國內(nèi)外鉆完井技術(shù)新進(jìn)展

汪海閣 王靈碧 紀(jì)國棟 卓魯斌 畢文欣 劉 力

（中國石油集團(tuán)鉆井工程技術(shù)研究院，北京 100091）

國內(nèi)外鉆完井技術(shù)新進(jìn)展

汪海閣 王靈碧 紀(jì)國棟 卓魯斌 畢文欣 劉 力

（中國石油集團(tuán)鉆井工程技術(shù)研究院，北京 100091）

頁巖氣、致密油/頁巖油、致密氣、深水、極地等的勘探開發(fā)活動推動了全球鉆完井活動持續(xù)回升，促進(jìn)了水平井、工廠化作業(yè)等鉆井技術(shù)，以及快速移動鉆機(jī)、深水鉆機(jī)、極地鉆機(jī)等鉆井裝備的快速發(fā)展。國外近年來在高效起下鉆機(jī)和高運(yùn)移性鉆機(jī)，復(fù)合鉆頭、微芯鉆頭及高效輔助破巖工具，井下實(shí)時(shí)大容量信息高速上傳，實(shí)現(xiàn)造斜段和水平段一趟鉆的高造斜率旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向技術(shù)，可折疊連續(xù)管，鉆井遠(yuǎn)程傳輸與實(shí)時(shí)優(yōu)化，連續(xù)循環(huán)系統(tǒng)，控壓鉆井，高溫油基鉆井液、新型水基鉆井液和新型堵漏技術(shù)等方面取得顯著進(jìn)展。國內(nèi)在萬米鉆機(jī)及配套裝備、MWD/LWD/EMWD/近鉆頭地質(zhì)導(dǎo)向系統(tǒng)、連續(xù)管技術(shù)與裝備、控壓鉆井、垂直鉆井、隨鉆溫度壓力測試等方面也實(shí)現(xiàn)重要突破，推動了鉆井技術(shù)與裝備不斷進(jìn)步。

鉆井；頁巖氣；深水；北極；鉆頭；連續(xù)管；控壓鉆井；工廠化作業(yè)

當(dāng)前世界油氣工業(yè)正面臨結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型時(shí)期，新興市場不斷涌現(xiàn)，頁巖氣、致密油氣、深水油氣等成為工業(yè)的焦點(diǎn)和熱點(diǎn)。在這樣的背景下，鉆井技術(shù)緊隨油氣工業(yè)發(fā)展步伐，盡管面臨著前所未有的困難和挑戰(zhàn)，但也迎來了創(chuàng)新和發(fā)展的難得機(jī)遇。

縱觀近年來世界鉆井技術(shù)發(fā)展動向，鉆井正發(fā)生著深刻變化。極端環(huán)境下的資源勘探開發(fā)正成為熱點(diǎn)和焦點(diǎn)，材料、通訊、計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展、鉆井的遠(yuǎn)程控制和自動化操作使得作業(yè)區(qū)域不斷擴(kuò)大。重大安全事故帶給鉆井行業(yè)的不是膽怯和放棄，而是不斷提高的更加嚴(yán)格的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和操作管理規(guī)程，更加充足的探索未知領(lǐng)域的勇氣。今天，那些走在世界前列的開拓者已經(jīng)學(xué)會了如何處理短期目標(biāo)與長遠(yuǎn)發(fā)展、局部效益與整體利益的矛盾關(guān)系，學(xué)會靈活地通過合作與共享實(shí)現(xiàn)高效發(fā)展，他們在實(shí)現(xiàn)自身飛速發(fā)展的同時(shí)也給后來者提供了豐富的可供借鑒的經(jīng)驗(yàn)。經(jīng)過百年的發(fā)展，鉆井行業(yè)雖然經(jīng)歷了反復(fù)的跌爬滾打，無數(shù)的失敗和打擊，但從未后退過，相反是在加速前進(jìn)。加拿大油砂、巴西的鹽下層石油和美國的“致密頁巖油氣”正改變著世界的能源版圖。跟蹤世界鉆井技術(shù)發(fā)展動向，把握世界鉆井技術(shù)發(fā)展脈搏，對于掌握未來發(fā)展領(lǐng)域，調(diào)整和優(yōu)化當(dāng)前的技術(shù)研發(fā)方向，提前做好技術(shù)儲備，實(shí)現(xiàn)國際化發(fā)展目標(biāo)具有至關(guān)重要的意義。

1 2012年全球鉆完井特點(diǎn)

2012全球鉆完井活動持續(xù)回升，“頁巖氣”、 “致密油/頁巖油”、“極地”、“深水”等繼續(xù)成為行業(yè)聚焦重點(diǎn)，推動水平井、工廠化作業(yè)等鉆井技術(shù)，以及快速移動鉆機(jī)、深水鉆機(jī)、極地鉆機(jī)等鉆井裝備的快速發(fā)展。2012年全球油氣勘探開發(fā)投資達(dá)6 040億美元［1］，自2009年以來持續(xù)保持2位數(shù)的遞增。全年鉆完井支出總額達(dá)3 600億美元，在2011年高峰基礎(chǔ)上又增加11%，比2005年增加140%。2012年石油均價(jià)為每桶112美元，創(chuàng)歷史最高年度均價(jià)水平，而作為全球第二大原油進(jìn)口國，中國原油進(jìn)口成本成為全球最高地區(qū)，而進(jìn)口原油總成本更達(dá)1.38萬億元，成為中國最大單項(xiàng)進(jìn)口商品。

2012年全球鉆井?dāng)?shù)超過11萬口，全年平均鉆機(jī)數(shù)3 166臺（不包括中國、俄羅斯等），其中北美市場2 235臺、國際市場931臺。68.6%的鉆機(jī)分布在北美。陸海鉆機(jī)的利用率和日費(fèi)均有所增長，鉆井承包市場規(guī)模逐漸回升。

2012年全球上游油氣并購共完成679筆交易，共有92宗交易的價(jià)格超過10億美元，總額達(dá)到4 020億美元，大大超過了2010年創(chuàng)下的2 120億美元的紀(jì)錄。其中3個(gè)最大交易占到了全球總交易額的38%，達(dá)970億美元：俄羅斯國有石油巨頭俄羅斯石油公司620億美元收購TNK-BP公司，中國海洋石油總公司180億美元收購加拿大尼克森公司以及美國自由港邁克墨倫銅金礦公司172億美元收購Plains E&P公司。中石油、中石化、中海油2012年海外收購賬單成績斐然，投資金額超越以往任何年份，海外收購花費(fèi)達(dá)254億美元。

繁榮的鉆井市場與突出的鉆井熱點(diǎn)引領(lǐng)了鉆井技術(shù)的發(fā)展方向。鉆井技術(shù)裝備在頁巖、深水、極端環(huán)境和安全環(huán)保方面表現(xiàn)突出。頁巖氣大開發(fā)推動水平井、快速移動鉆機(jī)及叢式井、批鉆井等技術(shù)發(fā)展。深水鉆井備受關(guān)注，推動鉆井裝備升級與鉆井技術(shù)創(chuàng)新齊頭并進(jìn)。鉆井安全愈受重視，推動防噴器改造與風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測軟件研發(fā)。北極油氣成為焦點(diǎn)之一，促使國外公司加緊建造極地鉆井裝置。

1.1 2012年頁巖氣鉆完井［2-5］

美國的“頁巖氣革命”正在改變世界能源格局，帶動世界許多國家投入頁巖氣開發(fā)，中國、印度、澳大利亞、阿根廷、英國、墨西哥等國加入了頁巖氣鉆探行列。

針對頁巖鉆井中鉆機(jī)移動慢、施工自動化程度低、鉆機(jī)占地面積大、頁巖坍塌、油基鉆井液昂貴、水平井造斜難、鉆完井成本高等諸多問題，近年來相繼推出了一系列鉆機(jī)、鉆頭、井下工具、泥漿、固井等新型鉆井技術(shù)裝備和方法，有效地降低了頁巖鉆井的周期和成本，提高了頁巖氣產(chǎn)量。

廣泛采用水平井、叢式井設(shè)計(jì)結(jié)合批鉆井技術(shù)，使鉆井開發(fā)井網(wǎng)覆蓋區(qū)域最大化，作業(yè)流程最優(yōu)化。

推出多種適用批鉆工藝的快速運(yùn)移鉆機(jī)，如Drillmec鉆井公司的液壓絞車鉆機(jī)可減少30%的非生產(chǎn)時(shí)間，減少運(yùn)移和安裝成本40%，提高大位移井、水平井鉆井效率50%。

貝克休斯公司推出PDC-牙輪混合鉆頭，在頁巖地層和交互地層鉆進(jìn)，鉆速更快，進(jìn)尺更多，壽命更長。史密斯公司推出新型鋼體聚晶金剛石復(fù)合片（PDC）頁巖鉆頭，可快速、有效鉆曲線和長水平段，消耗水力能量更少，切削深度更深，狗腿控制更容易。

鉆井液方面，M-I SWACO推出新型頁巖水基鉆井液，可在含有可溶性鈣、鹽和酸氣的地層中也能保持穩(wěn)定,改變了頁巖氣鉆井不易用水基泥漿的事實(shí)。

井下工具方面，斯倫貝謝公司推出新型旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具造斜率高達(dá)17 （°）/100 ft，一次起下完成垂直和水平井段的鉆進(jìn)，從而在油藏中布置更多的井眼，并提高水平井的鉆井效率。

1.2 極地鉆完井

在高油價(jià)和高能源需求下，北極油氣成為相關(guān)國家和國際大油公司關(guān)注的焦點(diǎn)之一，美國、挪威、俄羅斯、丹麥、加拿大、日本、韓國、印度等國都在加快針對北極的“圈地”運(yùn)動。2011年殼牌公司的北極圈海域鉆井計(jì)劃獲得美國政府批準(zhǔn)，于2012年夏展開鉆探工作；挪威宣布計(jì)劃在北極水域?qū)嵤└嗟你@井作業(yè)；殼牌、?？松梨诘葒H石油公司也通過合作、收購等形式參與北極地區(qū)的油氣勘探開發(fā)項(xiàng)目。

