石油钻采工程技术与装备的进步和发展课件

石油钻采工程技术与装备的进步和发展高向前中国石油勘探开发研究院装备研究所.前言随着油气勘探开发不断向深海、沙漠、极地、高山等自然地理环境恶劣的边远地区延伸，向深层、“三高”气藏、低压低渗透、稠油、非常规资源等难动用储量延伸，定向井、水平井、大位移井等特殊工艺井数量不断增长，国内外钻井和采油工程技术得到快速发展。钻采工程技术与装备是实现油气勘探开发的重要保障。钻采工程技术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，也为石油装备制造业发展指明了方向。.汇报内容一、钻采工程技术与装备现状与发展趋势二、当前钻采工程技术面临的形势与挑战三、钻采技术与装备的发展方向.近几年来国内的钻井装备突飞猛进，为提升钻井技术的整体进步发挥了重要作用，同时也形成了国际上最大规模的石油装备制造业。如：系列电驱动变频钻机、交流变频顶驱、盘刹、电子司钻、泥浆泵等等。（一）钻井装备的发展，满足了工艺的需要，提高了钻井速度和水平.近8年来，中石油共钻井99652口，钻井总进尺17137.4万米。（一）钻井装备的发展，满足了工艺的需要，提高了钻井速度和水平.完成欠平衡井688口，其中气体钻井139口。（一）钻井装备的发展，满足了工艺的需要，提高了钻井速度和水平.完成水平井近3000口。（一）钻井装备的发展，满足了工艺的需要，提高了钻井速度和水平.地面系统CGMWD数据连接总成马达地面可调弯外壳近钻头自然伽马钻头电阻率下稳定器钻头井下无线短传发射线圈上稳定器短传接收线圈CAIMS水平井已成为各油气田开发工作的重要抓手，经过十年推广，取得了显著效果；同时，规模应用也有力地促进了水平井技术的快速进步。水平井技术进步显著，带动了开发整体效果提升水平井关键装备CGDS近钻头地质导向系统顶驱、盘刹、泥浆泵MWD，井下螺杆钻具（二）钻井装备的发展，满足了特殊工艺要求，提升了油气开发水平.（二）钻井装备的发展，满足了特殊工艺要求，提升了油气开发水平气体钻井成为高研磨性地层快速钻井的核心技术压缩机、增压机空气锤、空气螺杆钻具雾化泵、旋转防喷器气体钻井装备.分支水平井增加了单井泄油面积，提高了综合效益关键技术水平悬空侧钻技术减阻降扭技术分支井眼轨迹控制技术分支重入技术在辽河、新疆、大庆、吉林、大港、西南、冀东、长庆均已得到应用。总进尺：6654.92m分支一主井眼：935m，6分支分支二主井眼：735m，5分支油层总进尺：4369.92m。日产58t，是相邻直井的15倍。边台H3Z井身结构示意图（二）钻井装备的发展，满足了特殊工艺要求，提升了油气开发水平.垂直钻井成为山前高陡构造防斜打快的有效手段为有效控制井斜、提高钻进速度，在塔里木、新疆和玉门等油田推广应用220井次，垂直钻井技术成为山前高陡构造防斜打快的有效手段。地层倾角大多在15-80度自动测量井斜自动控制井斜地面测控系统配套钻头垂直钻井关键技术装备（二）钻井装备的发展，满足了特殊工艺要求，提升了油气开发水平.大位移钻井取得实质性突破，海油陆采得以实现关键技术旋转导向技术漂浮下套管技术减摩降扭技术大港庄海8断块大位移钻井与油藏关系图庄海4X1断块庄海8断块埕海1号人工岛庄海8断块距1号人工岛直线距离3-5km，目前已钻成了11口大位移水平井。（二）钻井装备的发展，满足了特殊工艺要求，提升了油气开发水平.新疆油田有效解决了浅层疏松地层大尺寸井眼高造斜率、套管柱安全下入、井身质量控制等技术问题，钻成了国内水垂比最高的超浅水平井，提升了水平井的技术水平，也为高效动用一大批浅层稠油储量提供了技术手段。新疆FHW11019水平井井身结构示意图水平段段长：520m最大垂深：200.6m水平位移：663.7m水垂比：3.31超浅水平井技术为浅层稠油高效开发提供了有效保障关键技术可循环加压装置钻具结构优化优质泥浆（二）钻井装备的发展，满足了特殊工艺要求，提升了油气开发水平.双水平井为超稠油开发提供了有效途径水平生产井注汽井

