3 垂直钻井与装备需求分析垂直钻井与装备需求分析汇报内容1 前 言2 气体钻井与装备需求分析4 超深前前 言言 前 言 石油工程是石油工程是石油工程是石油工程是实现实现油气勘探开油气勘探开油气勘探开油气勘探开发发目目目目标标的重要手段，是的重要手段，是的重要手段，是的重要手段，是储储量量量量发现发现、油气上、油气上、油气上、油气上产产、稳产稳产的关的关的关的关键键，石油工程技，石油工程技，石油工程技，石油工程技术术的每的每的每的每一次一次一次一次进进步，都极大地推步，都极大地推步，都极大地推步，都极大地推动动了勘探开了勘探开了勘探开了勘探开发发的的的的发发展，有效保障展，有效保障展，有效保障展，有效保障了了了了勘探增勘探增勘探增勘探增储储、开、开、开、开发发增增增增产产、降本增效、降本增效、降本增效、降本增效。石油工程是实现油气勘探开发目标的重要手段，是储量发现、油气 随着油气勘探开发不断向随着油气勘探开发不断向深海、沙漠、极地、高山深海、沙漠、极地、高山等自然地理环等自然地理环境恶劣的边远地区延伸，向境恶劣的边远地区延伸，向深层深层、“三高三高”气藏气藏、低压低渗透、稠油、低压低渗透、稠油、非常规资源非常规资源等难动用储量延伸，等难动用储量延伸，特殊工艺井特殊工艺井数量不断增长，促使国内数量不断增长，促使国内外钻井工程技术得到快速发展外钻井工程技术得到快速发展 钻采工程技术装备是实现油气勘探开发的重要保障。钻采工程技钻采工程技术装备是实现油气勘探开发的重要保障。钻采工程技术的不断创新和提高是有效降低勘探开发成本，增加油气产量的重要术的不断创新和提高是有效降低勘探开发成本，增加油气产量的重要手段，也为手段，也为石油装备石油装备制造业发展提出了更高的要求。制造业发展提出了更高的要求。随着油气勘探开发不断向深海、沙漠、极地、高山等自然地理环集团公司发展战略对未来装备的发展提出了更高要求集团公司发展战略对未来装备的发展提出了更高要求 根据集团公司勘探开发和形势发展的需要，结合国际石油根据集团公司勘探开发和形势发展的需要，结合国际石油行业发展的趋势，量身打造石油工程技术和配套装备。行业发展的趋势，量身打造石油工程技术和配套装备。分析与国内外先进石油工程装备存在的差距，为集团公司分析与国内外先进石油工程装备存在的差距，为集团公司装备的发展提供依据。装备的发展提供依据。稳定东部，加快西部，发展南方，开拓海外稳定东部，加快西部，发展南方，开拓海外东部硬稳定、西部快上产、天然气大发展东部硬稳定、西部快上产、天然气大发展上山下海进深层，低渗稠油进海相上山下海进深层，低渗稠油进海相 资源战略资源战略态态 势势挑挑 战战 下面重点就气体钻井、垂直钻井和超深钻井技术发展与下面重点就气体钻井、垂直钻井和超深钻井技术发展与装备需求进行介绍。装备需求进行介绍。集团公司发展战略对未来装备的发展提出了更高要求 根据集团公司气体钻井与装备需求分析气体钻井与装备需求分析 气体钻井与装备需求分析 气体钻井气体钻井 是指以气体为工作循环介质，把钻屑从井底是指以气体为工作循环介质，把钻屑从井底带到地面的一种钻井方式，已被国内外钻井界公认为是提带到地面的一种钻井方式，已被国内外钻井界公认为是提高钻井速度、缩短钻井周期的一项革命性技术。高钻井速度、缩短钻井周期的一项革命性技术。空气钻井空气钻井 氮气钻井氮气钻井 天然气钻井天然气钻井 尾气钻井尾气钻井 雾化钻井雾化钻井 泡沫钻井（气相可以是空气、氮气、天然气）泡沫钻井（气相可以是空气、氮气、天然气）分类：分类：纯纯气体气体气体气体钻钻井井井井1、气体钻井特点及现状、气体钻井特点及现状气体钻井 是指以气体为工作循环介质，把钻屑从井底带到地面的一优势：优势：优势：优势：机械钻速高机械钻速高钻头寿命长钻头寿命长利于控制井斜利于控制井斜缩短钻井周期缩短钻井周期消除井漏消除井漏无需泥浆，利于环保无需泥浆，利于环保问题：问题：问题：问题：l不适用于含大量地层水的井段不适用于含大量地层水的井段l不适用于用于高含不适用于用于高含H2S的地层的地层l不适用于易坍塌井段不适用于易坍塌井段l钻具失效频率高钻具失效频率高l不利于岩屑录井不利于岩屑录井优势：问题：p在美国和加拿大，气体钻井技术的应用比较成功，用空在美国和加拿大，气体钻井技术的应用比较成功，用空气、氮气、天然气等气基流体为循环介质，开发气、氮气、天然气等气基流体为循环介质，开发低渗、低渗、衰竭、易漏衰竭、易漏储层，储层，提高钻速提高钻速，其设备已趋于完善，技术，其设备已趋于完善，技术趋于成熟趋于成熟。p气体钻井技术在国内正处于快速发展时期。气体钻井技术在国内正处于快速发展时期。