北極是目前全球油氣鉆井活動熱點(diǎn)地區(qū)之一，早在2008年，美國地質(zhì)調(diào)查局就預(yù)測北極地區(qū)蘊(yùn)藏著900億桶未探明原油儲量、1 670萬億立方英尺天然氣。評價(jià)還指出其中84%的油氣資源集中在北極海域。北極油氣儲量占全球未探明技術(shù)可采儲量的22%，包括13%的未探明原油儲量，30%的未探明天然氣儲量和20%的未探明天然氣液儲量。

美國地質(zhì)調(diào)查局的評估還顯示，北極地區(qū)未探明石油儲量的70%位于全世界5個(gè)近海地區(qū)，包括阿拉斯加州北極地區(qū)、Amerasia盆地、東格陵蘭島裂谷盆地、東巴倫支海盆地和加拿大西格陵蘭地區(qū)。超過70%的未探明天然氣儲量位于西西伯利亞盆地、東巴倫支海盆地和阿拉斯加州北極地區(qū)。

全世界獨(dú)立石油公司、國家石油公司不惜花費(fèi)數(shù)十億美元巨資和多年時(shí)間計(jì)劃在北極地區(qū)從事油氣勘探開發(fā)活動，為的是能夠在這種全球最極端、最惡劣的環(huán)境中，獲得一份資源分成。

美國地質(zhì)調(diào)查局還指出，到2008年，加拿大、俄羅斯和阿拉斯加的陸上區(qū)塊已經(jīng)投入開發(fā)，新發(fā)現(xiàn)的超過400個(gè)油氣田位于北極圈內(nèi)。這些油氣田預(yù)計(jì)油氣當(dāng)量可達(dá)2 400億桶，約占全球探明常規(guī)油氣儲量的10%。目前一些大型石油公司及俄羅斯、挪威、加拿大、美國等國家已經(jīng)在北極海域開始石油鉆探活動，北極油氣勘探開發(fā)如今正受到業(yè)界推崇，然而一些作業(yè)者和政府正在呼吁，北極油氣開發(fā)需要更加嚴(yán)厲的安全監(jiān)測。2012年OTC會議將北極開發(fā)難度分為中等難度、高難和極端困難3個(gè)等級。

1.3 深水鉆完井［6］

深水鉆完井同樣聚焦了2012年全球目光。多公司在墨西哥灣接連取得重大深水發(fā)現(xiàn)，巴西鹽下發(fā)現(xiàn)幾個(gè)新的深水油藏，尼日利亞、安哥拉以及印尼的深水項(xiàng)目正在進(jìn)行。與此同時(shí)， 康菲公司蓬萊19-3漏油事故、雪佛龍巴西漏油、俄羅斯鉆井平臺沉沒這一系列安全環(huán)保事故的發(fā)生，對鉆井提升安全標(biāo)準(zhǔn)，升級設(shè)備等級提出迫切要求。

墨西哥灣深水鉆探重啟后，Nobel、?？松梨凇づ坪团餐群笮荚谠摰孬@得重大深水發(fā)現(xiàn)，赫斯和雪佛龍斥資23億美元開發(fā)該地區(qū)深水油氣田，巴西鹽下發(fā)現(xiàn)幾個(gè)新的深水油藏，尼日利亞、安哥拉以及印尼的深水項(xiàng)目正在進(jìn)行。

深水鉆井已被美國、挪威、巴西等國作為重點(diǎn)發(fā)展的技術(shù)，研發(fā)力度進(jìn)一步加大，深水作為未來全球油氣資源開發(fā)的重要基地，石油公司的勘探開發(fā)投資不斷增加，重大油氣發(fā)現(xiàn)不斷出現(xiàn)，油氣儲產(chǎn)量增勢明顯，作業(yè)水深超過1 500 m的超深水鉆井裝置在未來一段時(shí)間內(nèi)將依然保持供不應(yīng)求的局面。

為減少深水鉆井中用于組裝、拆卸鉆桿及下放、回收水下工具等作業(yè)時(shí)間，多公司推出了雙作業(yè)鉆機(jī)。雙作業(yè)鉆機(jī)通過雙聯(lián)井架設(shè)計(jì)結(jié)合2套提升系統(tǒng)（旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)以及鉆井液循環(huán)系統(tǒng)）可實(shí)現(xiàn)主、輔雙井口作業(yè)方式, 將一些準(zhǔn)備工作與正常鉆井同步進(jìn)行, 大大提高鉆井效率。目前在建的深水鉆機(jī)基本上全部配備雙作業(yè)鉆機(jī)，如荷蘭Huisman設(shè)備公司為深水半潛式鉆井平臺和鉆井船設(shè)計(jì)的雙作業(yè)箱式鉆機(jī)井架的提升力達(dá)1 090 t，額定鉆深能力達(dá)12 192 m。采用新型雙井架設(shè)計(jì)可減小半潛式鉆井平臺和鉆井船的尺寸，顯著提高鉆井作業(yè)效率。

殼牌公司將新型自動控壓鉆井裝置和套管/尾管鉆井技術(shù)相結(jié)合，解決枯竭油田鉆井難題。挪威開發(fā)簡化的MPD，通過改進(jìn)節(jié)流控制系統(tǒng)、簡化地面系統(tǒng)使MPD更加高效。另外，泥漿帽鉆井可解決嚴(yán)重漏失地層鉆進(jìn)問題。

Huisman公司的鉆井平臺旋轉(zhuǎn)式懸臂梁可圍繞甲板上的固定點(diǎn)旋轉(zhuǎn)，聯(lián)合多功能箱式鉆塔，創(chuàng)造了一種輕質(zhì)構(gòu)造，使相同的支撐腿提供更大的鉆深能力和更多的甲板自由面積。自升式鉆井平臺可變載荷907 t，懸臂梁尺寸64.8×19.2×12 m，最大延伸26.8 m，橫向旋轉(zhuǎn)37.8 m，鉆塔高度61 m，大鉤載荷1 090 t，最大鉆井深度10 668 m。

Helix Well Containment Group（HWCG）推出了應(yīng)對漏油事故的井口溢油控制裝置，該裝置使用了Sonardyne寬帶聲波監(jiān)測技術(shù)，在井口壓力為68.9 MPa情況下，每天可收集8 745桶石油或269 ×104m3天然氣。Sonardyne系統(tǒng)由地面指揮單元、智能聲波遠(yuǎn)程傳感器和海底電子模塊組成，可遠(yuǎn)程監(jiān)測壓力和溫度變化，并及時(shí)上傳到地面。

隨著深水不斷取得重大油氣發(fā)現(xiàn)，勘探開發(fā)熱點(diǎn)已從美國墨西哥灣、巴西、西非拓展到中東、亞太等地區(qū)。全球海洋鉆井作業(yè)水深紀(jì)錄不斷刷新。2003年Transocean公司在美國墨西哥灣創(chuàng)造了3 051 m的世界海洋鉆井作業(yè)紀(jì)錄，2011年該公司再次刷新了紀(jì)錄，在印度海域創(chuàng)造了新的世界紀(jì)錄–3 107 m。

對石油工業(yè)而言，海洋既是高新技術(shù)的主要用武之地，也是高新技術(shù)的發(fā)源之地。為迎接未來更加嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，深水鉆井技術(shù)裝置的發(fā)展方向主要是：海洋環(huán)境適應(yīng)能力更強(qiáng)（比如向北極拓展）；作業(yè)水深不斷加大；鉆深能力更強(qiáng)；結(jié)構(gòu)多樣化（比如圓筒形、深吃水半潛式等）、多功能化；信息化、自動化、智能化；鉆井效率更高（越來越多地配置雙作業(yè)鉆機(jī)）；更加安全、環(huán)保、舒適。BP墨西哥灣泄油事故以后，海洋鉆井的安全環(huán)保備受關(guān)注，要求更加嚴(yán)格，定將推動海洋鉆井技術(shù)裝備上一個(gè)新的臺階。

2 國外鉆完井技術(shù)與裝備新進(jìn)展［7-8］

國外近年來在鉆機(jī)裝備、鉆頭及破巖工具、控壓鉆井、高速信息傳輸、井下工具、鉆井液及新材料等方面取得顯著進(jìn)展，推動了鉆井技術(shù)與裝備不斷進(jìn)步。

2.1 工廠化作業(yè)

工廠化鉆井（Factory Drilling）是叢式井場批量鉆井（Pad Drilling）和工廠化鉆井（Factory Drilling）等新型鉆完井作業(yè)模式的統(tǒng)稱，是指在同一地區(qū)集中布置大批相似井、使用大量標(biāo)準(zhǔn)化的裝備和服務(wù)，以生產(chǎn)或裝配流水線作業(yè)的方式進(jìn)行鉆井和完井的一種高效低成本的作業(yè)模式。

工廠化作業(yè)模式利用快速移動式鉆機(jī)對叢式井場的多口井進(jìn)行批量鉆完井，一種是批量鉆完井后鉆機(jī)搬走，采用工廠化壓裂模式進(jìn)行壓裂、投產(chǎn)；另一種模式是以流水線的方式，實(shí)現(xiàn)邊鉆井、邊壓裂、邊生產(chǎn)，鉆完一口壓裂一口，這也是目前美國非常規(guī)油氣開發(fā)上普遍采用的作業(yè)模式，以一個(gè)6口井井場為例，這種最新的同步作業(yè)模式比以前可節(jié)省62.5%的時(shí)間，作業(yè)效率進(jìn)一步提升。

工廠化作業(yè)是鉆完井作業(yè)模式的一次重大突破，目前已在全球范圍內(nèi)得到推廣應(yīng)用，必將助推未來非常規(guī)油氣高效開發(fā)。近年來在長慶蘇里格氣田、新疆致密油、吉林致密油、四川致密氣開發(fā)中發(fā)揮了重要重要。

