科學化與自動化鉆井技術

20世紀50年代初，石油鉆井技術由經驗鉆井步入科學化鉆井時期。20世紀50年代初～20世紀80年代初為科學化鉆井前期階段，發展了噴射鉆井技術、優選參數鉆井技術、叢式井鉆井技術及高效鉆頭技術，這些技術多為單項先進技術。20世紀80年代中至今為科學化鉆井后期階段，這一階段的主要特征是以鉆井信息化、智能化為特點向自動化鉆井邁進。發展了井下信息實時檢測技術，如隨鉆測量（MWD）、隨鉆測井（LWD）、隨鉆地震(SWD)、隨鉆地層評價(FEMWD)和鉆井動態數據實時測量，使鉆井過程中井下地質參數、鉆井參數和井眼參數能夠實時測量、傳輸、分析和控制。開發了井下導向和井下閉環鉆井系統。發展了有利于發現新油氣層和提高油田采收率新鉆井技術和方法，如欠平衡壓力鉆井、水平井鉆井、多分支井鉆井及連續油管鉆井等。

20世紀80年代中期，第1次在鉆定向井中使用可以隨鉆測井深、井斜、方位及輔助參數如溫度等的MWD。80年代末,三參數組合隨鉆測井儀(LWD)問世，可以測量除包括MWD的測量參數外，還有地質參數（隨鉆電阻率、隨鉆伽馬、隨鉆密度、隨鉆孔隙度等),可以實時向地面傳輸和井下儀器芯片內儲存。為鉆井數據自動采集，實現信息化和智能化鉆井奠定了基礎。

20世紀90年代形成了幾種先進鉆井技術，隨鉆地震(SWD)是結合地面地震、井筒內垂直地震和鉆井工程發展起來的一項學科交叉的新技術,可以估算出鉆頭前方待鉆地層特性參數和井身參數值，為井眼軌跡實時控制提供地質導向依據，并且可以盡早修正地震剖面。隨著MWD和LWD的發展日趨精益,形成了新的隨鉆地層評價測試技術(FEMWD)，不僅可以測量地層巖石特性，還可以測試地層流體特性。近鉆頭地質導向的關鍵是隨儀器短節越來越短，并緊靠鉆頭，即時分辨所鉆巖石層位邊界,可以控制鉆頭在1～3 m的薄儲層里鉆進。

90年代后期在MWD、LWD和SWD技術基礎上發展起來的一種前沿技術即地質導向技術(GST)，是使用隨鉆定向測量數據和隨鉆地質評價測井數據以人機對話方式來控制井眼軌跡的鉆井技術，可始終精確地控制井下鉆具位于產層。導向工具分滑動和旋轉式導向工具2種?；瑒邮綄蚬ぞ叩奶攸c是作業時鉆柱不旋轉，鉆柱沿井壁軸向滑動，可改變井眼的井斜角和方位角，能連續控制井眼軌跡的方向。這種導向方法目前仍占主導地位。其導向工具主要有彎殼體馬達(含單彎、同向雙彎、異向雙彎導向馬達)或彎接頭與導向動力鉆具組合?；瑒邮綄蚍椒ù嬖诘闹饕秉c有摩阻大、井眼清潔難題。旋轉式導向工具導向時鉆柱連續旋轉，鉆柱軸向摩阻和井眼清潔問題得到改善，井眼軌跡更為光滑，控制軌跡的強度和精度都大為提高。開發出鉆井動態檢測、高速數據監測及處理應用系統(DDS)，實現了鉆井動態數據在井下采集和診斷，有效地對井下鉆具的運動狀態進行控制。這些技術為科學化閉環鉆井的實現提供技術支持。

閉環鉆井（自動化鉆井）技術的發展分4個階段。井下開環鉆井階段，井下未使用MWD和LWD等隨鉆測量工具，只有一般的井下測量工具。井下半閉環鉆井階段，井下使用地面可控制的造斜工具(如可變徑穩定器、可調彎接頭、可變彎角井下動力鉆具、可伸縮偏心墊塊)，并采用較先進的井下測量工具(如MWD、LWD等)。井下閉環鉆井階段：指井身軌跡控制完全離開人的干預，用先進的隨鉆測量(MWD、LWD、SWD、GST等)和井下可調工具，用微電腦（中心電腦放在地面或井下兩種）進行井下信息測量、傳輸、處理及控制，指令的產生和執行完全自動進行。全閉環鉆井階段：這是鉆井技術發展的最高階段，即井下和地面的鉆井裝備全面實現自動化和智能化。要實現全閉環鉆井，還需要大量的創新實踐和市場驅動。