p自川东北自川东北老君老君1 1井井和普光气田和普光气田P302-1P302-1（D-1D-1）井首次应用井首次应用空气钻井技术成功以来，集团公司在川东北地区集成引空气钻井技术成功以来，集团公司在川东北地区集成引进、研究应用了气体钻井技术，大幅度提高了上部陆相进、研究应用了气体钻井技术，大幅度提高了上部陆相地层钻井速度，缩短了钻井周期。地层钻井速度，缩短了钻井周期。国内外应用现状国内外应用现状在美国和加拿大，气体钻井技术的应用比较成功，用空气、氮气、天 气体钻井的主要设备有空气压缩机、增压机、管汇系统、旋转防喷器、排屑管线以及与管汇系统和工艺相适应的阀门、仪表等，氮气钻井还有膜制氮机等。2 2 2 2、气体钻井装备现状、气体钻井装备现状、气体钻井装备现状、气体钻井装备现状（1）气体）气体钻井的主要井的主要设备 气体钻井的主要设备有空气压缩机、增压机、管汇系统、旋转集集团公司气体公司气体钻井井设备配套情况配套情况胜利胜利中原中原西南西南集团公司集团公司空压机空压机24343088增压机增压机116926膜制氮机膜制氮机56920雾化钻井泵雾化钻井泵2349 集团公司气体钻井设备配套能满足一般气体钻井工艺的需要，符合国际油气井最新通用安全标准的要求。集团公司空压机总供气量能力达到2800m3/min，满足了不同条件下气体钻井的施工要求。（3）集）集团公司气体公司气体钻井装井装备现状状集团公司气体钻井设备配套情况胜利中原西南集团公司空压机243（4）技）技术水平及水平及设备对比分析比分析 对比对比项目项目国外国外中石油中石油集团公司集团公司应用应用情况情况Weatherford 每年在世界范围每年在世界范围内气体钻井施工近内气体钻井施工近 1800多口。多口。2007年完成年完成39口；口；龙岗穿过须家河；龙岗穿过须家河；2007年完成年完成49口；口；川东北川东北3口井穿须家河；口井穿须家河；空气锤空气锤长寿命空气锤，长寿命空气锤，开发了空气锤开发了空气锤空气锤正在研制空气锤正在研制EMWDEMWD测量能力测量能力4000mEMWD在原理研究在原理研究阶段阶段EMWD现场试验，现场试验，3000m设备设备配套配套空压机技术成熟空压机技术成熟空压机采用进口产品空压机采用进口产品空压机采用进口产品空压机采用进口产品泡沫泡沫钻井钻井循环泡沫钻井技术成熟循环泡沫钻井技术成熟正在进行循环泡沫钻井技正在进行循环泡沫钻井技术试验术试验 在气体钻井方面与国外先进水平相比主要差距是：空压机、在气体钻井方面与国外先进水平相比主要差距是：空压机、测量技术和空气锤质量方面。测量技术和空气锤质量方面。（4）技术水平及设备对比分析 对比国外中石油集团公司应用We3 3 3 3、气体钻井关键技术装备需求、气体钻井关键技术装备需求、气体钻井关键技术装备需求、气体钻井关键技术装备需求（1）加大国内空气钻井相关配套设备，加大国内空气钻井相关配套设备，特别是大排量空气压缩特别是大排量空气压缩机组机组的国产化研究力度，缩小同国外同行的差距。的国产化研究力度，缩小同国外同行的差距。（2）加大加大空气锤及其配套钻头空气锤及其配套钻头的研制和应用，提高可靠性、耐的研制和应用，提高可靠性、耐用性，并实现系列化。目前中原油田钻井工程技术研究院正在攻关用性，并实现系列化。目前中原油田钻井工程技术研究院正在攻关空气锤及配套钻头项目，前期现场试验已经取得阶段成果。空气锤及配套钻头项目，前期现场试验已经取得阶段成果。设计试制的设计试制的320320钻头钻头样机地面试验前照片样机地面试验前照片3、气体钻井关键技术装备需求（1）加大国内空气钻井相关配套（3）加强特殊气体钻井地面分离器的研制与应用，加强特殊气体钻井地面分离器的研制与应用，实现气体的循环利用。实现气体的循环利用。（4）加大泡沫钻井的消泡装置研究与攻关。目前中加大泡沫钻井的消泡装置研究与攻关。目前中原油田钻井工程技术研究院正在开发泡沫钻井机械消原油田钻井工程技术研究院正在开发泡沫钻井机械消泡装置，室内试验消泡率达到泡装置，室内试验消泡率达到75%以上。以上。（5）加强井下燃爆监测及防控软硬件系统的开发，加强井下燃爆监测及防控软硬件系统的开发，目前中原油田钻井院正在研发空气钻井防燃爆井下短目前中原油田钻井院正在研发空气钻井防燃爆井下短节及燃爆监测软硬件系统。节及燃爆监测软硬件系统。防燃爆短节防燃爆短节防燃爆短节防燃爆短节（3）加强特殊气体钻井地面分离器的研制与应用，实现气体的循环（6）加强气体钻井加强气体钻井测量技术测量技术的设备配套和开发。集团公司已经完成国的设备配套和开发。集团公司已经完成国产电磁波随钻测量仪产电磁波随钻测量仪EMWD样机的研制，现场试验井深已经达到样机的研制，现场试验井深已经达到3000m。