2.2 新型鉆機(jī)

油氣裝備制造商和鉆井承包商一直在研發(fā)或改進(jìn)鉆機(jī)設(shè)計(jì)和鉆井裝備，使之更安全、更環(huán)保。通過不斷地提供新的或改進(jìn)的操作系統(tǒng)或裝備，盡可能減小鉆臺上鉆機(jī)的尺寸來提高安全性。通過自動化提升移動性、靈巧的設(shè)計(jì)和專業(yè)化滿足日益苛刻的環(huán)境條件。一些很有前景的新鉆機(jī)系統(tǒng)也在設(shè)計(jì)或測試中。

2.2.1 連續(xù)運(yùn)動鉆機(jī)（CMR） 自旋轉(zhuǎn)鉆井誕生以來，起鉆時(shí)鉆桿從井眼起出1個(gè)、2個(gè)或3個(gè)接頭后，放上吊卡，卸扣，排管，吊卡放下，這一步驟不斷重復(fù)著。連續(xù)運(yùn)動鉆機(jī)（CMR）設(shè)計(jì)打破了傳統(tǒng)理念，能夠完成常規(guī)鉆桿的連續(xù)、快速起下鉆，以及常規(guī)套管的連續(xù)、快速下套管作業(yè)，并實(shí)現(xiàn)連續(xù)循環(huán)和連續(xù)鉆進(jìn)。鉆桿下入速度達(dá)3 600 m/h，為深層油氣勘探開發(fā)提供一種高效低成本的鉆井系統(tǒng)。連續(xù)運(yùn)動鉆機(jī)2套起升系統(tǒng)配合連續(xù)循環(huán)系統(tǒng)開辟了連續(xù)鉆井和連續(xù)循環(huán)的可能性。CMR屬于工業(yè)聯(lián)合項(xiàng)目，于2010年年中完成。通過對試驗(yàn)井的分析顯示，鉆井周期可節(jié)約15%～25%，進(jìn)一步的設(shè)計(jì)，自動化與CMR技術(shù)結(jié)合，將節(jié)省30%～40%的鉆井周期。目前，CMR正由挪威油井系統(tǒng)技術(shù)集團(tuán)（WeST集團(tuán)）旗下的WeST鉆井產(chǎn)品公司通過一個(gè)聯(lián)合工業(yè)研究項(xiàng)目開展研發(fā)。CMR主要部件包括：雙井架，設(shè)計(jì)緊湊，合二為一，看上去像1個(gè)井架；2個(gè)井架機(jī)器人；2套提升系統(tǒng)，配備頂驅(qū)和自動上卸扣裝置，兩提升系統(tǒng)各自的提升能力為750 t；兩套自動管子操作設(shè)備。連續(xù)運(yùn)動鉆機(jī)實(shí)現(xiàn)鉆柱連續(xù)起下、連續(xù)循環(huán)，有望引領(lǐng)海洋鉆機(jī)發(fā)展方向。

2.2.2 適用于頁巖氣鉆井的便攜式模塊化鉆機(jī) Sparta鉆機(jī)（圖1）以其安全、高效、高運(yùn)移性鞏固了它在北美頁巖氣區(qū)塊的地位。便攜式的模塊化設(shè)計(jì)使該鉆機(jī)在井與井間移動時(shí)能夠沿任意方向安裝井架大門，且符合美國運(yùn)輸部嚴(yán)格的運(yùn)輸限制。Sparta鉆機(jī)集成了兩大結(jié)構(gòu)技術(shù)--垂直裝配井架和液壓絞盤提升四角底座。鉆機(jī)可提供735～1 000 kW，可以移動裝配有頂驅(qū)、滑動游車和鉆井大繩軸的井架。

圖1 Sparta鉆機(jī)

2.2.3 高效可移動鉆機(jī)支持靈活井口布局 Patterson-UTI屬于新一代的高效可移動鉆機(jī)?？梢暬娮鱼@井系統(tǒng)通過自動控制鉆壓、壓差和鉆速將PDC鉆頭和井下鉆機(jī)性能最優(yōu)化，良好的安全性貫穿于EDS整個(gè)系統(tǒng)，包括Wichita DM 236電力制動，先進(jìn)的天車和鉆臺防護(hù)。鉆機(jī)的專業(yè)移動系統(tǒng)搭配管扣實(shí)現(xiàn)鉆機(jī)前后、左右或旋轉(zhuǎn)移動，完成靈活的井口布置和定位。電子懸掛系統(tǒng)的改進(jìn)，多功能出油管線和泥漿循環(huán)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了鉆機(jī)本身按井眼設(shè)計(jì)移動超過45.7 m而不需移動其他配套設(shè)施。另外鉆機(jī)裝備了國民油井公司的Ross Hill 1400 SCR驅(qū)動系統(tǒng)，操作簡單、可靠、表現(xiàn)優(yōu)異和易于維護(hù)。Wrangler 3500型液壓平臺替代了手工操作，其遠(yuǎn)程控制功能讓作業(yè)者在起落管件時(shí)遠(yuǎn)離危險(xiǎn)的鉆臺。該鉆機(jī)在最大限度減少非生產(chǎn)時(shí)間的同時(shí)，大大提高了作業(yè)安全性。

2.2.4 連續(xù)管鉆機(jī) 包括單一模式、復(fù)合式、塔式井架、旋轉(zhuǎn)、滾筒高置等多種型號連續(xù)管鉆機(jī)。加拿大FOREMOST公司生產(chǎn)的連續(xù)管鉆機(jī)，適應(yīng)的最大管徑是88.9 mm，注入頭最大提升能力90 t，頂驅(qū)最大提升能力120 t，是目前世界最先進(jìn)的連續(xù)管鉆機(jī)。

2.2.5 Xtreme的連續(xù)管作業(yè)機(jī) XSR200 2-5/8”連續(xù)管修井機(jī)最大作業(yè)井深7 167.5 m，是目前世界上作業(yè)最深的連續(xù)管陸地作業(yè)機(jī)。

2.2.6 Huisman的雙作業(yè)箱式鉆機(jī) 通過雙聯(lián)井架設(shè)計(jì)并結(jié)合2套提升系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)主、輔雙井口作業(yè)方式。

2.2.7 Seabed Rig AS的海底鉆機(jī) 實(shí)現(xiàn)全自動鉆進(jìn)，裝備完整密封艙設(shè)計(jì)，通過與鉆井船連接的“臍帶” 提供動力和循環(huán)液以及實(shí)現(xiàn)有效控制。

2.2.8 拖掛鉆機(jī) 鉆機(jī)主體滿足整體直立移運(yùn)，4 000～7 000 m鉆機(jī)百公里內(nèi)3～5 d完成搬家開鉆，近距離實(shí)現(xiàn)當(dāng)天搬家、當(dāng)天開鉆。發(fā)電機(jī)組和電控模塊/1車，固控系統(tǒng)/2車，2臺泥漿泵組/1車，外圍配套件全部采用拖掛運(yùn)輸。極大節(jié)省了搬家時(shí)間和搬家時(shí)吊裝、拆裝成本。

2.2.9 齒輪齒條鉆機(jī) 無絞車、大鉤、鉆井鋼絲繩，效率高，移運(yùn)性好，是當(dāng)前中小型鉆機(jī)發(fā)展的亮點(diǎn)。

2.3 新型鉆頭與破巖工具［9-14］

近年來，用于牙輪鉆頭的金剛石加強(qiáng)牙齒技術(shù)在國內(nèi)外鉆頭產(chǎn)品中應(yīng)用越來越廣。所謂“金剛石加強(qiáng)牙齒”（Diamond Enhanced Insert）實(shí)際上就是與PDC鉆頭復(fù)合片類似的聚晶金剛石復(fù)合牙齒。這種牙齒耐磨性非常好，但成本也高，所以一般多用于保徑結(jié)構(gòu)。但也開始出現(xiàn)全部使用金剛石加強(qiáng)牙齒的鉆頭產(chǎn)品，用于鉆進(jìn)研磨性極強(qiáng)的地層。

新一代復(fù)合片在熱穩(wěn)定性、抗研磨性和抗沖擊性明顯增強(qiáng)。特別是熱穩(wěn)定性的改進(jìn)，已經(jīng)成為尖端復(fù)合片技術(shù)的重點(diǎn)攻關(guān)目標(biāo)，這對提高PDC齒在難鉆地層的工作壽命十分重要。使得新一代PDC鉆頭適應(yīng)硬地層、研磨性地層以及難鉆不均質(zhì)地層的能力明顯增強(qiáng)。此外，復(fù)合片的自銳性能也有了階躍式的進(jìn)步，金剛石層表層的磨損速度明顯低于深層，因而能夠使復(fù)合片的切削刃更加銳利。這對提高PDC齒在高強(qiáng)度地層鉆進(jìn)時(shí)的吃入能力十分有益。

牙輪-PDC混合鉆頭、微芯鉆頭等技術(shù)的突破，推動了硬地層鉆速的持續(xù)提高。

2.3.1 Kymera 復(fù)合鉆頭 貝克休斯公司推出的Kymera系列鉆頭，最小尺寸只有155.6 mm，最大達(dá)711 mm，具有金剛石鉆頭切削及牙輪鉆頭高抗壓強(qiáng)度優(yōu)點(diǎn)，即能夠同時(shí)發(fā)揮PDC鉆頭優(yōu)越的切削破巖機(jī)理及牙輪鉆頭的沖擊破碎機(jī)理。適用于硬質(zhì)夾層、結(jié)核狀地層、塑性泥巖地層，尤其是含細(xì)礫地層。由于具有PDC鉆頭的攻擊性，所以具有鉆速快的特點(diǎn)，同時(shí)又具有牙輪鉆頭一樣的低扭矩特性，所以運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，軸向振動小，方向控制性好，壽命長。目前該鉆頭進(jìn)尺已接近8×104m，在美國、加拿大、巴西、沙特、挪威、中國等多個(gè)國家使用。