辽河杜229块超稠油双水平井SAGD先导试验采用MGT磁导向技术，已顺利完成了两对水平试验井的钻井；新疆风城超稠油使用磁导向钻井技术，克服油层垂深浅、井眼曲率大、管柱下入难、轨迹控制精度高等钻井难题，实现了井眼轨迹的精细控制，水平段间距控制在5-6m之间，钻成4对SAGD双水平井。（二）钻井装备的发展，满足了特殊工艺要求，提升了油气开发水平.丛式井技术应用不断完善，已成为各油田提高开发整体效益的成熟配套技术。大庆齐家北油田整体应用丛式井技术，72座平台完成了450口油水井，管网、线路、道路工程量分别减少52%-78%，百万吨产能投资下降9.6%。丛式井钻井技术规模应用，提高了开发整体效益（二）钻井装备的发展，满足了特殊工艺要求，提升了油气开发水平.(三）国外钻井技术和装备发展趋势1、石油钻机的发展趋势为适应陆地深部油气藏、深海油气藏和大位移井的需要，石油钻机设备趋向大型化：绞车功率：6000HP转盘开口尺寸601/2泥浆泵

3000HP性能稳定的交流变频驱动、液压传动的大功率绞车成为发展趋势。液压钻机发展迅速，满足车装钻机，小井眼钻井需要。.高性能的机电液一体化技术促进石油钻机的功能进一步完善；大量采用智能信息技术，提高钻机的智能化水平下套管的顶驱装置多盘整圆盘式刹车动态自动钻井系统自动化井口工具管柱排放系统

(三）国外钻井技术和装备发展趋势.2、随钻测量/测井/测试技术不断进步电磁波传输式随钻测量技术（EMMWD）随钻陀螺测试（gMWD）井下随钻诊断系统（DWD）随钻核磁共振成像测井(NMR-WD)随钻地层测试(FTWD)技术随钻井底环空压力测量（APWD）随钻测量（MWD）/随钻测井（LWD）(三）国外钻井技术和装备发展趋势.3、旋转导向/地质导向技术发展迅速，提高了特殊工艺井的效果全自动井下闭环旋转导向钻井系统：BakerHughes公司Verti-Trak®直井钻井系统Schlumberger公司的Power-V®直井钻井系统德国SmartDrilling公司的ZBE5000自动垂直钻井系统钻井新理念

NDS无风险钻井MPD压力管理钻井IPM一体化项目管理钻井自动化钻井技术(三）国外钻井技术和装备发展趋势.(四）采油技术与装备稳步发展，为油气稳产增产做出了突出贡献

经过多年的发展，中国石油采油工程系统形成了具有自身特色的采油工程技术体系和配套装备，为油气生产业务的发展做出巨大的贡献。1、分层注水技术的不断进步和广泛应用，为股份公司稳油控水，提高水驱开发效果打下了坚实的基础，股份公司平均水驱采收率达到35%以上，其中大庆油田已超过50%，达到国际领先水平。桥式偏心分层注水技术.2、压裂酸化技术在中石油的增储上产中发挥了至关重要的作用。每年压裂酸化8000-12000井次，占措施作业总量的41.7%压裂酸化改造年增油约700万吨(四）采油技术与装备稳步发展，为油气稳产增产做出了突出贡献.水平井分段压裂大庆双封单压工具分段压裂吉林滑套三段分压管柱示意图.3、井下作业技术与装备