（7）加强研制、配套及应用气体钻井定向工艺井所必需的加强研制、配套及应用气体钻井定向工艺井所必需的空气螺杆钻空气螺杆钻具具（或称气体螺杆钻具）。（或称气体螺杆钻具）。（8）加强相关井下工具（气体减震器、气体井下套管阀、打捞工具等）加强相关井下工具（气体减震器、气体井下套管阀、打捞工具等）的研制、配套及应用。的研制、配套及应用。（9）加强高压力级别的旋转防喷器的研制。加强高压力级别的旋转防喷器的研制。（10）加强自动送钻系统在气体钻井中的应用，引进研发钻井软扭矩系加强自动送钻系统在气体钻井中的应用，引进研发钻井软扭矩系统，改善井下钻具受力状况，延长井下工具使用寿命，降低钻具失效频率。统，改善井下钻具受力状况，延长井下工具使用寿命，降低钻具失效频率。（11）针对制约录井的地层出水、岩屑采集与分析等瓶颈问题，完善配针对制约录井的地层出水、岩屑采集与分析等瓶颈问题，完善配套相应的综合录井硬件及软件系统。套相应的综合录井硬件及软件系统。（6）加强气体钻井测量技术的设备配套和开发。集团公司已经完成垂直钻井与装备需求分析垂直钻井与装备需求分析 垂直钻井与装备需求分析 防斜打快技术，一直是国内外专家致力研究的课题，目前防斜打快技术，一直是国内外专家致力研究的课题，目前有：有：利用下部不同钻具组合进行防斜纠斜；利用下部不同钻具组合进行防斜纠斜；利用定向井技术进行防斜纠斜利用定向井技术进行防斜纠斜;利用利用自动垂直钻井技术自动垂直钻井技术提高纠斜稳斜效率和井眼轨迹控制提高纠斜稳斜效率和井眼轨迹控制精度。精度。1 1、垂直钻井技术发展、垂直钻井技术发展、垂直钻井技术发展、垂直钻井技术发展防斜打快技术，一直是国内外专家致力研究的课题，目前有：1、垂目前自动垂直钻井技术主要为国外贝克休斯和斯伦目前自动垂直钻井技术主要为国外贝克休斯和斯伦贝谢等公司的产品，国内集团公司胜利石油管理局已贝谢等公司的产品，国内集团公司胜利石油管理局已自主研制了自主研制了机械式自动垂直钻井系统机械式自动垂直钻井系统。国内得到商业推广应用的主要是国内得到商业推广应用的主要是VertiTrak 垂直钻垂直钻井系统和井系统和PowerV垂直钻井系统垂直钻井系统。Schlumberger Baker Hughes Eastman Te1eco 德国智能钻德国智能钻井公司井公司 胜利石油管理局钻胜利石油管理局钻井工艺研究院井工艺研究院 PowerV VertiTrak VDS ZBE5000 MVDT 目前自动垂直钻井技术主要为国外贝克休斯和斯伦贝谢等公司的产品静态推靠式静态推靠式 VertiTrakVertiTrakVertiTrak垂直垂直钻井系井系统，是一种，是一种闭环自自动垂直垂直钻井系井系统。钻进时当当MWD重力重力传感器感器检测到有井到有井斜斜趋势时，即可启，即可启动液液压部件，并部件，并传送送实时井斜数据到地面系井斜数据到地面系统以方便控制和以方便控制和监测。VertiTrakVertiTrak井号井号进尺进尺/m纯钻纯钻/h钻速钻速/m/h井斜（井斜（）秋南秋南1井井2459.47704.93.490.96大湾大湾3井井742.12245.983.020.2铁北铁北165.3643.31.51雷北雷北1井井647.90133.294.860.2分分1井井548.46318.91.720.202、自动垂直钻井系统、自动垂直钻井系统静态推靠式 VertiTrakVertiTrak垂直钻井系统（1 1）优越性和适用性）优越性和适用性适用于大倾角地层和多断层地区（典型的情况是山前适用于大倾角地层和多断层地区（典型的情况是山前和硬地层钻井）的钻井作业。和硬地层钻井）的钻井作业。系统对井斜的控制基本不受钻井参数和地层造斜趋势系统对井斜的控制基本不受钻井参数和地层造斜趋势的影响。的影响。导向单元不旋转，工具寿命长。导向单元不旋转，工具寿命长。（2 2）局限性）局限性由于其滑动钻井方式，对于岩层可钻性差、钻压传递由于其滑动钻井方式，对于岩层可钻性差、钻压传递困难的深井，以及易发生粘吸卡钻的井眼，存在一定困难的深井，以及易发生粘吸卡钻的井眼，存在一定的不利因素。的不利因素。（1）优越性和适用性（3 3）设备要求）设备要求 VertiTrak工具工作时，由钻进工作模式（工具工作时，由钻进工作模式（Steer Mode）转换到非钻进工作模式（）转换到非钻进工作模式（Ribs-off Mode）时，）时，对泥浆泵的排量调节精度要求较高，应尽量选用电动泥对泥浆泵的排量调节精度要求较高，应尽量选用电动泥浆泵。浆泵。由于施工泵压及排量较高，对泥浆泵提出了较高的由于施工泵压及排量较高，对泥浆泵提出了较高的要求。要求。