最近該鉆頭在塔里木油田迪北103井?444.5 mm井眼首次應(yīng)用，克服迪北區(qū)塊蘇維依組礫石含量多、地層軟硬交互頻繁、可鉆性差等問題，一趟鉆鉆穿吉迪克底部、蘇維依組、庫姆格列木群組，總進(jìn)尺342.4 m，平均機(jī)械鉆速1.91 m/h，與鄰井迪北104相比，降低鉆井周期16 d，代替5只PDC鉆頭。

可喜的是，由寶石機(jī)械成都裝備制造分公司研發(fā)的牙輪-PDC復(fù)合鉆頭（圖2）在四川麻002-H1井須家河組（須四—須二）首次成功完成現(xiàn)場試驗(yàn)。此次試驗(yàn)從井深954.73 m順利鉆進(jìn)至1 232.73 m，總進(jìn)尺278 m，平均機(jī)械鉆速4.21 m/h，機(jī)械鉆速同比麻6井提高23.46%，且出井后鉆頭胎體、新度保持較好，鉆頭工作穩(wěn)定性較PDC鉆頭顯著提高。該鉆頭的研制和試驗(yàn)成功，為軟硬交錯(cuò)地層的高效鉆進(jìn)提供了新的技術(shù)手段。

圖2 牙輪-PDC混合鉆頭

2.3.2 微芯鉆頭（MicroCORE） 微芯鉆頭（圖3）能隨鉆切取小直徑巖心，提高破巖效率，用于深部堅(jiān)硬地層和高溫高壓井，現(xiàn)場應(yīng)用提速40%～80%。鉆頭設(shè)計(jì)方法帶來其它常規(guī)鉆頭無可比擬的性能，能夠連續(xù)提供較大的高質(zhì)量巖心碎塊（直徑10×30 mm微型巖心）。鉆進(jìn)地層的小尺寸巖心由鉆頭的中心區(qū)域完成，同時(shí)不影響鉆頭切削結(jié)構(gòu)，而且這個(gè)過程是在鉆井過程中連續(xù)發(fā)生的。在鉆井過程中，小尺寸巖心長度不斷增長到標(biāo)稱長度，就會接觸到一個(gè)巖心破壞裝置，利用橫向作用力將巖心切斷。在2個(gè)前置刀翼中間有1個(gè)較大且較深的槽，小尺寸巖心就會通過這個(gè)中空區(qū)域運(yùn)移到環(huán)空中。這個(gè)中空區(qū)域始終保持敞開狀態(tài)，防止鉆頭堵塞等風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生。盡管小尺寸巖心很難完整地到達(dá)地面，但是這些較大尺寸的巖心碎塊（遠(yuǎn)大于常規(guī)鉆屑）在地面收集后可用于巖石力學(xué)分析。

圖3 微芯鉆頭

2.3.3 抗高溫牙輪鉆頭 斯倫貝謝Smith鉆頭公司發(fā)布了用于地?zé)峋透邷劂@井的高效牙輪鉆頭Kaldera（圖4）。該鉆頭采用先進(jìn)的密封和潤滑系統(tǒng)，密封件由增強(qiáng)纖維型氟橡膠復(fù)合材料制成，由此提供熱穩(wěn)定性和抗研磨性能。從合成油和功能性添加劑中創(chuàng)新性研發(fā)出一種混合脂，能夠在高溫下提高工具的承載能力，從而充分保證軸承和密封系統(tǒng)的潤滑性。近期在意大利溫度超過277 ℃的地?zé)峋谐晒?yīng)用，純鉆77 h，與鄰井相比，井底鉆進(jìn)時(shí)間提高了37%。起鉆后發(fā)現(xiàn)鉆頭所有的密封和軸承件仍然處于有效壽命內(nèi)。

圖4 Smith鉆頭公司用于高溫井的Kaldera牙輪鉆頭

2.3.4 哈里伯頓SteelForce鉆頭 該鉆頭流道面積大，具有防泥包涂層，有助于清除巖屑和防止泥包。優(yōu)異的切削齒技術(shù)提高了抗研磨、抗沖擊和熱穩(wěn)定性。較以往鉆頭相比，鉆速快87%，降低了每米成本（圖5）。

圖5 傳統(tǒng)的基質(zhì)鉆頭（左邊）與哈里伯頓SteelForce鉆頭的高切削齒設(shè)計(jì)對比

SteelForce鉆頭的優(yōu)點(diǎn)是：①鋼比碳化物合金更有韌性，鋼胎體的切削部分伸出長度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)鉆頭，提高了流道面積，從而提高了鉆速；②擴(kuò)展了噴嘴類型設(shè)計(jì)，從而具有更大適應(yīng)性，也使該型鉆頭較其他類似鉆頭鉆得更快、磨損更少；③為對付研磨性地層磨損，采用新型表面堆焊硬合金工藝，延長了鉆頭壽命，甚至超過碳化鎢合金鉆頭；④每只鉆頭都有防泥包涂層，改變了鋼體的電位，排斥了負(fù)離子的淤渣沉積，防止鉆頭泥包；⑤切削齒提供抗研磨性和抗沖擊性，控制鉆進(jìn)過程中產(chǎn)生的摩擦熱能力，使得它可承受鉆進(jìn)時(shí)間更長、磨損速率更慢。

2.3.5 新一代O2切削齒PDC鉆頭 斯倫貝謝Smith公司開發(fā)了新一代O2切削齒PDC鉆頭，同傳統(tǒng)PDC鉆頭相比，強(qiáng)化了高溫高壓燒結(jié)流程，精制的后處理流程改善了切削齒的熱穩(wěn)定性，優(yōu)化的水力結(jié)構(gòu)提高了鉆頭冷卻效率。在東德克薩斯油田的現(xiàn)場試驗(yàn)中，鉆速提高25%。該技術(shù)目前已開始應(yīng)用于 Haynesville頁巖氣及其他堅(jiān)硬、高研磨性地層。

2.3.6 SperryDrill XL/XLS和GeoForce XL/XLS系列馬達(dá) 哈里伯頓Sperry Drilling公司發(fā)布了SperryDrill XL/XLS和GeoForce XL/XLS系列馬達(dá)，進(jìn)一步完善了其螺桿鉆具系列。該系列馬達(dá)功率提高了80%，扭矩載荷提高了65%，作業(yè)壓差提高了50%，鉆頭與彎節(jié)之間距離更短，從而具有更高的造斜率。額定作業(yè)溫度達(dá)到375 °F。這些馬達(dá)已在北美、南美和中東地區(qū)應(yīng)用。

2.3.7 Mpact公司新型4-3/4”井下馬達(dá) Mpact井下馬達(dá)公司發(fā)布了其新型?120.65 mm（4-3/4”）井下馬達(dá)，其負(fù)載能力提高了18%，從而進(jìn)一步提高了工具可靠性，同時(shí)允許施加更大的鉆壓，有助于提高鉆速。大型止推軸承具有更大的負(fù)載能力。工具的抗拉強(qiáng)度等于或超過馬達(dá)其它部分。其專有的可調(diào)外殼能夠在0～4°間進(jìn)行調(diào)整?？烧{(diào)外殼在距調(diào)整環(huán)彎曲點(diǎn)處約120°左右安裝1個(gè)墊磨片。轉(zhuǎn)子的偏心移動與軸承組合的同心轉(zhuǎn)動由驅(qū)動軸連接。軸承組合用油實(shí)現(xiàn)潤滑、密封盒壓力平衡。這種壓力平衡方法能確保密封件壓耗為零，使得密封件只是油和鉆井液之間的屏障。最大推薦鉆頭壓降為10.34 MPa（1 500 psi）。徑向軸承能適應(yīng)大尺寸驅(qū)動軸，使其能夠承受極大的徑向載荷和扭轉(zhuǎn)載荷。溫度額定值為 400 °F。

2.3.8 渦輪鉆具配合孕鑲鉆頭 渦輪鉆具采用金屬定子和轉(zhuǎn)子葉輪、全金屬徑向軸承、PDC材質(zhì)軸向止推軸承，適用于高溫井和超高溫井的環(huán)境。孕鑲鉆頭由天然金剛石砂、人造金剛石顆粒、碳化鎢粉末以及粘合劑（鈷、鎳等稀有金屬）澆注而成，具有極高的抗研磨性和耐久度。渦輪鉆具配合孕鑲鉆頭特別適合于具有挑戰(zhàn)性的火成巖、花崗巖，致密膠結(jié)砂巖、含礫石地層以及軟硬交錯(cuò)沖擊性強(qiáng)的地層。渦輪鉆具可適用的最高循環(huán)井下溫度達(dá) 260 ℃。目前在沙特、松遼深層均得到了較好應(yīng)用。在沙特Pre-Khuff 泥巖含礫地層，抗壓強(qiáng)度172.37～248.22 MPa（25 000～36 000 psi）， 屬于超硬、研磨性極高地層。常規(guī)牙輪鉆頭和馬達(dá)鉆具機(jī)械鉆速低（0.8 m/h） ，鉆頭牙輪損壞和掉牙輪情況時(shí)有發(fā)生。應(yīng)用史密斯?168.28 mm（6-5/8”）定向渦輪鉆具和配合使用M842孕鑲金剛石鉆頭,單趟鉆進(jìn)尺259.7 m，平均機(jī)械鉆速2.13 m/h，比鄰井螺桿配合牙輪鉆頭節(jié)省了49%費(fèi)用。

2.4 高造斜率旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)

為開發(fā)非常規(guī)資源所鉆的水平井通常具有造斜率高、水平段長、井眼軌跡精確、下入次數(shù)多等需求，使用常規(guī)鉆井工具將耗費(fèi)大量時(shí)間。如能一趟鉆完成從垂直段到水平段的鉆進(jìn)，將可通過減少數(shù)次起下鉆作業(yè)大大節(jié)省鉆井時(shí)間。非常規(guī)油氣的開發(fā)推動了水平井技術(shù)的快速發(fā)展，而水平井技術(shù)的發(fā)展，對旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)提出了更高要求。