近年来，井下作业、修井装备和技术快速发展，形成了作业、修井配套工艺和工具系列，作业能力和效率大大提高，安全环保理念不断深化。油水井大修完善了套管整形加固、套管补贴、取套换套、解卡打捞、错断井打通道、防腐、封窜等大修工艺，修井能力和技术水平不断提高。(四）采油技术与装备稳步发展，为油气稳产增产做出了突出贡献.研发成功51/2”、7”和95/8”以及部分非标尺寸套管膨胀管修复工艺和配套工具，可满足国内不同尺寸系列套管修井需要；形成具有自主知识产权的膨胀管套管修复技术，配套了51/2”套管堵水、层系封堵专用膨胀管工具，作业后套管内通径可达112mm。膨胀管套管修复技术已在大庆、辽河、冀东等9个油田得到了应用，施工总井数262口（281段），成功率99%，膨胀管补贴最长段150.7米、19组螺纹。裸眼衬管套管井堵水裸眼封隔套管井衬管尾管悬挂膨胀管套管修复技术(四）采油技术与装备稳步发展，为油气稳产增产做出了突出贡献.新型修井作业装备变频电驱动电驱动修井机不压井带压作业机连续管作业机(四）采油技术与装备稳步发展，为油气稳产增产做出了突出贡献.4、采油装备：“十五”期间，集团公司采油装备制造业务得到快速发展，形成了一批优势产品和有发展潜力的产品，如抽油泵、抽油杆、抽油机、射孔器材、三次采油装置、注水设备、螺杆泵、电潜泵、井口装置、压裂酸化装置。

新技术及产品：

105MPa的各种井口装置，高含气潜油电泵井口装置复合平衡抽油机和弯梁变矩式抽油机；直线电机抽油机双变径轮式抽油机K、D和RD级抽油杆及空心抽油杆、玻璃钢抽油杆，碳纤维复合材料抽油杆等特种抽油杆。特种抽油泵、液压反馈式抽稠油泵长柱塞防砂泵、高效旋流泵三种新式抽油泵。

(四）采油技术与装备稳步发展，为油气稳产增产做出了突出贡献.（五）国外采油技术和装备发展现状和趋势人工举升：朝着深井、高压、大排量、长冲程、低冲次、高寿命方向发展，同时兼顾偏远地区或高成本井及空间和钻机使用非常有限的海洋平台。抽油泵发展主要是对泵的寿命、效率、防砂磨的研究优化螺杆泵改进：PCP锁紧系统、密封锚定、防反转、驱动杆密封结构等等，提高了螺杆泵的实用性能贝克石油工具公司的sidepocketorificevalve斯伦贝谢的射孔油层气举系统、井下数字显示系统以及储层最优监控.完井技术：向少动管柱或不动管柱，减少修井和井下作业次数方向发展，向智能化、自动化、集成化方向发展，实时监测油藏和井筒生产数据，经营管理油藏，优化生产。调流控水筛管（ICD）智能完井管柱技术自膨胀式封隔器四维地震成像技术、井间地震技术多井测井解释、过套管测井等技术国外水平井、分支井、智能井技术发展趋势表现为：油气井设计向集成系统发展；油气井控制从地面控制、干扰作业向井下智能控制、无干扰作业发展．数据采集、处理、解释与生产优化向实时化的闭环方向发展；应用范围逐步扩大。智能井层间控制阀和遇油膨胀封隔器