（3）设备要求Power-VPower-V动态推靠式推靠式 PowerDrive井号井号钻井方式钻井方式进尺进尺/m平均机平均机械钻速械钻速/(m/h)钻速钻速提高提高井井 斜斜普光普光7井井复合钻进复合钻进1.3635%井井斜斜使使用用前前的的3.8 降降为为0.40.9 ，后后期期由由于于工工作作不不正正常常，3个个点点达达到到3.2-4.2 PowerV733.531.84黑池黑池1井井常规常规542.730.74147.3%井井斜斜由由原原来来的的1 降降为为 0.5 ，并并保保持持至至井井深深1743m，后后期期个个别别点点为为11.6 PowerV1677.011.83使用使用POWER-V工具在地层倾角大、钻进速度低、工具在地层倾角大、钻进速度低、钻压受限地区可提高钻井速度，节约钻井周期，具有钻压受限地区可提高钻井速度，节约钻井周期，具有井身质量好，可避免井下复杂情况的发生等特点。井身质量好，可避免井下复杂情况的发生等特点。PowerV垂直垂直导向向钻井技井技术使用效果使用效果Power-V动态推靠式 PowerDrive井号钻井方式进（1 1）优越性和适用性）优越性和适用性旋转导向系统特别适用于地层倾角大于旋转导向系统特别适用于地层倾角大于40、自、自然造斜力强的地层；然造斜力强的地层；广泛适用于使用泥浆马达进行滑动钻进时比较困广泛适用于使用泥浆马达进行滑动钻进时比较困难的深井以及易发生粘卡的复杂井。难的深井以及易发生粘卡的复杂井。可在钻进中自动感应井斜，自动设定并调整仪器可在钻进中自动感应井斜，自动设定并调整仪器的侧向力，使井眼快速返回垂直状态，可控制井斜的侧向力，使井眼快速返回垂直状态，可控制井斜在在0.5以内。以内。（1）优越性和适用性（3 3）设备要求）设备要求钻井设备：要求循环系统的承压能力高，钻机设备性能钻井设备：要求循环系统的承压能力高，钻机设备性能要好，尤其是泥浆泵性能要好，最好配备三台泥浆泵。要好，尤其是泥浆泵性能要好，最好配备三台泥浆泵。排量和压降：系统要求排量排量和压降：系统要求排量3860l/s的排量要求。钻头的排量要求。钻头压降达到压降达到4MPa以上，再加上以上，再加上MWD需要需要2MPa的压降。因的压降。因此，比常规钻井增加此，比常规钻井增加6MPa压降压降。（2 2）局限性）局限性PowerV工具稳定性不高。在高硬度地层工具稳定性不高。在高硬度地层Pad磨损较快。磨损较快。（3）设备要求 （2）局限性VertiTrak 垂直钻井系统和垂直钻井系统和PowerV垂直钻井系统垂直钻井系统 VertiTrakPowerV钻进方式钻进方式滑动滑动旋转旋转钻头压降钻头压降无要求无要求600800PSI钻井模式转换钻井模式转换钻进钻进-划眼划眼不需转换不需转换适用井眼尺寸适用井眼尺寸897/8和和1228 5 1/222VertiTrak 垂直钻井系统和PowerV垂直钻井系统 MVDTMVDTMVDT是胜利石油管理局钻井工艺研究院是胜利石油管理局钻井工艺研究院自主研制的机械式垂直钻井系统自主研制的机械式垂直钻井系统，采用机械，采用机械结构控制，无电子装置和控制。结构控制，无电子装置和控制。机械式自机械式自动垂直垂直钻井系井系统设计参数表参数表井斜井斜控制控制精度精度/侧向侧向推靠推靠力力/kN防斜防斜纠斜纠斜效率效率/(/30m)巴掌巴掌行程行程/mm压力压力损耗损耗/MPa工具工具长度长度/m适应适应转速转速/(r/min)320121523120MVDTMVDT是胜利石油管理局钻井工艺研究院自主研制的机械 机械式自动垂直钻井工具（机械式自动垂直钻井工具（MVDT）在雷北）在雷北1井进行了现井进行了现场试验应用，试验井段场试验应用，试验井段1034.561137.56m，试验时钻压加大，试验时钻压加大至至1820t，井斜控制在，井斜控制在2.53.0。取得了明显效果，有待继续完善。取得了明显效果，有待继续完善。机械式自动垂直钻井工具（MVDT）在雷北1井进行了现场试3、关键技术装备需求、关键技术装备需求 国内的防斜、纠斜井下专用工具研究处于起步阶段。国内的防斜、纠斜井下专用工具研究处于起步阶段。建议加大对该技建议加大对该技术的研究和开发力度，早日形成具有我国自主知识产权，机、电、液一体术的研究和开发力度，早日形成具有我国自主知识产权，机、电、液一体化自动控制的垂直钻井装备；化自动控制的垂直钻井装备；一是一是要围绕可靠性和钻井效率，加大井下机械扶正纠偏执行系统的开要围绕可靠性和钻井效率，加大井下机械扶正纠偏执行系统的开发研究；发研究；二是二是要进一步加大国内要进一步加大国内MWD与井下机械扶正纠偏执行系统一体化集成与井下机械扶正纠偏执行系统一体化集成研究；研究；三是三是要加大研究要加大研究MWD与地面分析系统和井下机械扶正纠偏执行机构数与地面分析系统和井下机械扶正纠偏执行机构数据的互联互通，实现有效的闭环控制；据的互联互通，实现有效的闭环控制；四是四是重点研究垂直钻井动力钻具和高效钻头的优化配套。