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石油鉆井工程技術(shù)現(xiàn)狀、挑戰(zhàn)及發(fā)展趨勢探析

2023-01-19 13:48:01王吉龍吳強牛意
科學(xué)與信息化 2022年15期
關(guān)鍵詞:鉆井工程鉆井油氣

王吉龍 吳強 牛意

1. 中海石油有限公司天津分公司 天津 300459;2. 中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司 天津 300459

引言

新時期,國內(nèi)油氣勘探的大背景之下,油氣開發(fā)項目呈現(xiàn)出較為明顯的變化。各國油氣資源開發(fā)利用比例逐漸加深,油氣開采已經(jīng)從傳統(tǒng)運作模式逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樾滦腕w系。隨著國家經(jīng)濟建設(shè)水平的攀升,石油資源的消耗越來越明顯,對相應(yīng)需求量也日漸提高。合理進行石油鉆井技術(shù)的開發(fā)已經(jīng)成為當下主要研究要素[1]。為了提高國內(nèi)油氣資源的生產(chǎn)效果,政府機構(gòu)提高了對石油鉆井工程項目的支持程度。但是國內(nèi)鉆機技術(shù)與先進國家仍存在較大差距,不利于鉆井行業(yè)的長期穩(wěn)定發(fā)展。為了帶動石油開采水平的提升,必須提高勘探成功率,并確保開采安全性,即努力提高石油鉆進技術(shù),從而為石油開采作業(yè)提供更加有效的方法。本文對石油鉆井工程技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀進行了分析,提出了鉆進工程項目中的主要問題,分析了新時期該項工程項目的發(fā)展趨勢。

1 國內(nèi)石油鉆井技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

結(jié)合國內(nèi)石油鉆井技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀,從20世紀50年代起,國內(nèi)大部分石油企業(yè)都會采用高效鉆頭技術(shù)、噴射式鉆井技術(shù),經(jīng)過長期研發(fā)、技術(shù)引進,國內(nèi)石油鉆井技術(shù)已經(jīng)取得了很大進步,帶動了整個石油鉆井工程的進步,對應(yīng)的石油開采質(zhì)量、開采規(guī)模也逐漸擴大。新時期,國內(nèi)石油開采期間,可結(jié)合地質(zhì)條件差異進行差別化處理,設(shè)計不同的開采方案。工程實踐表明,科學(xué)有效的開采方案不但可提高開采效率,還可降低石油資源的成本消耗,從而達到提高企業(yè)經(jīng)濟效益的目標。一般情況下,石油鉆井開采作業(yè)中,開采效益和開采成本息息相關(guān)。國內(nèi)石油鉆井開采行業(yè),正朝著機械化、國產(chǎn)化的方向發(fā)展,但是這個過程中使用到的設(shè)備規(guī)模大、成本高,設(shè)備運轉(zhuǎn)資金高,對企業(yè)盈利效果產(chǎn)生了不利作用。因此,合理降低開采成本,是保證石油鉆井開采利益最大化的重要過程,也是當下主要研究問題。未來石油開采設(shè)備,不僅要考慮實用性,更要降低成本。再者,隨著石油開采規(guī)模的擴大,國內(nèi)石油儲量明顯下降,相應(yīng)的開采資源越來越稀少,諸多苛刻的開采區(qū)域提高了開采設(shè)備的要求,這就要求國內(nèi)石油鉆井企業(yè)必須積極進行研發(fā),得到高位高壓的新型鉆井設(shè)備,確保石油資源的順利開采。最后,石油勘探和開采作業(yè)中,必須充分考慮數(shù)據(jù)測量的精度,這是保證石油順利開采的關(guān)鍵要素,因此,石油企業(yè)管理層要加強信息掌握程度的分析,加強鉆井測量技術(shù)、信息傳輸技術(shù)、控制技術(shù)的分析。努力做好相關(guān)數(shù)據(jù)的測量,力求提高操作人員的人身安全。

2 石油鉆井工程技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1 地質(zhì)導(dǎo)向鉆井技術(shù)的應(yīng)用