2.4.1 貝克休斯研制的AutoTrak Curve旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng) 可實(shí)現(xiàn)一趟鉆快速鉆進(jìn)井眼垂直段、曲線段和水平段，減少起下鉆次數(shù)，實(shí)現(xiàn)更快速建井（圖6）。AutoTrak Curve是全閉環(huán)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)，可根據(jù)指令向任意方向鉆出準(zhǔn)確、平滑的井眼軌跡。其導(dǎo)向功能主要由安裝在導(dǎo)向套筒中的三個(gè)可伸縮棱塊實(shí)現(xiàn)。導(dǎo)向套筒位于鉆頭附近，以固定的速率低速旋轉(zhuǎn)。地面控制信號發(fā)出后，井下供電裝置驅(qū)動棱塊有選擇地伸出，使旋轉(zhuǎn)中的鉆柱向既定方向偏斜。在鉆頭附近還安裝有伽馬射線探測器，有效縮短了工具長度，幫助進(jìn)行更為精確的地質(zhì)導(dǎo)向。系統(tǒng)能夠?qū)⒌孛嬷噶顐鬟f到井底，使鉆頭按照預(yù)定方位和井斜鉆進(jìn)，在北美最堅(jiān)硬的非常規(guī)地層中完成了超過10 000 h的現(xiàn)場試驗(yàn)，鉆進(jìn)井段?222.25 mm，節(jié)省鉆井周期達(dá)60%。系統(tǒng)最高造斜率超過15 （°）/30 m，允許鉆井液添加堵漏劑，拓展了鉆井液選用范圍。與傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)相比，AutoTrak Curve鉆入儲層時(shí)間更短，井眼控制能力更強(qiáng)，成本更低，適用范圍更廣。

圖6 高造斜率旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具鉆進(jìn)示意圖

2.4.2 斯倫貝謝開發(fā)的PowerDrive Archer高造斜率旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng) 這是一種將推靠式和指向式優(yōu)勢特征相結(jié)合的混合型旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)，既可以實(shí)現(xiàn)高狗腿度（DLS），同時(shí)又可以達(dá)到常見旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)的機(jī)械鉆速。由于是全程旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)，所有外部組件和鉆柱一起旋轉(zhuǎn)，這有利于井眼清潔，同時(shí)降低卡鉆的風(fēng)險(xiǎn)。井眼尺寸8 ?”–8 ?”，最大造斜率16.7 （°）/30 m。系統(tǒng)可進(jìn)行三維定向井鉆井，可在任何一點(diǎn)開窗側(cè)鉆，工作過程中所有的外部件都旋轉(zhuǎn)，減少了機(jī)械以及壓差卡鉆的可能性，改善了井身質(zhì)量。

PowerDrive Archer RSS不依賴外部移動墊塊推靠地層產(chǎn)生側(cè)向力。取而代之的是，4個(gè)泥漿控制的活塞推靠鉸接式圓柱形導(dǎo)向套筒的內(nèi)部，然后通過一個(gè)和萬向節(jié)連接的樞軸把鉆頭指向所需的方向。此外，位于萬向節(jié)上方的4個(gè)外部套筒扶正器刀翼一旦接觸到裸眼井壁，就會為鉆頭提供側(cè)向力，使得RSS 可執(zhí)行與推靠式系統(tǒng)類似的作業(yè)。由于其移動組件都在工具內(nèi)部，免受惡劣鉆井環(huán)境的影響，因此該RSS 出現(xiàn)故障或遭到損壞的風(fēng)險(xiǎn)較低。這種設(shè)計(jì)還有助于延長RSS 的使用壽命。與工具面相對位置保持一致的內(nèi)部閥門分流了部分泥漿到活塞。泥漿驅(qū)動活塞伸出來推靠導(dǎo)向套筒。在中性模式下，泥漿閥連續(xù)旋轉(zhuǎn)，鉆頭的側(cè)向力沿著裸眼井壁均勻分布，使得RSS 得以保持其走向。

近鉆頭測量參數(shù)如自然伽馬、井斜和方位角，允許作業(yè)者密切監(jiān)控鉆井過程。控制單元通過連續(xù)泥漿脈沖遙測裝置將當(dāng)前方位和其他操作參數(shù)傳遞給地面的作業(yè)者。定向井司鉆把指令從地面發(fā)送到位于導(dǎo)向單元上方的控制單元。泥漿流速根據(jù)這些命令而改變。每個(gè)命令都有各自獨(dú)特的波動模式，并和預(yù)先設(shè)定的導(dǎo)向圖上的離散點(diǎn)一一對應(yīng)，而這張導(dǎo)向圖在工具下鉆之前都已經(jīng)通過編程方式輸入到工具的內(nèi)存中。

采用PowerDrive Archer RSS，作業(yè)者可以使用同一個(gè)BHA 從上到下連續(xù)鉆垂直段、彎曲井段及水平井段，從而提高鉆井效率、機(jī)械鉆速和井眼質(zhì)量。避免了滑動鉆進(jìn)及旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)模式的交替更換，使用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)能夠降低井眼彎曲度、避免了粗糙井眼帶來的高摩阻。這有助于在油藏內(nèi)鉆出更長的水平井段。在Marcellus、Woodford頁巖地層水平井鉆井中發(fā)揮了重要作用（圖7）。

圖7 PowerDrive Archer高造斜率旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)

另外PathFinder公司研制的 i-PZIG是首款具有近鉆頭井斜、伽馬射線成像功能的定向工具，離鉆頭僅幾英尺遠(yuǎn)，進(jìn)一步提高了數(shù)據(jù)傳輸速度。威德福公司研制的MotarySteerable在泥漿馬達(dá)上配置彎接頭和具有三維定向控制功能的MWD元件，成本低，兼具旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)的功能，造斜率0～3°/30m 。

2.5 可折疊連續(xù)管技術(shù)

CoilFlat CT Liner是一種可以沿軸線折疊、連續(xù)盤繞的管中管（外管壁較薄，內(nèi)管壁稍厚）形式的套管（圖8）。CoilFlat具有2個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)：利用連續(xù)管滾筒下入，下入長度不受限制，1個(gè)直徑3.96 m、寬度2.44 m的滾筒可以盤繞?193.68 mm（7–5/8”）的折疊式連續(xù)套管1 219 m；抗擠毀能力更強(qiáng)。采用CoilFlat代替套管可以大幅度減少（高達(dá)70%）鋼材用量、大大減少下入時(shí)間、大幅度減少水泥用量同時(shí)提高固井質(zhì)量。

圖8 CoilFlat可折疊管

CoilFlat可折疊管無常規(guī)絲扣接頭，下井后，靠施加高泵壓撐圓。水泥漿通過管中管的環(huán)隙向下注入，并上返至管外環(huán)空。水泥漿凝固后產(chǎn)生4層保護(hù)：兩層水泥環(huán)、兩層鋼管，抗擠毀強(qiáng)度增大1倍。管子折疊后的寬度小于撐圓后的外徑，可充當(dāng)可膨脹管使用。

CoilFlat可折疊管目前還面臨一些技術(shù)難題：下井后如何確保不同井段的管子都能一致?lián)螆A，否則水泥漿無法在2個(gè)環(huán)空內(nèi)均勻充填；無扶正器，如何確保管子在井筒內(nèi)居中，否則可能影響固井質(zhì)量。

2.6 鉆井信息化技術(shù)

井下寬帶信息傳輸技術(shù)是一項(xiàng)致力于解決鉆井過程中泥漿脈沖傳輸和電磁波傳輸速度慢，隨鉆測井多數(shù)數(shù)據(jù)不能實(shí)時(shí)獲取的難題的先進(jìn)技術(shù)。最早由美國Intelliserv公司提出，并得到了美國能源部的資助，自2004年通過全尺寸現(xiàn)場試驗(yàn)以來，不斷發(fā)展和完善，已成為現(xiàn)代隨鉆儲層導(dǎo)向和隨鉆儲層評價(jià)的一種高速傳輸通道，得到哈里伯頓、貝克休斯、斯倫貝謝和威德福等國際一流油田技術(shù)服務(wù)公司的認(rèn)可和應(yīng)用。

井下寬帶信息傳輸技術(shù)把電纜嵌入鉆桿，鉆桿工具接頭兩端的電纜各有個(gè)感應(yīng)環(huán)，兩感應(yīng)環(huán)并不直接接觸，電纜之間通過電磁感應(yīng)實(shí)現(xiàn)“軟連接”，通過電磁感應(yīng)實(shí)現(xiàn)信號在鉆桿間的高速傳輸。通過鉆柱連接，形成一條自井底沿鉆柱到達(dá)地面的連續(xù)信道。傳輸速率極高。實(shí)際傳輸速率已達(dá)到57 kbps～2 Mbps，是泥漿脈沖或電磁波信道的5 000多倍。可實(shí)現(xiàn)井下-地面信息的瞬間傳輸。如果說測井是石油工業(yè)的“眼睛”，那么井下寬帶信息傳輸技術(shù)就是給這個(gè)“眼睛”裝上了“望遠(yuǎn)鏡”。

目前，美國國民油井華高公司（NOV）通過公司收購掌握著井下寬帶信息傳輸技術(shù)的核心技術(shù)。

2.6.1 分布式井下微電子隨鉆測量系統(tǒng)［15］利用直徑為2～5 mm的包含眾多傳感器（溫度、壓力、井斜、方位、地質(zhì)參數(shù)、運(yùn)動參數(shù)等）的微芯片隨鉆井液泵入井下，在井口收集這些微芯片，以便掌握井下地層與鉆頭的走向等，實(shí)現(xiàn)井下實(shí)時(shí)連續(xù)的全井參數(shù)測量，解決欠平衡鉆井過程中傳統(tǒng)隨鉆測量系統(tǒng)無法應(yīng)用問題。也可用于井下問題/事故定位與排查，提高隨鉆測量系統(tǒng)的可靠性，提高隨鉆測量系統(tǒng)的可維護(hù)性，降低操作復(fù)雜性。該技術(shù)成本低，有可能改變井下數(shù)據(jù)的采集方式。