重点研究垂直钻井动力钻具和高效钻头的优化配套。3、关键技术装备需求 国内的防斜、纠斜井下专用工超深钻井与装备需求分析超深钻井与装备需求分析 超深钻井与装备需求分析（1）超深井界定）超深井界定 国外：完井垂深超过国外：完井垂深超过20000ft（6096m）的井；）的井；国内：完井垂深在国内：完井垂深在60009000m为超深井为超深井（2）地质条件具有复杂性和不确定性）地质条件具有复杂性和不确定性 地层压力系统多、地层压力异常、地应力集中，高温、地层压力系统多、地层压力异常、地应力集中，高温、高压、高矿化度、高高压、高矿化度、高H H2 2S S浓度，地层破碎、地层塑性流变浓度，地层破碎、地层塑性流变等地层不确定因素。等地层不确定因素。1、超深井钻井特点及现状、超深井钻井特点及现状（1）超深井界定1、超深井钻井特点及现状（3）对钻井技术和装备提出了更高的要求）对钻井技术和装备提出了更高的要求l 多压力系统、高陡构造、难钻地层的安全优质高效钻井技术；多压力系统、高陡构造、难钻地层的安全优质高效钻井技术；l 高密度、抗高温、抗污染钻井液技术高密度、抗高温、抗污染钻井液技术；l 井下复杂情况及事故预防与处理技术井下复杂情况及事故预防与处理技术；l 提高复杂层段小间隙固井质量技术提高复杂层段小间隙固井质量技术；l 超深井段压裂技术，先进技术装备的应用与发展。超深井段压裂技术，先进技术装备的应用与发展。（3）对钻井技术和装备提出了更高的要求 世界上已钻成世界上已钻成8000m以上的超深井以上的超深井12口，其中美国口，其中美国6口，中国只有口，中国只有1口。口。国内深井钻井技术近年发展迅速：国内深井钻井技术近年发展迅速：1998年以来，国内完成超深井年以来，国内完成超深井500余口，其中集团公司完成余口，其中集团公司完成200余口。余口。集团公司集团公司国内（也是亚洲）最深的井国内（也是亚洲）最深的井塔深塔深1井井，完钻井深，完钻井深8408m；中石油完成的最深井中石油完成的最深井莫深莫深1井井，完钻井深，完钻井深7380m。集团公司目前正在钻一口超深井集团公司目前正在钻一口超深井川科川科1井井，设计井深，设计井深8875m。全球全球9000m以上的钻机共有以上的钻机共有100台左右，其中台左右，其中80余台在美国。美国超深余台在美国。美国超深井钻井水平较高。井钻井水平较高。19992004年，美国台月钻井进尺是我国的年，美国台月钻井进尺是我国的2倍。倍。最近几年，随着超深油气藏开发的需要，超深复杂结构井（如超深定最近几年，随着超深油气藏开发的需要，超深复杂结构井（如超深定向井、水平井等）在向井、水平井等）在川东北川东北等地区开始应用。等地区开始应用。（4）超深井钻井现状）超深井钻井现状 世界上已钻成8000m以上的超深井12口，其中美国2、超深井钻井技术装备现状及发展瓶颈、超深井钻井技术装备现状及发展瓶颈（1）超深井提速钻井技术）超深井提速钻井技术（2）超深复杂结构井技术）超深复杂结构井技术（3）超深小井眼技术）超深小井眼技术（4）超深欠平衡钻井及控压钻井技术）超深欠平衡钻井及控压钻井技术（5）超深井钻井液及固相控制技术）超深井钻井液及固相控制技术 2、超深井钻井技术装备现状及发展瓶颈（1）超深井提速钻井技术现现状状国内外提速技术和装备的研究热点国内外提速技术和装备的研究热点螺杆钻具螺杆钻具+高效高效PDC钻头钻头旋冲钻井技术旋冲钻井技术旋转导向钻井技术旋转导向钻井技术空化射流技术空化射流技术涡轮钻具涡轮钻具+金刚石钻头金刚石钻头欠平衡钻井和气体钻井技术欠平衡钻井和气体钻井技术井底增压技术井底增压技术（1）超深井提速钻井技术装备现状及发展瓶颈）超深井提速钻井技术装备现状及发展瓶颈由于螺杆耐温不足，在深部提速应用方面受到一定的限制；国外的涡轮钻具比较成熟，而国内还处在现场试验阶段；井底增压器国外应用较多，我国的井下增压泵输出压力为150MPa；但目前还不能进行大范围内的推广应用。提高机械钻速提高机械钻速瓶瓶颈颈现国内外提速技术和装备的研究热点螺杆钻具+高效PDC钻头涡轮现现状状国内技术和装备国内技术和装备国外技术和装备国外技术和装备光钻铤大钻压防斜技术光钻铤大钻压防斜技术偏轴钻具组合防斜打快技术偏轴钻具组合防斜打快技术刚柔钻具组合防斜打快技术刚柔钻具组合防斜打快技术井下动力钻具防斜打快技术井下动力钻具防斜打快技术 PowerV 自动垂直钻井系统自动垂直钻井系统 VertiTak 自动垂直钻井系统自动垂直钻井系统 VDS自动垂直钻井系统自动垂直钻井系统 SDD自动直井钻井系统自动直井钻井系统ADD自动定向钻井系统自动定向钻井系统 防斜打直防斜打直 在井身质量控制方面，动力学防斜工具在高陡地层中在井身质量控制方面，动力学防斜工具在高陡地层中 应用效果不理想。