該技術(shù)應(yīng)用中,其主要組成為導(dǎo)向工具、地質(zhì)導(dǎo)向儀器等。鉆井作業(yè)期間,地質(zhì)導(dǎo)向鉆井技術(shù)必然需要和油藏技術(shù)結(jié)合,從而滿足地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)的要求[2]。換言之,可以在工程鉆井期間,實現(xiàn)隨鉆控制的目標。由于地質(zhì)導(dǎo)向鉆進技術(shù)應(yīng)用中,必須考慮儲層要求、地層結(jié)構(gòu)等要素,同時還要考慮鉆頭的軌跡,達到精確進行鉆頭控制的目標,提高鉆井采收效果。此外,還可達到降低鉆進施工成本、提高企業(yè)經(jīng)濟效益的目標。

2.2 大位移井鉆井技術(shù)的應(yīng)用

現(xiàn)階段,該技術(shù)在國內(nèi)的應(yīng)用主要是通過水平井、定位井延伸得到??紤]到大位移井鉆井技術(shù)存在的難點較多,限制了大位移井的應(yīng)用和發(fā)展。隨著科學(xué)技術(shù)水平的提升,大位移井技術(shù)逐漸進步,國內(nèi)學(xué)者在研究過程中逐漸找到了相應(yīng)規(guī)律,已經(jīng)初步解決了實際鉆井過程中的問題。

2.3 水平井鉆井技術(shù)的應(yīng)用

該技術(shù)屬于一項定向鉆井技術(shù),應(yīng)用期間需要借助隨鉆測量儀、井底動力工具進行處理。一般情況下,水平井鉆井技術(shù)應(yīng)用期間,其傾斜角需要維持在86°以上??紤]到國內(nèi)石油鉆井工程起步早,近年來的發(fā)展中已經(jīng)逐步解決了潛在問題。與其他鉆井技術(shù)相比,該技術(shù)具有鉆具平穩(wěn)、上下調(diào)整的特點,明顯提升了石油鉆井技術(shù)的進步。

3 石油鉆井工程技術(shù)發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)

當下,油氣勘探作業(yè)中,存在資源條件劣質(zhì)化、油氣項目復(fù)雜化、安全環(huán)保嚴格化的新要求。該行業(yè)正逐漸從陸地向海洋方面發(fā)展,同時從淺層朝著深層區(qū)域發(fā)展。合理進行未來形勢的分析,工程技術(shù)方面必須進行全面研究。對比分析后,國內(nèi)石油鉆井技術(shù)與國外存在較大差距,包括自動化鉆機、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向體系、抗高溫螺桿等。井下作業(yè)、儲層改造水平與國外先進水平存在較大差距,尤其是高壓氣井帶壓設(shè)備、高效壓裂工具等[3]。業(yè)內(nèi)正不斷引入國外先進技術(shù),力求保證國內(nèi)技術(shù)與國外先進技術(shù)的逐步統(tǒng)一。其核心部分是充分考慮進口要求,保證服務(wù)水平、競爭水平等滿足預(yù)期要求。尤其是對于海洋、深層地質(zhì)區(qū)域等,更要充分考慮工具、裝備、液體方面的影響,盡量保證工程技術(shù)發(fā)展水平滿足預(yù)期要求。

深井、超深井在鉆井處理中,主要挑戰(zhàn)為:深度過大,考慮鉆機效率問題;高溫高壓條件下,管柱、儀器設(shè)備的受損程度;高壓地層條件下,合理考慮井控安全的要求;深層井壁區(qū)域,經(jīng)常會出現(xiàn)失穩(wěn)的情況,超深層巖石條件下,需要遵循的規(guī)律與常規(guī)情況不同,深層井壁區(qū)域無法采用常規(guī)理論。

海洋鉆井作業(yè)中,主要挑戰(zhàn)為:水深加大,挑戰(zhàn)難度增加;淺層水、氣流作用下的影響;風(fēng)浪流帶來的影響;海底低溫因素的影響;深水區(qū)域,井控難度增加;鉆井船、機器人、導(dǎo)管等設(shè)備在井下技術(shù)儲備能力不足;海水基鉆井液、固井液不成熟;部分區(qū)域存在浮冰、超低溫等情況。