2.6.2 E-drilling中心［16］挪威 SINTEF 石油研究中心利用實(shí)時(shí)動態(tài)模型模擬鉆井過程，根據(jù)實(shí)時(shí)模擬和鉆井?dāng)?shù)據(jù)分析進(jìn)行井下事故與復(fù)雜診斷和決策。具有先進(jìn)的三維可視化技術(shù)，使決策者能看到井內(nèi)在發(fā)生什么。三維可視化技術(shù)用于遠(yuǎn)程監(jiān)控和控制作業(yè)（可視化井筒），包括：海底安裝；修井作業(yè)；地震；設(shè)計(jì)與模擬；勘探；鉆井優(yōu)化；生產(chǎn)；維修和改進(jìn)；HMS；下柱塞或棄井等。在信息采集和傳輸方面，從“單因素記錄測量”向“信息高速公路成像測量”發(fā)展，采用有線鉆桿技術(shù)實(shí)時(shí)測量和傳輸數(shù)據(jù)，對油藏性能進(jìn)行實(shí)時(shí)更新。同時(shí)，利用隨鉆地震SWD、隨鉆垂直地震剖面VSPWD、電阻率掃描、電磁感應(yīng)NMR等技術(shù)，進(jìn)一步增強(qiáng)儲層導(dǎo)向能力。

2.6.3 遠(yuǎn)程鉆井咨詢系統(tǒng) 貝克休斯WellLink遠(yuǎn)程鉆井咨詢系統(tǒng)，通過對比數(shù)據(jù)庫中的相似鉆井案例，提前發(fā)現(xiàn)鉆井過程中的潛在問題，避免卡鉆、井漏、井涌等事故的發(fā)生。Empirical實(shí)時(shí)錄井技術(shù)采用實(shí)時(shí)云計(jì)算系統(tǒng)Live Logging在鉆井中隨時(shí)利用電腦與井場建立聯(lián)系，實(shí)時(shí)獲取地面錄井?dāng)?shù)據(jù)。

2.7 連續(xù)循環(huán)系統(tǒng)

接單根過程中實(shí)現(xiàn)鉆井液連續(xù)循環(huán)具有很多好處，包括更好地控制環(huán)空壓力波動（降低井涌發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)），減少泥漿漏失，降低壓差和機(jī)械卡鉆風(fēng)險(xiǎn)等。連續(xù)循環(huán)系統(tǒng)能夠降低泥漿泵開啟與關(guān)閉過程中引起的壓力波動對地層的損害。閥式連續(xù)循環(huán)裝置已在國外得到廣泛使用，該裝置是一種利用在鉆柱上加裝軸側(cè)雙向閥循環(huán)短節(jié)，通過控制系統(tǒng)來變換泥漿流向，在井口正常操作下實(shí)現(xiàn)接單根上卸扣期間的泥漿連續(xù)循環(huán)。鉆井液將自動從立管轉(zhuǎn)移到組件的側(cè)孔中，使得在接單根過程中實(shí)現(xiàn)連續(xù)循環(huán)。利用遠(yuǎn)程儀表板遠(yuǎn)離鉆臺實(shí)現(xiàn)連續(xù)循環(huán)，使作業(yè)者與施工現(xiàn)場保持一定的安全距離。該裝置結(jié)構(gòu)緊湊，占用空間小，作業(yè)方便，特別適合在平臺空間受限地區(qū)的鉆井中使用。

2.8 新型鉆井液技術(shù)［17］

2.8.1 新型水基鉆井液 代表性產(chǎn)品包括M-I公司的ULTRADRIL、哈利伯頓公司的HYDROGUADRTM、貝克休斯公司的PERFORMAX高性能水基鉆井液。性能、費(fèi)用及環(huán)保方面能替代油基與合成基鉆井液。抑制性強(qiáng)，高溫穩(wěn)定，適應(yīng)于大段泥頁巖水化膨脹引起的地層縮徑、坍塌等。

2.8.2 超高溫油基泥漿 M-I SWACO公司開發(fā)出RHADIANT新型耐超高溫油基泥漿體系，該體系可在260°高溫下保持良好流變性，同時(shí)形成比較薄的泥餅；與常規(guī)無水鉆井液相比，RHADIANT鉆井液體系穩(wěn)定的流變性和超薄光滑的泥餅為測井、下套管固井提供了清潔的井筒；在泰國灣的一口超高溫探井中，RHADIANT泥漿體系發(fā)揮了很好的濾失控制作用，保持了良好的流變性，形成高質(zhì)量的泥餅，實(shí)現(xiàn)了鉆井零漏失。

2.8.3 頁巖氣新型水基鉆井液 M-I SWACO研發(fā)了一種改進(jìn)的水基鉆井液，易于合成，廉價(jià)的常用鉆井液配制原料結(jié)合新的硅土納米材料可以使整個(gè)鉆井液體系鉆頁巖層時(shí)達(dá)到理想的流變性和井壁穩(wěn)定性，并能達(dá)到環(huán)保的要求。僅極少量水侵入到頁巖中，可有效抑制頁巖水化膨脹，使用納米材料來封堵頁巖孔隙可降低頁巖滲透率98.9%，具有良好的物理封堵能力。在貝肯頁巖氣井現(xiàn)場試驗(yàn)中，有效抑制了井壁垮塌，鉆井周期縮短35%～50%。

2.8.4 新型防漏技術(shù) 蘭德公司開發(fā)的鑲嵌式成膜鉆井液利用鑲嵌核和屏蔽膜在正壓差作用下形成一層鑲嵌膜，提高地層承壓能力，防止漏失。與傳統(tǒng)泥漿造壁相比，鑲嵌式造壁具有極少的有害固相和極強(qiáng)的抗污染能力，抗沖刷時(shí)間增加一倍左右，封堵能力強(qiáng)。試驗(yàn)表明鑲嵌式成膜體系最高耐溫150 ℃，對泥頁巖具有很強(qiáng)的抑制、包被、防止坍塌作用?，F(xiàn)場應(yīng)用表明，該體系性能穩(wěn)定，攜帶懸浮穩(wěn)定井壁優(yōu)，全井平均井徑擴(kuò)大率不到5%。

M-I公司開發(fā)的一體化井眼加固技術(shù)（I-BOSS）通過在井壁上產(chǎn)生裂縫，象楔子一樣擠壓井眼周圍形成應(yīng)力巖石籠，之后加入堵漏材料用作支撐和密封裂縫。主要應(yīng)用于薄弱性地層、窄密度窗口地層。

斯倫貝謝公司研發(fā)，利用樹脂的光敏感固化性能在井壁生成井筒襯即井壁“貼膜”，是一種集穩(wěn)定井壁、防漏堵漏、提高地層承壓能力與保護(hù)儲層一體化的新技術(shù)。

2.8.5 新型鉆井液處理劑 M-I公司的微米化重晶石加重劑技術(shù)解決了高密度鉆井液的懸浮性問題。一種微米級顆粒加重劑，不改變鉆井液的流變性，加重后鉆井液ECD易控制、井眼凈化能力強(qiáng)。貝克休斯公司的四氧化三錳加重劑解決了套管磨損、高密度鉆井液懸浮性問題。與重晶石相比，密度大，但顆粒尺寸小，較低屈服值下不會沉降。易酸溶，儲層保護(hù)效果好。納米級封堵聚合物MAX-SHIELDTM用于解決井壁穩(wěn)定、提高承壓能力問題。在微裂縫中密封微孔、減小壓差卡鉆，高鹽度環(huán)境下井壁穩(wěn)定。

2.9 控壓鉆井技術(shù)

控壓鉆井是一種自適應(yīng)的鉆井工藝，可以精確控制全井筒環(huán)空壓力剖面，確保鉆井過程中保持“不漏、不噴”的狀態(tài)，即井眼始終處于安全密度窗口內(nèi)。目前國際上對控壓鉆井研究很多，形成商業(yè)化產(chǎn)品、能夠進(jìn)行現(xiàn)場施工服務(wù)的主要有Halliburton公司的動態(tài)壓力控制系統(tǒng)（DAPC精細(xì)控壓鉆井系統(tǒng)）、Weatherford公司的Secure Drilling系統(tǒng)（精細(xì)流量控制系統(tǒng)）和Schlumberger公司的自動節(jié)流控壓鉆井系統(tǒng)。控壓鉆井技術(shù)在海洋、陸地應(yīng)用超過500口井，用于解決窄窗口下的漏失和提速等。

威德福開發(fā)的深水閉環(huán)鉆井系統(tǒng)能發(fā)現(xiàn)微小溢流和井漏，實(shí)現(xiàn)相關(guān)信息實(shí)時(shí)輸出和自動決策，適用于先進(jìn)MPD及井眼壓力監(jiān)測，鉆井液形成閉路循環(huán)，能提高鉆井效率，降低鉆井成本。

REELWELL公司研發(fā)的雙壁鉆桿反循環(huán)鉆井工藝實(shí)質(zhì)上也屬于控壓鉆井的一種。在常規(guī)鉆柱內(nèi)部安裝特殊內(nèi)管，形成一種同心管，稱Reelwell鉆井方法（RDM）（圖9）。內(nèi)管用于從井底清除巖屑，外管用于泵入鉆井液。內(nèi)管外壁有絕緣涂層，管中管充當(dāng)同軸電纜，向井下供電，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速、雙向傳輸。在BHA上方和鉆柱下部安裝滑動活塞，用于分離環(huán)空內(nèi)雙梯度鉆井液和幫助控制壓力。井底鉆具組合以上環(huán)空采用較高密度鉆井液，循環(huán)采用低密度鉆井液。提高了壓力控制水平和水平段延伸能力，能夠更好地解決窄密度窗口問題，減少非生產(chǎn)時(shí)間，提高作業(yè)安全性。