应用效果不理想。自动垂直钻井工具防斜效果好，但费用较高。自动垂直钻井工具防斜效果好，但费用较高。仪器受深部地层高温高压限制，超深复杂结构井的井眼轨迹精仪器受深部地层高温高压限制，超深复杂结构井的井眼轨迹精 细控制较为困难。细控制较为困难。瓶瓶颈颈现国内技术和装备国外技术和装备光钻铤大钻压防斜技术Power对于井壁失稳等复杂情况，工艺技术与设备工具方面比较薄弱。对于井壁失稳等复杂情况，工艺技术与设备工具方面比较薄弱。在在利利用用新新技技术术和和设设备备（反反循循环环钻钻井井、控控压压钻钻井井技技术术和和膨膨胀胀管管技技术术等）处理井下复杂尚处于探索阶段。等）处理井下复杂尚处于探索阶段。减少井下复杂减少井下复杂对于井壁失稳等复杂情况，工艺技术与设备工具方面比较薄弱。减少 国内钻井技术服务市场上国外仪器占的比例比较大。国内钻井技术服务市场上国外仪器占的比例比较大。国内厂家生产的国内厂家生产的MWD仪器，大多处于初级阶段，且技术指标与先仪器，大多处于初级阶段，且技术指标与先进水平差距甚远，标称耐温进水平差距甚远，标称耐温125、耐压、耐压18000psi。高温、高压、腐蚀给测量工具、螺杆和井控装置的优选带来很大困高温、高压、腐蚀给测量工具、螺杆和井控装置的优选带来很大困难。难。（2）超深复杂结构井技术装备现状及发展瓶颈）超深复杂结构井技术装备现状及发展瓶颈现现状状近几年，超深复杂结构井开始用于开发超深油气藏近几年，超深复杂结构井开始用于开发超深油气藏利用利用“单弯螺杆单弯螺杆+HTHP MWD+PDC钻头钻头”技术、地层自然技术、地层自然造斜规律优选井位技术，有效控制了井身轨迹。造斜规律优选井位技术，有效控制了井身轨迹。关键装备是高温高压随钻测量仪器，关键装备是高温高压随钻测量仪器，HALLIBURTON和和BAKER HUGHES等生产的等生产的MWD仪器代表了国外随钻测量仪仪器代表了国外随钻测量仪器水平，其中部分仪器抗温达到器水平，其中部分仪器抗温达到175，耐压到达，耐压到达20000Psi。瓶瓶颈颈 国内钻井技术服务市场上国外仪器占的比例比较大。（2）超深复 川东北和新疆地区的超深井普遍存在小井眼，平均段长在川东北和新疆地区的超深井普遍存在小井眼，平均段长在700m左右左右。在提速方面，超深小井眼一般采用螺杆在提速方面，超深小井眼一般采用螺杆+PDC钻头，要求螺杆抗温超钻头，要求螺杆抗温超过过120，连续作业时间超，连续作业时间超200h；127mm涡轮钻具在国外使用较多，国内目前还处在试验应用阶段。涡轮钻具在国外使用较多，国内目前还处在试验应用阶段。在防斜打直方面，现场采用常规钟摆钻具在防斜打直方面，现场采用常规钟摆钻具+机械式无线随钻测斜仪，机械式无线随钻测斜仪，最高工作温度：最高工作温度：260，最大适用井深：，最大适用井深：7000m。国外已将连续油管用于钻超深小井眼，国内将其用于钻井的很少。国外已将连续油管用于钻超深小井眼，国内将其用于钻井的很少。（3）超深小井眼技术装备现状及发展瓶颈）超深小井眼技术装备现状及发展瓶颈现现 状状 川东北和新疆地区的超深井普遍存在小井眼，平均段长在700m 常规螺杆已经不适合超深小井眼钻进，且钻头选型困难；常规螺杆已经不适合超深小井眼钻进，且钻头选型困难；井下测斜仪器还很难满足小井眼高温高压的要求；井下测斜仪器还很难满足小井眼高温高压的要求；超深小井眼钻柱受力复杂，对所用小尺寸钻具的要求高；超深小井眼钻柱受力复杂，对所用小尺寸钻具的要求高；小井眼对流体侵入比较敏感，目前手动控制实现快速压井比较困小井眼对流体侵入比较敏感，目前手动控制实现快速压井比较困难；难；钻井液易受高温及粘土、膏盐等污染的影响，其性能维护困难，钻井液易受高温及粘土、膏盐等污染的影响，其性能维护困难，泵压高，压耗大，易造成携砂困难、井壁不稳定以及钻具故障等问泵压高，压耗大，易造成携砂困难、井壁不稳定以及钻具故障等问题。题。瓶瓶 颈颈 常规螺杆已经不适合超深小井眼钻进，且钻头选型困难；瓶 颈l 平衡钻井技术在西部超深井钻井（低压储层）中有一定应用前景。平衡钻井技术在西部超深井钻井（低压储层）中有一定应用前景。l 普通欠平衡钻井技术目前应用较为成熟，全过程欠平衡由于在接单普通欠平衡钻井技术目前应用较为成熟，全过程欠平衡由于在接单根、压井、固井等非钻进时间很难做到欠平衡，应用较少。