非常高油氣鉆井作業(yè)中,主要挑戰(zhàn)為:工廠的配套設(shè)備不足;旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向體系不完善,導(dǎo)致長水平段鉆井無法滿足預(yù)期要求;破巖效率偏低、鉆井作業(yè)周期長;大功率設(shè)備、高效壓裂技術(shù)等不成熟;井筒完善性有待提升;流體回收技術(shù)和設(shè)備處理技術(shù)不達標等。

4 石油鉆井工程技術(shù)發(fā)展趨勢與工作建議

4.1 石油鉆井工程技術(shù)發(fā)展方向和趨勢

4.1.1 石油鉆井工程技術(shù)發(fā)展方向。當下,國內(nèi)油氣技術(shù)正朝著集成化、信息化、智能化、綠色化的方向發(fā)展,油氣鉆井技術(shù)未來發(fā)展趨勢更需要保證清潔性、安全性、經(jīng)濟性等。鉆井技術(shù)應(yīng)用期間,不僅要考慮油氣通道的建設(shè)和構(gòu)建,更要考慮油氣井產(chǎn)量、采收率等要素,同時要考慮新方法的引入和應(yīng)用[4]?,F(xiàn)階段,較為有代表性的油氣公司存在一定的相似性,如鉆井自動化、高造斜率旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)、壓力控制鉆井技術(shù)、深水鉆井技術(shù)等。在進行井筒完整性的處理時,要合理進行井下振動監(jiān)測、井下控制處理方面的分析,工廠化鉆井、井下作業(yè)一體化等已經(jīng)逐步引起了業(yè)內(nèi)專家的關(guān)注,對此,必須投入較大比例的研發(fā)力度。

針對國內(nèi)外的油氣公司、服務(wù)公司,其工程技術(shù)的研發(fā)結(jié)果表明,國外技術(shù)已經(jīng)逐步進入高投入、廣儲備的時代。工程技術(shù)發(fā)展方面,長期堅持高效勘探處理,需合理優(yōu)化鉆井技術(shù)來提升采收率、提高開采量,降低噸油成本;提高整體技術(shù)競爭水平,掌握核心技術(shù),有效降低服務(wù)成本。從而逐步達到科學(xué)化、自動化、智能化的要求。考慮中石油發(fā)展業(yè)務(wù)中,包括深井、超深井、非常規(guī)鉆井技術(shù)中經(jīng)常會遇到的各類問題,相關(guān)人員必須及時進行技術(shù)攻關(guān)分析,力求逐步提高工程技術(shù)的服務(wù)保障能力、核心競爭力,具體分析如下。

第一,深層技術(shù)發(fā)展中,在進行鉆機使用期間,要保證高效性,合理考慮垂直鉆井工具、新型鉆桿要求、膨脹管堵漏技術(shù)等。第二,海洋工程技術(shù)發(fā)展過程中,要加強深水區(qū)域、裝備自動化方面的分析,還包括關(guān)鍵設(shè)備的水下運行處理,對應(yīng)工具設(shè)備等都要滿足環(huán)保性、安全性等基本原則。具體發(fā)展方向方面:鉆井平臺、采油平臺、海洋鉆井船;低溫深水固井處理、海洋控壓鉆井系統(tǒng)等。第三,非常規(guī)油氣工程方面,技術(shù)需求包括:自動化鉆機、長水平段鉆井技術(shù)、整體破碎壓裂等。具體發(fā)展方向方面:要考慮工廠化作業(yè)裝備技術(shù)、配套儀器要求;長水平段鉆井完井技術(shù)中要考慮油基鉆井液、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向等;整體破碎壓裂技術(shù)、回收流體和水處理技術(shù)等。

