国内外钻井新技术.ppt

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1、国内外钻井新技术主讲人：杲传良二OO四年六月提纲第一节成熟钻井技术的新进展第二节国内外正在研究开发的钻井新技术第三节超前钻井的技术实验研究第三节超前钻井的技术实验研究一、激光钻井技术二、微钻井技术三、负压脉冲钻井技术四、连续管高压射流钻井技术五、SC-CO2射流辅助钻井六、等离子孔道钻井技术一、激光钻井技术激光钻井技术是美国天然气研究院提出的一个为期两年的基础研究项目，其原理是把激光束聚焦在一个只占要钻井眼很小一部分的环形区域内，激光束聚焦后形成很高的温度，使要钻地层熔化蒸发，并产生强大的热冲击波，把要钻地层的岩石击成细粒，由熔化蒸发产生的强大压

2、力将其升腾到地面。（b）把流体吹向被钻区域的一种喷嘴结构(c)A-A线的截面图（a）1-井架2-激光器3-激光器与激光控制器连线4-改变激光方向的反射镜5-曲面光学放大镜和聚焦镜（使激光束到达地面时形成环形）6-激光通道7-流体吹除机构上的导向器8-控制连接线9-流体注入器10-压力流体贮罐11-控制阀，控制按时向被钻地层注入膨胀流体12-控制连接线13-电子控制器14-激光器控制器15-注入器控制器16-导向器上的控制器17-电子控制器上的处理器18-光学检测装置19-位于激光束通道6中心线上的接收镜B-由光学系统5出来的环带相干光束C-从已钻

3、井眼出来的岩心激光钻井的原理示意图激光钻井技术在钻井界属于一个全新的领域，具有使石油钻井发生彻底变革的潜在的可能性。激光钻井的优势在于能够克服传统钻井存在的难以克服的困难，例如，许多钻井事故发生在下套管和固井之前，此时井眼还没有得到套管的保护，地层流体进入井内造成井涌；钻井液进入地层，导致循环漏失、压差卡钻、井眼膨胀、破裂和坍塌；人们一直希望在钻头钻过地层后，可以立即保护井壁，即使是短暂的保护也行。激光钻井可在井壁形成一层陶瓷化外壳，从而可能不需要同心套管柱。可以使用同一井眼尺寸打深井，可大大减小钻机尺寸、套管数量和钻井成本。传统的旋转钻井钻速取

4、决于钻压、泥浆循环速度、转盘转速、水马力、钻头设计和井眼尺寸；激光钻井钻速仅取决于井眼尺寸和激光功率。另外，激光钻井可以精确控制井眼，解决侧钻、定向钻井的问题，减少钻头磨损和起下钻时间，这一切都可以起到降低成本的作用。激光钻井由于不用钻井液，可以防止储层伤害，降低污染。钻进前后岩石的渗透率没有变化，避免了产层污染。目前已经开展了包括大功率激光破岩实验在内的激光钻井可行性实验研究，实验结果表明，激光钻井速度非常快，其钻速可达50.8m/h，相当于100小时可钻成一口直径为300mm、井深5000m的深井。COIL激光钻孔实验二、微钻井技术美国能源部

5、下属的拉斯阿拉莫斯国家实验室正在进行微钻井技术的研究，旨在寻找一种能够大幅度降低油气勘探开发成本地有效方法。钻井技术最近的进展、更可靠的、更微小的电子传感器的研究开发以及微井眼在勘探和开发中潜在应用的不断扩大，为开发微钻井技术奠定了基础。目前研制的微钻井技术设备全部安装在一台双排轮的拖车上，由一台标准的货运汽车牵引，其主要设备有动力装置、连续管、遥测装置等，其钻具由马达、导向钻具组成（见图），适于钻Ø44.5m的井眼。研究小组正在开发一种更小的马达和钻头系统，可以钻3000多米深的微井眼，这足以勘探世界范围内的大多数的远景油气区。从概念上讲，微钻

6、井系统的部件是传统钻井和连续管装置的缩微版。微钻井技术具有与常规钻井一样的特点和局限性，但是由于尺寸的减小成本会明显降低。以Ø34.9mm微井眼和常规的Ø222.3mm生产井为例进行比较，微井眼钻井液的体积和钻井装置的重量分别是常规生产井的1/42和1/77，而对于小井眼这两个比值分别是1/2和1/5。微井眼与普通井眼套管程序对比从套管程序的对比来看，微井眼的套管重量减少了88%，套管成本仅是传统井的14%；其它成本如动员、运输、井场准备、钻具、泥浆系统费用等也都可以下降。另外，由于井眼小，油气层的污染和对环境的影响都显著降低。根据非常保守的

7、估计，钻微井眼与常规的生产井相比可节省成本70%。三、负压脉冲钻井技术由美国能源部立项和资助、Tempress技术公司负责研制开发的负压脉冲钻井系统可以在井底产生强烈的、周期性的负压脉冲。该系统结构紧凑，使用时可以安装在常规钻柱上，用钻井液水力能量驱动，并可与井下马达配合使用。该负压脉冲钻井系统能够提高常规牙轮钻头、PDC钻头或金刚石钻头的钻进速度；在水平井钻进中使用，负压脉冲所产生的水力推进力还能将钻头拉向岩石，克服常规钻井中水平钻进难以向钻头施加较大机械推进力的困难，提高水平段的机械钻速，并为使用连续管进行大位移水平钻进提供条件。负压脉冲钻井

8、的技术途径是，钻井液从高速流道射出时具有很大的动能，只要通过一个特制的阀（见图）将射流瞬时中断，就可将这种动能转换成负压脉冲。负压脉冲系