根、压井、固井等非钻进时间很难做到欠平衡，应用较少。l 控压钻井技术在国外的海洋钻井中应用较多，在国内还处于试验阶控压钻井技术在国外的海洋钻井中应用较多，在国内还处于试验阶段。段。2007年，塔里木油田进行了现场试验。年，塔里木油田进行了现场试验。（4）欠平衡及控压钻井技术装备现状及发展瓶颈）欠平衡及控压钻井技术装备现状及发展瓶颈现现状状国内旋转防喷器压力级别较低。国内旋转防喷器压力级别较低。国外控压钻井设备配套基本完善，国内还处在起步阶段。国外控压钻井设备配套基本完善，国内还处在起步阶段。全过程欠平衡钻井和控制压力钻井还需要加大设备配套力度，尤其全过程欠平衡钻井和控制压力钻井还需要加大设备配套力度，尤其是控压钻井设备。是控压钻井设备。瓶瓶颈颈 平衡钻井技术在西部超深井钻井（低压储层）中有一定应用前景。（5）超深井钻井液及固相控制装备现状及发展瓶颈）超深井钻井液及固相控制装备现状及发展瓶颈p 目前，国内外超深井钻井液体系主要有油基、水基两大类。目前，国内外超深井钻井液体系主要有油基、水基两大类。p 油基钻井液体系热稳定性好，抗温油基钻井液体系热稳定性好，抗温260，但是维护费用高，测，但是维护费用高，测 井解释困难。井解释困难。p 水基钻井液体系成本低，但须通过抗高温处理剂复配才能保证水基钻井液体系成本低，但须通过抗高温处理剂复配才能保证 其性能。其性能。p 振动筛目数在振动筛目数在80120目之间，清洁器可分离目之间，清洁器可分离2074m，中速，中速 离心机分离离心机分离720m以上的固相颗粒，高速离心机分离以上的固相颗粒，高速离心机分离27m 以上的固相颗粒。以上的固相颗粒。现现 状状（5）超深井钻井液及固相控制装备现状及发展瓶颈 目前，国内外 超深井钻井液高温处理剂品种较少，成本高；超深井钻井液高温处理剂品种较少，成本高；超高温下，超高密度钻井液流变性差，经常陷入超高温下，超高密度钻井液流变性差，经常陷入“加重加重增稠增稠降粘降粘加重剂沉降加重剂沉降密度下降密度下降再再次加重次加重”的恶性循环；的恶性循环；高密度和高粘度钻井液给振动筛带来很大挑战；高密度和高粘度钻井液给振动筛带来很大挑战；现有离心旋流式除砂除泥效率低；现有离心旋流式除砂除泥效率低；现有离心机现有离心机2m以下的固相颗粒无法分离，且不以下的固相颗粒无法分离，且不能用于处理加重钻井液。能用于处理加重钻井液。瓶瓶 颈颈 超深井钻井液高温处理剂品种较少，成本高；瓶 颈3、关键技术装备需求、关键技术装备需求（1）超深井地面装备）超深井地面装备（2）钻具）钻具（3）钻头）钻头（4）井下动力钻具）井下动力钻具（5）随钻测量仪器）随钻测量仪器（6）参数仪表（数字、智能型等）参数仪表（数字、智能型等）3、关键技术装备需求（1）超深井地面装备（1）超深井地面装备）超深井地面装备 目前国外已研究开发出多种自动化超深井钻机，目前国外已研究开发出多种自动化超深井钻机，挪威海事液压公司和意大利挪威海事液压公司和意大利Drillmec公司研发了新公司研发了新型型无绞车液压钻机无绞车液压钻机，钻深能力，钻深能力10660m。美国美国 Schramm（善姆）公司推出了伸缩桅杆的（善姆）公司推出了伸缩桅杆的TXD系列系列静静液传动无绞车型动力头钻机液传动无绞车型动力头钻机。我国石油钻机相继开发了交流变频电驱动、直流电我国石油钻机相继开发了交流变频电驱动、直流电驱动等驱动等900012000m深井钻机和系列顶部驱动装置，深井钻机和系列顶部驱动装置，基本满足国内目前超深井钻井需求。基本满足国内目前超深井钻井需求。但在超深井特种钻机工艺需求上和直流电动钻机主但在超深井特种钻机工艺需求上和直流电动钻机主电机自动送钻上还须进一步探讨和加大研发力度。电机自动送钻上还须进一步探讨和加大研发力度。钻钻 机机（1）超深井地面装备 目前国外已研究开发出多种自动化超深井泥浆泵泥浆泵 三缸单作用泥浆泵向大功率、长寿命、交流变频方向发展。三缸单作用泥浆泵向大功率、长寿命、交流变频方向发展。National-Oilwell公司的公司的14-P220（2200HP），德国），德国Wirth公司（公司（2200 3000HP）、美国、美国Lewco公司（公司（3000HP）泥浆泵，均为）泥浆泵，均为高压、大排量和高压、大排量和交流变频驱动。交流变频驱动。目前，美洛杉矶目前，美洛杉矶Beverly Hills油田，钻机配备的泥浆泵共有油田，钻机配备的泥浆泵共有4个液力端，个液力端，每缸行程长达每缸行程长达2718mm的机械驱动长行程泥浆泵。的机械驱动长行程泥浆泵。美国埃里斯美国埃里斯-威廉姆斯工程公司生产的威廉姆斯工程公司生产的E-2200型（型（2200HP）泥浆泵轴）泥浆泵轴承无故障工作时间达承无故障工作时间达125000h。