（五）国外采油技术和装备发展现状和趋势.油层改造/增产：向完井-增产一体化方向发展，以降低成本国外公司成功应用遇油膨胀橡胶技术进行多口井储层分段改造作业。其优越性是：压裂作业采用不动管柱的形式，降低了作业风险；完井和压裂采用同一管串，压裂后能很快转入试油和生产，进一步降低了风险和成本，提高了作业效率；封隔器性能可靠，在裸眼井段的适应性好，相对于传统的液压坐封封隔器具有明显优势。（五）国外采油技术和装备发展现状和趋势.（五）国外采油技术和装备发展现状和趋势注水：向智能化方向发展。该技术是在智能井技术上发展起来的一种高效的注水技术。在注水井上安装智能控制装置，利用井下阀对井下压力和流量进行调节，从而更好的实现分层注水的目的。该项技术在国外的一些油田已经实施应用。天然气开发：重点开发高温高压(HPHT)有硫化氢的天然气藏和难动用、非常规气藏资源。天然气开采装备将向耐高温高压、耐腐蚀、长寿命、高可靠性、智能化、自动化方向发展。稠油开发：蒸汽吞吐、蒸汽驱、蒸汽辅助重力驱、火烧油层、热水驱。热采技术中的电热蒸气发生技术近几年取得重大突破。开发了600kw的井下电蒸汽发生器，进行了一系列先导性试验，取得了成功。该技术引导了全球重油热采技术的未来发展方向。防砂：国外注重实施整体防砂策略，采用无筛管防砂完井方式，尽可能避免修井作业，重点发展水平井裸眼砾石充填防砂、无筛管防砂、分层防砂、压裂防砂等先进防砂技术。.（五）国外采油技术和装备发展现状和趋势井下作业和修井：主要趋势有不压井、尽可能少动或不动油管，并向无钻机方向（Rigless）发展。连续管作业机为进行短半径、大位移、多侧向的水平钻井修井和欠平衡、小井眼钻井修井提供了安全、先进、有效的技术手段。连续管作业机可实施不压井作业、过油管作业和欠平衡钻井。海洋石油开采：海洋油气开发注重安全和环保，近年来深水/超深水油气资源开发越来越多，但装备发展是关键。主要发展趋势是深水化、大型化、设计更优化、配套更先进。其中，海底完井系统、油气水分离设备、耐高压长距离耐腐蚀的高强度油气水输送软管等是重点开发的装备。数字油田：正在开辟油气工业新时代，数字化是21世纪的发展趋势。关键技术主要包括：遥测技术，可视化技术，智能钻井与完井技术，自动化技术，数据集成、管理与挖掘技术，集成管理体系等。.汇报内容一、钻采工程技术与装备现状与发展趋势二、当前钻采工程技术面临的形势与挑战三、钻采技术与装备的发展方向.1、形势很严峻，对钻采工程技术提出更高要求中国剩余油气资源勘探开发难度越来越大：深海、深层、山地、高含硫、低渗透；工作难度增加：深、高温高压、复杂构造带、不可遇见的风险等；经济压力增加：工作量大、低成本压力、竞争激烈；环保法规和安全生产要求越来越严（海洋、高酸性气田），特别是国际市场要求更严格。.2、钻井工程技术面临的挑战西部高陡构造、四川山地等地区钻速慢的问题没有从根本上解决。每年只能打一轮探井，调整余地少，严重制约了勘探发现和开发进程；高温高压和恶性漏失；窄密度窗口安全钻进；松辽深层等高研磨性地层提速；薄层、复杂层水平井储层钻遇率低；气体钻井中的井斜、井壁稳定、钻具复杂等；复杂井、“三高”井固井质量差；低渗透油气钻井成本高；滩海油田高效开发；“三高”气田和煤层气有效动用等。

.3、采油工程面临的挑战油藏勘探开发目标日趋复杂，对采油工程提出了新的挑战：老油田进入特高含水期，进一步提高采收率是采油工程的历史责任；低品位储量逐渐成为开发主体，急需发展经济有效开采新技术；“三高”气藏规模投入开发，对采气工艺提出了新的课题；稠油开发进入“双高”开采阶段，急需转变开采方式；水平井作为转变增长方式的主体技术，开采技术急需攻关配套；海上油气田相继投入开发，采油工程技术准备不足。.汇报内容一、钻采工程技术与装备现状与发展趋势二、当前钻采工程技术面临的形势与挑战三、钻采技术与装备的发展方向.1、钻井工程技术和装备根据当前制约勘探开发钻井生产的瓶颈技术和最具有工业应用前景的技术作为突破口，应重点发展以下技术：安全、快速的复杂深井、超深井钻井装备与工具：深井超深井钻机、大功率顶驱、大功率泥浆泵、配套钻头等；井下随钻测量与控制配套系统与工具：地质导向钻井系统、旋转导向钻井系统、随钻测井工具（LWD）等；欠平衡钻井、气体钻井完井配套装备与工具：增压机、注氮设备、全过程欠平衡钻井配套设备、强行起下钻装置；提高低渗透油气田单井产量和采收率，有效动用特低渗透油田的多分枝井钻井完井配套工具：多分支井钻井完井配套工具、大位移水平井/MRC井钻井完井配套工具；适合井深小于2500m，占中石油总井数85%以上的中浅井快速钻井配套的钻井完井装备与工具：全液压钻机、连续管钻机、小井眼专用钻机；以满足滩海与海洋高效勘探与开发，解决海油陆采，海油海采需要的大位移井钻井完井配套装备与工具：旋转导向钻井系统、海底完井系统、水下油气输送系统等。.水平井、复杂结构井开采技术装备：水平段分段开采注水封隔器、开关控制装置及