圖9 Reelwell鉆井方法

目前控壓鉆井主要用于一些高難度井，如高溫高壓井、含酸性有毒氣體的碳酸鹽巖裂縫性地層、海洋窄密度窗口井，以及以前采用常規(guī)方法所無法鉆達(dá)設(shè)計(jì)井深的井等。

3 國內(nèi)鉆完井技術(shù)與裝備進(jìn)展

3.1 萬米鉆機(jī)及配套裝備

深井超深井鉆探能力是一個(gè)國家鉆井水平的體現(xiàn)，為提升深層和超深層油氣鉆探能力，成功研制8 000/9 000/12 000 m 鉆機(jī)，配套形成9 000 kN頂部驅(qū)動鉆井裝置和6000HP絞車及盤式剎車，2200HP鉆井泵及高壓管匯系統(tǒng)能在34 MPa高泵壓大排量的工作條件下平均無故障運(yùn)行300 h以上，可完全滿足深井、超深井高壓噴射鉆井的需要。目前8 000 m、9 000 m鉆機(jī)已經(jīng)成為塔里木山前鉆井的主力鉆機(jī)。12 000 m陸地鉆機(jī)使中國成為第2個(gè)擁有萬米級交流變頻鉆探裝備的國家，必將在國內(nèi)西部深層和海外油氣勘探開發(fā)中發(fā)揮日益重要的作用。

3.2 近鉆頭地質(zhì)導(dǎo)向系統(tǒng)

針對近年來水平井?dāng)?shù)量不斷增多的問題，研制了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的隨鉆測量、隨鉆測井和近鉆頭地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了大多數(shù)水平井都能夠采用國產(chǎn)儀器實(shí)現(xiàn)軌跡的測量與控制。

適合于薄油層水平井軌道控制的CGDS-I近鉆頭地質(zhì)導(dǎo)向系統(tǒng)，打破了國外壟斷，使我國成為繼美法之后第3個(gè)掌握該項(xiàng)技術(shù)的國家，目前已出口到加拿大等國。該技術(shù)在大慶、吉林等油田累計(jì)施工100余井次，最薄油層厚度只有0.4 m，顯著提高了儲層鉆遇率。

3.3 控壓鉆井系統(tǒng)

為解決窄壓力窗口鉆井難題，自主研制包括地面壓力控制裝置和井下壓力隨鉆測量工具的精細(xì)控壓鉆井系統(tǒng)，攻克控壓鉆井技術(shù)及裝備的核心技術(shù)，井底壓力控制精度±0.5 MPa，實(shí)現(xiàn)多策略、自適應(yīng)閉環(huán)監(jiān)控，可進(jìn)行近平衡、欠平衡精細(xì)控壓鉆井作業(yè)，適用于各種鉆井工況；填補(bǔ)了國內(nèi)空白，達(dá)到了國外同類技術(shù)的先進(jìn)水平。在塔里木塔中、川渝、冀東、華北等開展現(xiàn)場試驗(yàn)與工業(yè)應(yīng)用30余井次，實(shí)施了井底壓力精細(xì)控制，系統(tǒng)性能穩(wěn)定，有效解決了“溢漏共存”鉆井難題，取得顯著應(yīng)用效果。

3.4 自動垂直鉆井系統(tǒng)

針對山前高陡構(gòu)造和逆掩推覆體地層的易斜難題，突破了動力防斜技術(shù)，成功研發(fā)出VDT5000自動垂直鉆井系統(tǒng)。成為塔里木山前高陡構(gòu)造地區(qū)防斜打快的主體技術(shù)。VDT5000的成功推廣應(yīng)用，使機(jī)械鉆速大幅度提高，井斜控制在1°以內(nèi)。對于解決西部地區(qū)易斜地層鉆速、避免套損發(fā)揮了重要作用。

3.5 連續(xù)管技術(shù)與裝備

為降低工程作業(yè)費(fèi)用，提高井下作業(yè)效率，成功研制CT38、LG360/60T連續(xù)管作業(yè)機(jī)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，克服大管徑、高強(qiáng)度、連續(xù)管穿注入頭等難題，在液壓控制、夾緊方式、夾持塊表面處理、井口防噴系統(tǒng)和鏈條同步等方面取得重要突破,技術(shù)性能達(dá)到國外同類產(chǎn)品先進(jìn)水平。建成國內(nèi)首條連續(xù)管生產(chǎn)線，已生產(chǎn)?31.75～88.9 mm（1?”～3?”）連續(xù)管近10萬m。?60.33 mm（2–3/8in）連續(xù)管最大下井深度達(dá)到4 500 m，在遼河、四川、大港、冀東等油田工程應(yīng)用，整機(jī)操作可靠、運(yùn)行平穩(wěn)，顯著提高了作業(yè)效率和單井產(chǎn)量。

新近由中國石油集團(tuán)鉆井技術(shù)研究院研制的LZ580/73T連續(xù)管鉆機(jī)，配套研制了適應(yīng)老井側(cè)鉆和老井加深連續(xù)管鉆井的地面配套系統(tǒng)，2013年4月在大港油田東3-2K井，連續(xù)管側(cè)鉆60 m，2013年7月在大港油田港7-71K井，連續(xù)管側(cè)鉆151 m。

3.6 煤層氣水平井遠(yuǎn)距離穿針裝備

為克服煤層氣水平井與洞穴直井精確引導(dǎo)連通難題，自主研制了具有超近距離引導(dǎo)、井斜測量和空間立體制導(dǎo)功能的遠(yuǎn)距離穿針裝備DRMTS-Ⅰ，打破國外壟斷，達(dá)到國外同類技術(shù)先進(jìn)水平。產(chǎn)品突破磁源發(fā)射裝置、磁場測量探管、磁場測量分析系統(tǒng)三項(xiàng)核心技術(shù)，探測能力達(dá)到70 m，實(shí)現(xiàn)了5 m以內(nèi)仍能探測、測量誤差小于5%的良好性能。在山西鄭莊、彬縣和陜西韓城等地區(qū)進(jìn)行數(shù)十口井現(xiàn)場試驗(yàn)，一次連通作業(yè)成功率達(dá)100%，為煤層氣高效開發(fā)提供了重要裝備支持。

3.7 無線電磁波隨鉆測量系統(tǒng)

電磁波隨鉆測量技術(shù)是利用空氣作為循環(huán)流體鉆定向井、水平井，提高低壓低滲油氣田產(chǎn)量的關(guān)鍵技術(shù)。自主研制的DREMWD無線電磁波隨鉆測量系統(tǒng)由電磁波信號實(shí)時(shí)上傳井下信息，能隨鉆測量井斜角、方位角、工具面角、方位自然伽馬等，適用于各種循環(huán)介質(zhì)的鉆井作業(yè)，最高數(shù)據(jù)傳輸速率達(dá)11 bit/s，最高工作壓力和溫度100 MPa/125 ℃，達(dá)到國際先進(jìn)水平。

現(xiàn)場試應(yīng)用10多井次，無接力數(shù)據(jù)傳輸深度最高達(dá)2 876 m。在HN10-D3井累計(jì)隨鉆時(shí)間67 h，進(jìn)尺320 m，定向過程電磁波信號無間斷傳輸，定向鉆進(jìn)時(shí)動態(tài)數(shù)據(jù)：井斜角跳動小于0.3°、方位角跳動小于0.5°、工具面角跳動小于2°。

3.8 隨鉆電磁波電阻率測井儀器

由長城鉆探公司研制成功的隨鉆電磁波電阻率測井儀，運(yùn)用自適應(yīng)發(fā)射功率調(diào)整技術(shù)，提高了不同探測深度的電阻率測量精度，測量范圍擴(kuò)大了1.5倍。利用局部時(shí)間攝動解碼技術(shù)，脈沖信號解碼率提高30%，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)測取、跟蹤油層邊界，達(dá)到了國際先進(jìn)水平。通過多口井現(xiàn)場試驗(yàn)，該儀器的測量精度、探測深度、傳輸速度、存儲量與信號識別率等性能指標(biāo)均優(yōu)于國際同類儀器。該技術(shù)能探測儲層邊界，實(shí)現(xiàn)了超薄層水平井地質(zhì)導(dǎo)向鉆井。

3.9 隨鉆地層壓力、溫度測試系統(tǒng)

由大慶鉆探公司研制的隨鉆地層壓力、溫度測試系統(tǒng)，改變了RFT/MDT電纜式測試方式，是實(shí)現(xiàn)地層壓力測試的一項(xiàng)新技術(shù)，填補(bǔ)了國內(nèi)空白。系統(tǒng)由井下測試和地面信息接收兩部分組成，可以隨鉆獲取地層壓力、流度、井下環(huán)空壓力和溫度，可以有效封隔井壁，形成負(fù)壓抽吸地層流體，實(shí)現(xiàn)地層壓力的獲取，并將測試的數(shù)據(jù)隨鉆上傳至地面，具有井下大功率供電、井下自動控制、地面與井下雙向通訊等特色。

在大慶油田應(yīng)用30多口井，單支儀器井下累計(jì)工作時(shí)間最長達(dá)到了860 h，完成隨鉆地層壓力測試122次?？梢噪S鉆識別干氣層、高滲層和低滲層，為后期確定油氣開采方案提供重要依據(jù)。

3.10 水平井分段壓裂工具

針對低滲油氣藏高效開發(fā)和水平井分段壓裂難題，研制成功水平井雙封單卡、滑套、水力噴砂分段壓裂技術(shù)裝備，以及自膨脹封隔器、選擇性完井等新工具，實(shí)現(xiàn)最大分段壓裂油井16段、氣井21段的技術(shù)突破，基本形成水平井經(jīng)濟(jì)有效增產(chǎn)改造配套技術(shù)系列，顯著提高了低滲透、致密油、致密氣、頁巖氣水平井開發(fā)效益，目前中國石油60%以上的水平井都需要采用分段壓裂完成，最大分段超過20段，水平井段最長成功3 000 m，單井最大壓裂液用量超過20 000 m3，最大加砂超過1 600 m3，初步實(shí)現(xiàn)了“千方砂子萬方液”的壓裂規(guī)模。