EH-2200型（型（2200HP）轴承无故障工作）轴承无故障工作时间达时间达100000h。以上超高压、大排量和静压低脉动泥浆泵很值得国内借鉴学习和研以上超高压、大排量和静压低脉动泥浆泵很值得国内借鉴学习和研究开发。究开发。泥浆泵 三缸单作用泥浆泵向大功率、长寿命、交流变频方向发展固相控制装备固相控制装备 p 研制研制超超细目大处理量的振动筛，配合多筛并行处理；细目大处理量的振动筛，配合多筛并行处理；p 研制薄层导流式真空除气器；研制薄层导流式真空除气器；p 配置配置超超高速离心机或可调速的多功能离心机，既可处高速离心机或可调速的多功能离心机，既可处理理2m以下更小以下更小固相颗粒，也可处理加重钻井液。固相颗粒，也可处理加重钻井液。防喷器防喷器 u 一一些些特特殊殊井井，应应配配备备140MPa以以上上的的抗抗硫硫防防喷喷器器。美美国国、法法国国等等已已研研制制了了176MPa的的防防H2S的的常常规规防防喷喷器器，国国内内相相关关厂家已研发出厂家已研发出140MPa的抗硫防喷器和节流管汇。的抗硫防喷器和节流管汇。u 国国外外旋旋转转防防喷喷器器最最高高动动密密封封压压力力达达21MPa,国国内内只只能能达达到到10.5MPa，还还需需要要加加大大高高压压力力级级别别旋旋转转防防喷喷器器的的研研制制与与开开发。发。固相控制装备 研制超细目大处理量的振动筛，配合多筛并行 应配备应配备S135、V150高强度合金钢制成的超强钻具及接头，为了减轻高强度合金钢制成的超强钻具及接头，为了减轻钻机载荷，应考虑配套密度低、高强度的镁铝合金钻具。钻机载荷，应考虑配套密度低、高强度的镁铝合金钻具。购买或研制适合购买或研制适合165.1mm、149mm小井眼牙轮、小井眼牙轮、PDC、孕镶钻头，确保井下连续工作时间大于、孕镶钻头，确保井下连续工作时间大于200h。研发非光滑仿生钻头。研发非光滑仿生钻头。仿生钻头仿生钻头（2）钻具）钻具 （3）钻头）钻头 超深井井下动力钻具满足工作时间：超深井井下动力钻具满足工作时间：200h；抗温：；抗温：260的要求；的要求；研发或购买液动锤，满足超深井段（小井眼）的需要。研发或购买液动锤，满足超深井段（小井眼）的需要。（4）井下动力钻具）井下动力钻具 应配备S135、V150高强度合金钢制成的超强钻具p 测斜仪：引进或研发耐温测斜仪：引进或研发耐温260，耐压，耐压180MPa的抗高温、高压测斜仪。的抗高温、高压测斜仪。p 随钻测量工具：引进或研发耐温随钻测量工具：引进或研发耐温260以上；耐压以上；耐压180MPa；连续工作；连续工作时间大于时间大于200h）MWD、SWD和和LWD。（5）随钻测量仪器）随钻测量仪器 引进吸收美国Martin-Declcer公司的最新产品M/D-3200数据收集系统或Totco公司的Visulogger系统；引进吸收美国landmark钻井数据管理平台、意大利Agip公司的钻井信息系统；引进吸收具有高低限报警和自动控制的钻井数字参数仪，并具有专家系统，可进行分析、处理、自动控制等功能。（6）参数仪表）参数仪表 测斜仪：引进或研发耐温260，耐压180MPa的抗高温、4、其他配套技术的装备需求、其他配套技术的装备需求（1）固井装备需求）固井装备需求 目前，现有固井混浆设备混浆能力在1.0g/cm3至2.3g/cm3之间，无法满足超高密度（2.6g/cm3）和超低密度（1.0g/cm3）水泥浆要求，需引进或研制满足超高密度和超低密度的固井混浆设备。4、其他配套技术的装备需求（1）固井装备需求 目前，（2）测井装备需求）测井装备需求 超深井测井施工必须具备动力大的深井绞车、耐高温（260）、耐高压（180MPa）、高可靠的井下仪器和电缆，同时，还必须具备高温小井眼仪器（外径70mm）。目前国内仪器生产厂家还无法生产出满足超深井测井技术要求的测井设备，短期内依然依赖进口。研发滚筒能容纳加强型7芯油矿电缆的万米绞车；研发液压动力绞盘测井辅助系统，以消除电缆在滚筒上的挤压现象；研发耐高温、高压井下仪器及电缆（耐温260、耐压180MPa）。（2）测井装备需求 超深井测井施工必须具备动力大的深井绞车、（3）压裂装备需求）压裂装备需求 从世界压裂技术和设备发展看，压裂装备正向着多功能、高可靠性方向发展，大马力、抗高压、大排量的压裂设备在压裂施工中越来越广泛地得到应用。配备140MPa高压管汇；压裂泵液力端在140MPa工作压力下的可靠性以及高压密封件、易损件的工作寿命应达到经济合理的要求。同时应加快仪表车、混砂车国产化研发。（3）压裂装备需求 从世界压裂技术和设备发展看，压