我国石油钻井技术现状及发展趋势初探

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摘要：随着国民经济的稳定发展，国家对石油能源的需求量日益攀升。文章首先回顾了国内石油钻井技术的发展历程，并简要介绍了现代石油钻井技术的进展，然后结合国内外石油钻井技术的发展现状，指出3G视频监控技术、深海石油钻井技术以及石油钻井智能化技术必将成为我国石油钻井技术的主流技术，最后明确钻井技术今后的发展趋势。

关键词：石油钻井；钻井技术；综述；智能化

中图分类号：TE951文献标识码：A文章编号：1006-8937（2012）08-0161-02

我国石油钻井技术研发起源于20世纪50年代，发展至今已经取得了令人瞩目的成就，但相对西方发达国家而言还需持续努力。本文通过从海洋石油钻井平台、石油钻井装备、石油钻井关键技术等方面系统总结国内油田钻井技术现状，指出未来石油钻井技术的发展趋势，以期为我国石油钻井技术的提高指明方向。

1国内石油钻井技术回顾

我国石油钻井技术起始于19世纪50年代的自主创新，发展至今已经形成了调整井、定向井、水平井、深井、超深井、小井眼钻井、分支井、大位移井、欠平衡钻井、取心、钻井液、套管钻井等钻井完井技术，各种技术在实验和实践中不断完善。从各类钻井技术所脱胎的关键技术来看，旋转钻机技术的应用是石油钻井技术不断演化的基础，各种钻井技术主要是基于旋转钻机技术改进产生的。这种技术的改进主要在于旋转钻头、旋转出泥的方式以及针对不同地质条件所采取的技术变化。

19世纪60年代初，由于经济建设对油气资源的依赖程度相当有限，油气资源的勘查和开采并没有引起关注，石油钻井技术也基本处于空白。这一局面在持续了整个60年代后，因为社会主义建设的需要而开始获得重视，但当时主要依赖苏联提供的技术支持，并重点应用在水力设计、套管柱设计、钻头选择、水泥灌注等一些基本的泥浆工程。

我国钻井技术在经历整个60年代苏联技术引进期后，在70年代初期迎来了第一股自主创新热潮，具有代表性的是东风2井在胜利油田超过5000 m钻井成功。此后由于石油禁运事件的爆发，我国自主研发进入一个全新的时期，特别是进入70年代末期，随着国外钻井技术的大量引进，国内传统的钻井技术逐步开始寻求突破，并形成了以“喷射钻井、优质轻钻井液、高效钻头”为核心的三大钻井技术，以及由此衍生而成的喷射钻井技术也广泛运用。这一技术在80年代的前五年得到了进一步的改进，主要体现在钻井速度的大幅度提高。此外，优选参数钻井技术的研发与应用也随着喷射技术同样取得了新突破。进入90年代以后，石油钻井技术的“五年计划”痕迹十分明显，如在第七个五年计划期间，石油钻井技术的研发重点十分明确，即以定向井、丛式井钻井及其配套技术为核心的技术攻关占据主导地位。在第八个五年计划内，以定向井、丛式井钻井为重点的技术攻关开始转向以水平井钻井及其配套技术。在第九个五年计划内，水平井钻井的研发与应用推广十分成熟，转而形成了以短半径侧钻水平井及其配套技术为核心的技术研发。自20世纪中后期，长达50年的石油钻井技术的研发已经取得了世人瞩目的成就，也为我国经济腾飞提供了充实的能源保障，特别是前期的研究成果为今后的技术发展提供了坚实的平台。进入21世纪以后，针对不同地质条件所研发的钻井技术屡获突破，如以欠平衡压力钻井、大位移井钻井、分支井钻井、深井钻井为代表的钻井技术不断推陈出新。

2现代石油钻井技术主要进展

现代石油钻井技术已经较为成熟，比较具有代表性的技术包括井下钻井动态数据实时采集和处理与应用技术、水平井和大位移井钻井技术、多分支井及重入井钻井技术、欠平衡压力钻井技术、连续油管和小井眼钻井技术等。

①井下钻井动态数据实时采集和处理与应用技术。石油钻井主要采取旋转钻井的方式，钻头进入钻孔后容易受到岩质、地层结构的影响，而产生转向、扭向和横向转动，并由此可能造成钻头的非正常磨损。但随着传感检测技术和微电子技术的引入，钻井动态传感检测元件和高速数据监测及处理应用系统不仅使得钻头远程作业实时监控成为可能，而且可以更快、更高效地实现地下数据的采集和故障诊断。

②水平井和大位移井钻井技术。水平井钻井技术相对于直井技术的最大优点在于钻井成本的降低和产量提高，并具有向综合方向发展以及用于油田整体开发的趋势；大位移井钻井技术不同于水平井的一个显著特征是斜井段长，特别是变径稳定器和可控偏心器的引入解决了钻柱摩阻增大和清除井内钻屑等问题之后，其应用范围日渐广泛。

③多分支井及重入井钻井技术。多分支井是指在主井眼的底部钻出分支井眼，甚至是在分支井眼的基础上再分支，主井眼和分支井眼的类型并没有特别限制，多分支井眼的开钻实现了1井多靶的立体开采。多分支井所开钻的主井眼若是老井就称为重入井钻井，重入井钻井的开钻可以最大限度地利用已有的钻孔，实现成本控制和提高效益。

④欠平衡压力钻井技术。欠平衡压力钻井概念的提出比较早，但由于技术限制一直未能获得实践认可，直到井控技术和井控设备的研发成功才逐步开始应用于实践。与其他钻井技术相比，欠平衡压力钻井的优点十分突出，如可以有效地避免井内液体进入地层，减少对油气层的污染和损害，还可以及时探测和感应钻层压力，发现新的低压低渗油气层，更重要的是可以实现边钻边采。