4 行業(yè)發(fā)展預(yù)測

IDC能源觀察每年都要為能源等行業(yè)預(yù)測未來一年發(fā)展趨勢，對2013年全球石油和天然氣行業(yè)十大預(yù)測：

（1）石油和天然氣行業(yè)的創(chuàng)新將由勘探和生產(chǎn)非常規(guī)資源主導(dǎo)。早期的勘探開發(fā)技術(shù)創(chuàng)新（如水平井鉆完井、水力壓裂）使可用資源可能恢復(fù)，接下來將是通過IT激活的過程創(chuàng)新。稍后階段，IT激活的過程創(chuàng)新將集中于效率和風(fēng)險(xiǎn)管理。

（2）獨(dú)立的中型勘探和生產(chǎn)公司將繼續(xù)保持在頁巖氣領(lǐng)域的創(chuàng)新主體地位。獨(dú)立的中型E&P公司將為頁巖氣生產(chǎn)開辟一條“制造”途徑。這種途徑將需要在資本項(xiàng)目規(guī)劃、鉆機(jī)調(diào)度、供應(yīng)鏈管理、企業(yè)資產(chǎn)管理（EAM）、環(huán)境、健康和安全（HSE）等方面增加IT投資。超級、大型和國家石油公司（NOC）將通過收購繼續(xù)獲得這種技術(shù)專長。

（3）安全和環(huán)境管理要求的工作將更多。最佳實(shí)踐的公司將重點(diǎn)明確問責(zé)制，指定權(quán)威和明確的安全和風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)，以及培訓(xùn)安全工作做法、先進(jìn)的維修實(shí)踐、啟動前的評價(jià)，應(yīng)急響應(yīng)和控制、標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)程序。石油和天然氣公司將投資在資產(chǎn)、人員和業(yè)務(wù)整體安全、監(jiān)測技術(shù)、HSE、EAM事件管理和分析（包括地理空間可視化）、企業(yè)內(nèi)容管理和工作流程，鞏固安全進(jìn)程。

（4）智能鉆井和生產(chǎn)將是數(shù)字油田的基石。遠(yuǎn)程控制和監(jiān)視儀器將使油氣井越來越自動化，大幅度減少在偏遠(yuǎn)地區(qū)井的作業(yè)人次。油公司將采用智能儀器儀表、實(shí)時(shí)通信和先進(jìn)的分析工具實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量的提高，并快速對現(xiàn)場問題作出反應(yīng)。

（5）資本項(xiàng)目管理將越來越多地集中在規(guī)劃和投資組合中。公司將優(yōu)先考慮前期規(guī)劃和管理風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)建立過程管理，以監(jiān)督效率。投資回報(bào)率（ROI）的重點(diǎn)將從個(gè)別項(xiàng)目上擴(kuò)大到全球組合項(xiàng)目，多個(gè)應(yīng)用程序集成（工程、項(xiàng)目組合管理、內(nèi)容將需要管理、協(xié)作和分析）項(xiàng)目。

（6）油公司將朝著綜合性資產(chǎn)管理的方向發(fā)展。

公司將從傳感器、移動設(shè)備、SCADA和EAM系統(tǒng)應(yīng)用數(shù)據(jù)分析優(yōu)化資產(chǎn)管理流程。使運(yùn)營商走向?qū)崟r(shí)決策，在發(fā)生故障和災(zāi)難之前確定問題。

（7）收購兼并將集中在能源商品交易的透明度上。

（8）云服務(wù)將擴(kuò)展到核心的勘探和生產(chǎn)流程。

（9）油公司將在工程技術(shù)服務(wù)企業(yè)、供應(yīng)商的幫助下填補(bǔ)安全漏洞。安全的投資將在全球繼續(xù)增加——尤其是在防病毒，防垃圾郵件，身份和訪問管理領(lǐng)域。

（10）IT支出的增長將推動新興經(jīng)濟(jì)體。到2015年，中東和非洲、中歐和東歐平均利率將增長1倍。亞太地區(qū)將在IT總支出方面挑戰(zhàn)北美。E＆P軟件支出將繼續(xù)主宰E&P的投資水平。

近期的報(bào)告顯示，未來20年全球的能源需求將增長近40%，到2030年，以石油為基礎(chǔ)的化石燃料仍將在世界能源格局中扮演重要角色。巴克萊資本公司最新預(yù)測數(shù)據(jù)顯示，2013年全球油氣勘探及開采投資預(yù)計(jì)達(dá)6 780億美元，比2012年增長10%。“這預(yù)示著全球油氣勘探及開采投資自2009年以來，將連續(xù)四年出現(xiàn)兩位數(shù)增長。”可以斷言，云計(jì)算、集成化的三維建模及成像技術(shù)將在未來提高油氣井設(shè)計(jì)及作業(yè)效率中發(fā)揮重要作用。

當(dāng)前油氣生產(chǎn)的挑戰(zhàn)已與過去大大不同，作業(yè)區(qū)域延伸到了更加復(fù)雜和嚴(yán)酷的環(huán)境：深水、極地、老油田及非常規(guī)領(lǐng)域。面對新的挑戰(zhàn)，簡單技術(shù)已經(jīng)走到了盡頭，世界各國越來越把油氣工業(yè)的發(fā)展寄希望于技術(shù)革命，需要發(fā)展多學(xué)科綜合一體化技術(shù)才能解決日益復(fù)雜的油氣開發(fā)需求，只有那些擁有前沿技術(shù)、掌握先進(jìn)“利器”的國家或公司才能始終占據(jù)競爭的制高點(diǎn)。

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［9］ TAYVIS DUNNAHOE.New bit design provides better cuttings［J/OL］. E&P Feb 8, 2011. http://www.epmag.com/Production-Drilling/New-bit-design-better-cuttings_76925.

［10］ ASHLEY E. Organ System helps mitigate lost-circulation risks［J/OL］. E&P Apr 12, 2011. http://www.epmag.com/Production-Drilling/System-Helps-Mitigate-Lost-Circulation-Risks_80962.

［11］ PRAMOD KULKARNI.What’s next for the deepwater Gulf of Mexico［J/OL］.World Oil,2010,231（9）. http://www.worldoil.com/editoral-comment-september-2010.html.

［12］ BELLIN F.The current state of PDC bit technology［J/OL］. World Oil, 2010, 231（9）. http://www.worldoil.com/The-current-state-of-PDC-bit-technology.

［13］ KENNEDY J L .Impressive Arctic discoveries drive international push into unexplored areas ［J/OL］.World Oil, 2010, 231（7）. http://www.worldoil.com/Impressive-Arctic-discoveries-drive-international-push-intounexplored-areas.html.

［14］ LANGLEY D.Next steps for expandables［J/OL］.World Oil, 2010, 231（7）. http://www.worldoil.com/Drilling-Hazard-Mangement.html.

［15］ ALFONSO MORA RIOS.Using seismic-while-drilling technology to reduce uncertainty［J/OL］.Offshore,Jan 1, 2011. http://www.offshore-mag.com/articles/print/volume-71/issue-1/geology-__geophysics/using-seismicwhile-drilling-technology-to-reduce-uncertainty.html.

［16］ MIKE WAHLBERG.Drilling rig upgraded offshore with prepackaged "shipyard in a box"［ J/OL］.Offshore,Jun 1, 2010. http://www.offshore-mag.com/articles/print/volume-70/issue-6/drilling-__completion/drilling-rigupgraded-offshore-with-prepackaged-shipyard-in-a-box.html.

［17］ KEN WHANGER.Liner drilling beats lost circulation at 25,000 ft［J/OL］. Offshore, Jun 1, 2010. http://www.offshore-mag.com/articles/print/volume-70/issue-6/drilling-__completion/liner-drilling-beats-lostcirculation-at-25000-ft.html.

（修改稿收到日期 2013-08-31）

Advances in well drilling and completion technologies for domestic and overseas

WANG Haige, WANG Lingbi, JI Guodong, ZHUO Lubin, BI Wenxin, LIU li
（Drilling Research Institute of CNPC,Beijing100091,China）

The exploration and production of shale gas, as well as tight oil/shale oil, tight gas, deep water and arctic hydrocarbon,is promoting global drilling and completion activity to continuously rebound, which boosts the rapid development of drilling techniques such as horizontal well, factorial construction, and drilling equipment including quick-carrying drilling rigs, deep-water drilling rigs, and polar drilling rigs. Foreign corporations have made substantial progresses on high effective round trip drilling rigs, quick-carrying rigs,cone/PDC complex bits, micro-coring bits, high effective rock-breaking tools, downhole real-time high capacity information transmission, high build-up rate rotary steerable system （buildup section and horizontal section drilled in one run）, fold coiled tubes, drilling remote information transmission and real-time optimization, continuous circulation system, managed pressure drilling, high temperature oil base drilling fluids, new type water base drilling fluids, new type sealing technologies, etc. Domestic corporations have made a significant breakthrough in myriameter rig and auxiliary devices, MWD/LWD/EMWD/CGDS, coiled tube technologies and equipments,CPDS managed pressure drilling system, vertical drilling system, temperature and pressure test while drilling and so on, which promotes drilling technologies and equipments to get ahead quickly.

drilling; shale gas; deep water; arctic; drill bit; coiled tube; managed pressure drilling; factorial construction

汪海閣，王靈碧，紀(jì)國棟，等. 國內(nèi)外鉆完井技術(shù)新進(jìn)展［J］.石油鉆采工藝，2013,35（5）：1-12.

TE243

：A

1000–7393（2013） 05–0001–12

汪海閣，1967年生。1995年畢業(yè)于中國石油大學(xué)（北京），獲油氣井工學(xué)博士學(xué)位，1997年從中國石油勘探開發(fā)研究院博士后出站。目前在中國石油集團(tuán)鉆井工程技術(shù)研究院工作，教授級高級工程師。E-mail：wanghaigedri@cnpc.com.cn。

〔編輯 付麗霞〕