4.1.2 石油鉆井工程技術(shù)發(fā)展趨勢[5]。鉆完井技術(shù)發(fā)展中,其未來發(fā)展趨勢方面分析如下。第一,該工程應(yīng)用到的設(shè)備朝著規(guī)?;?、大型化、模塊化的方向發(fā)展,對應(yīng)液壓鉆機、專用鉆機等也應(yīng)滿足上述要求。整體海洋鉆井設(shè)備更要考慮安全性、高效性、可靠性等要求,提高配套設(shè)備的合理應(yīng)用。第二,鉆進高新技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用,包括自動化、智能化、信息化等方面。整個體系需朝著更快、更精確的方向發(fā)展,特殊條件下還要擁有遠程專家的技術(shù)支持和幫扶。第三,鉆井新技術(shù)的應(yīng)用中,力求逐步提高油氣井的產(chǎn)量,加強剩余油品的開采、提高整體經(jīng)濟效益,從而為鉆井技術(shù)的未來發(fā)展奠定基礎(chǔ)。第四,不斷加強鉆井高新技術(shù)的研發(fā)。當下,新型破巖技術(shù)越來越多,努力實現(xiàn)鉆井優(yōu)化,方可有效保護油氣層條件,并第一時間發(fā)現(xiàn)油氣層,降低“噸油”鉆井成本,這已經(jīng)逐漸成為國外鉆井發(fā)展的主流趨勢。同時,還要充分考慮等離子、激光等非接觸形式鉆井新技術(shù)的研發(fā)。第五,相應(yīng)的工具和儀器,必須朝著大容量、高精度、耐高溫、耐高壓方向發(fā)展。第六,鉆井液固井液的發(fā)展中,需要考慮系列化要求,包括添加劑種類、添加劑體系要求,以及添加劑的穩(wěn)定效果、抗溫和抗復(fù)雜要求等,還要充分考慮智能水泥、仿生鉆井液的應(yīng)用要求。第七,復(fù)雜結(jié)構(gòu)井條件下,積極進行縱向深度要求方面的分析,包括多分支井、最大儲層有效進尺(MRC)、鉆向儲層(DTO)?極大儲層鉆進(ERC)方向的發(fā)展等。魚骨井、大位移井水平位移方面,一般移向12km以上發(fā)展。第八,需考慮套管鉆井、膨脹管鉆井等方面的發(fā)展。配套設(shè)備設(shè)施等都要考慮其完善性、合理性要求,相關(guān)技術(shù)呈現(xiàn)出發(fā)展迅猛的特點,同時朝著單一井徑井方向發(fā)展。

4.2 石油鉆井工程技術(shù)的發(fā)展建議[6]

第一,在非常規(guī)油氣技術(shù)處理過程中,需充分考慮水平井的發(fā)展要求,加強大型自動化鉆機設(shè)備、壓裂設(shè)備、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向設(shè)備、抗高溫條件的螺桿等方面的研發(fā),同時還要充分考慮流體回收技術(shù),保證盡快形成相應(yīng)的產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢。第二,深層油氣勘探開發(fā)作業(yè)中,加強鉆機鉆井效率的分析,合理應(yīng)用自動化設(shè)備。結(jié)合實際應(yīng)用,加強高溫高壓試油設(shè)備的分析;加強高鋼級抗腐蝕套管的分析、研發(fā)油基鉆井液、壓裂液、井筒完整性的考慮。第三,海洋油氣勘測開發(fā)環(huán)節(jié)中,要考慮技術(shù)儲備要求。增加修井機、采油平臺、采油裝置、防噴設(shè)備的處理;雙梯度鉆井、控壓鉆井和表層鉆井技術(shù)應(yīng)用的技術(shù)要求;加強超低溫條件下,水泥漿、鉆井液等方面的流體分析。

5 結(jié)束語

當下,國際領(lǐng)域方面,油氣工業(yè)正經(jīng)歷著巨大變遷,各國逐漸將油氣工業(yè)的發(fā)展希望寄托于技術(shù)領(lǐng)域方面。在進行油氣勘探開發(fā)處理過程中,必須加強深層區(qū)域、海洋領(lǐng)域、非常規(guī)區(qū)域的關(guān)鍵技術(shù)分析,尤其要考慮瓶頸問題。力求借助工程技術(shù)的優(yōu)化來保證持續(xù)攻關(guān)和進步,加強自主創(chuàng)新技術(shù)的開發(fā)、并及時引入國外領(lǐng)先技術(shù)、吸收先進技術(shù)。逐步研制出適合國內(nèi)相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的自主產(chǎn)權(quán),包括高端裝備、工具、軟件等方面,力求更好的配合工程技術(shù)的全面發(fā)展,帶動油氣資源使用效率的提升,保證為勘探開發(fā)工作提供強有力的工程技術(shù)支撐。

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