⑤连续油管和小井眼钻井技术。连续油管技术作为多分支井、原井重钻以及欠平衡压力钻井技术的衍生品起源于上世纪九十年代，具有设备简单，起下钻容易，不接单根，井控安全，投资少和钻井成本低等优点，时至今日，连续油管技术仍然在不断革新和完善，并日益展现其广泛的应用潜力；小井眼钻井技术出现伊始，主要是解决钻头尺寸过大，钻井成本过高的问题，随后伴随钻井工艺的变化，小井眼钻井技术的技术内涵被重新定义，并进入了新的应用高潮时期。

3将来石油钻井技术的主流技术

3.13G视频监控技术广泛应用

“3G”（3rd Generation）或“三代”是第三代移动通信系统的简称，国际电联也称IMT-20（International Mobile Telecommunications in the year 2000），欧美的电信业巨头们则称其为UMTS（通用移动通信系统）。它是指能够将语音和多媒体通信相结合，并支持高速数据传输的蜂窝移动通讯技术，其显著特征是提供高速数据传输业务和对不具备架设有线基站的领域和行业，有着方便、快捷、高效和低成本的优势。

通讯业发展实践表明，仅仅依靠有线网络信号传输对地域广、监控点分散、网络基础薄弱的地区实现动态监控是不可能的，不仅是因为基站搭建困难，而且运营和维护成本很高，只有充分利用移动运营商搭建的3G移动网络，实现网络视频监控才能最大限度地节约工程建设和运营成本。也正是3G视频监控技术具备这一特点，被试探性地应用到海洋石油钻井施工现场监控。3G信号的稳定可以将现场的施工状况以视频的方式及时地呈现在上级局域网的大屏幕上，从而为野外作业的安全施工和应急处理提供有效的监督和管理。

3.2深海石油钻井技术获得重视

从国家能源战略重点来看，现阶段我国正处于内陆石油产量开发后期，尚未形成或发现大储存量或超大储存量的油气能源接替区，由此导致石油生产必须向海洋发展。事实上，我国海洋专属经济区范围十分辽阔，并且已经探明的石油储存量也十分丰富，特别是今后五年内渤海可能建成为我国第二个大庆，此外在海南岛和珠江口也陆续探明新油田。在接下来的两个五年计划内，我国海洋油气开发战场将逐步向东海、南海等深海转移，这将进一步推动我国海洋石油装备和海洋石油工程建设的发展。

目前，国内深海石油钻井的关键技术主要包括深水钻井设备、深水定位系统、大位移井和分支水平井钻井技术、深水双梯度钻井技术、喷射下导管技术、随钻环空压力监测、随钻测井技术、深水钻井液和固井工艺和深水钻井隔水管及防喷器系统等[4]。从深海石油钻井技术的发展历程来看，深水石油钻井是一项资金投入量较大、科技含量较高、研发周期较短、产品应用周期较长的工作，各种关键技术的研发是工程顺利完成的保障，如随钻环空压力监测、喷射下导管技术、随钻测井技术、动态压井钻井技术等技术。此外，钻井船、隔水管和水下防喷器等配套设备的研发也在一定程度上决定整个工程施工的成败。

3.3 石油钻井技术智能化成为必然

目前，国际石油钻井技术总体呈现信息化、智能化和自动化的发展趋势，特别是智能化将主导石油钻井技术的发展。智能化钻井技术能够降低人工操作的风险，大幅度降低钻井成本和提高施工速度，其在某些方面的优势不可比拟，如能及时处理故障和调整实施工艺，从而缩短钻井周期，还能促进其他配套的新型高效工具的研发，提高石油钻井的整体技术水平。石油钻井的智能化能够实时监测钻井进展，从而可有效地穿越油藏并提高油井质量。智能化技术的运用还能拓展钻井施工环境，提供复杂地质条件下钻井的效率。钻井技术智能化发展的关键技术主要包括地面计算机智能专家系统、井下智能工具、井下供电装置和提供高速双向数据传输的通讯网络系统。石油钻井智能化技术的大量应用，必将进一步提升石油开采的整体技术水平，具有广阔的发展前景。

4我国石油钻井技术的发展趋势

从总体上看，随着石油开采程度的不断推进，石油开采所面临的地质环境将更加不稳定，这将加深石油钻井施工的难度，因此迫切需要进行钻井关键技术及其配套技术的创新以降低综合成本。

从技术上看，完善并改进现有钻井技术以适应不同环境作业需求是石油钻井技术发展的关键，特别是要将重视原井再钻技术的研发，提高能源二次开发的效益，重视深海石油资源的开采，扩展石油来源渠道，还要积极引进智能化技术，实现石油钻井的智能化施工。

从管理上看，石油钻井是一项复杂的系统工程，需要成立专门的管理机构进行协调管理，一方面要重视研发，注重新技术的推广，要通过新技术的运用降低整体运营成本，另一方面还要重视生产，只有将生产落实到实处，才能最终实现石油钻井的切实利益。

参考文献：

[1]杨进,曹式敬.深水石油钻井技术现状及发展趋势[J].石油钻 采工艺,2008,30(2).

[2]沈忠厚,王瑞和.现代石油钻井技术50年进展和发展趋势 [J].石油钻采工艺, 2003,(5).

[3]李智鹏.3G视频监控技术在石油钻井行业的应用[J].石油 工业计算机应用,2011(3).

[4] 王岳.石油钻井技术智能化发展研究[J].知识经济,2011,(8).