中国石油欠平衡钻井技术发展综述

[加入收藏][字号: ] [时间:2012-05-07  来源:中国石油新闻中心  关注度:0]
摘要: 应用上水平:今年,集团公司工程技术板块提出,持续深化欠平衡钻井在钻井提速、应对井漏等复杂情况方面的应用,特别是推井气体钻在深井提速中的应用,提升气体钻井装备能力,拓展气体钻井应用范围。   要积极推进全过程欠平衡钻井技术应用,做...

    应用上水平:今年,集团公司工程技术板块提出,持续深化欠平衡钻井在钻井提速、应对井漏等复杂情况方面的应用,特别是推井气体钻在深井提速中的应用,提升气体钻井装备能力,拓展气体钻井应用范围。

  要积极推进全过程欠平衡钻井技术应用,做好与水平井技术相结合,最大限度发现和保护油气藏,提高单井产量。

  持续促提升:目前,欠平衡钻井技术进展主要集中在井控、钻井液、程序设计、特殊工具等方面。

  国外能成熟运用新一代欠平衡钻井技术,即在钻进、接单根、换钻头、起下钻等全部作业过程中保持井下循环系统中流体的静水压力小于目标油气层压力。欠平衡钻井技术越来越多地与水平井多分支井及小井眼钻井技术相结合,开发了一些新老油田,应用范围日益广泛。

  未来集成化:欠平衡钻井技术发展方向是钻井模型分析、更有效的钻井液、更有效的井底导向系统与马达。这有利于新的钻井液井控与地面分离系统的发展,集成化是大趋势。

  欠平衡钻井技术将进一步朝安全、简便和适用的方向发展。这项技术对于保护油层和提高钻井速度具有重要意义,将广泛用于低压、低渗透油田。

  在欠平衡钻井技术发展历史上,两个500口欠平衡井粗线条描绘出中国石油欠平衡钻井的昨天、今天,并由此期待着更加美好的明天。

  第一个500口,是从中国现代石油工业开始到2006年,中国石油一共打的欠平衡井总数;第二个500口是2012年一年实施欠平衡钻井目标。

  两个500口告诉大家:中国石油正以前所未有的速度和紧迫感推动欠平衡钻井技术发展。

  时代的呼唤

  对于中国石油工业来说,欠平衡钻井是一个熟悉又陌生的词汇。

  熟悉的是因为1284年中国就首次采用顿钻钻井,直到1895年,钻井以顿钻为主,全部都是敞开井口边喷边钻欠平衡钻井。陌生的是因为虽然欠平衡钻井在中国起源很早,却在西方实现跨越式发展,最终又以“舶来物”身份回到中国,并成为中国石油目前大力推广的“明星”钻井技术。

  何为欠平衡钻井?大庆有句朴素的话:压力是灵魂。欠平衡钻井是一个与灵魂打交道的艺术。它的革命性变化就在于一改以往过平衡钻井的“压着打”,要求井筒液柱压力小于孔隙压力,大于井壁坍塌压力。其中,对压力“度”的掌握成为关键。

  中国石油钻井工程技术研究院钻井规划所所长汪海阁告诉记者,欠平衡钻井革命性变化提高了对储层油气的发现和保护,中国近些年几乎所有重大地质发现都离不开该技术,中国石油几乎所有的油田在应用欠平衡钻井时都见到了良好效果。欠平衡钻井在油气开发上可有效保护储层,提高单井产量。此外,欠平衡钻井也是有力的钻井提速手段,空气钻井甚至可数量级提速。

  欠平衡钻井技术风靡全球,还在于其在应对低压、低渗透、低产和难采储层等油气勘探开发中的先天优势。在世界廉价石油时代结束后,油气勘探与开发要挑战“硬骨头”时,包括气体钻井、控压钻井在内的欠平衡钻井系列技术,势必成为钻井技术的时代宠儿。

  从“坐冷板凳”到“首发”

  欠平衡钻井在中国发展经历了起起落落。中国石油工业与欠平衡钻井打交道有过“蜜月期”,也经历过几次“分手”。欠平衡钻井一次次被束之高阁,成为无人问津的禁区。为何“时代宠儿”,在中国屡次徘徊在“首发”和“坐冷板凳”之间?

  这就要从欠平衡钻井的特点说起。欠平衡钻井时井筒液柱压力小于地层孔隙压力,本质上就是边喷边钻,井喷由潜在的风险变成可能发生的事实。风险成为规模应用欠平衡钻井技术的“拦路虎”。

  工程技术分公司钻井工程处王鹏告诉记者,虽然我国欠平衡钻井探索很早,但由于技术和设备安全性等原因,一直存在安全问题。此外,对欠平衡钻井理论上的不成熟、缺乏装备和人才队伍让中国石油走了不少弯路。

  就是在这样的起点上,中国石油一次次发起对欠平衡钻井的探索,折射出的是中国石油欠平衡研究的不断深入。2007年,中国石油提出大力推广欠平衡钻井技术,并努力使欠平衡井在探井中应用比例达到20%。自此,欠平衡钻井真正踏上复兴之路,“十一五”期间,中国石油欠平衡井达到1017口,在“十五”的基础上翻了两番多。

  专业化队伍作为技术发展的有力见证,也从无到有建立起来。目前,川庆钻探已打造了10支气体钻井、20支欠平衡钻井、3支精细控压钻井专业化技术服务队伍,具备每年300井次的作业能力。西部钻探、长城钻探、大庆钻探、渤海钻探等其他钻探企业欠平衡钻井队伍也迅速建立起来。

  从国外主导到中国制造

  因为没有技术,国外工程技术服务公司在塔里木油田塔中地区提供控压钻井服务一天要价40万元;因为没有关键装备,上世纪80年代引进一台空气钻井装备要4000多万元;上世纪,欠平衡钻井重要装备旋转防喷器100%依赖进口……

  如今这些都已经或正在成为过去。21世纪,中国石油欠平衡钻井技术实现了跨越式发展。

  这种进步首先来自于认识。王鹏说,应用初期,欠平衡钻井多被当做备选手段。其他钻井手段没有油气发现,才会尝试欠平衡钻井。而如今,一些油田主动应用该技术,甚至先进行欠平衡钻井论证,行不通的话再采用其他技术。

  另一重要认识体现在充分发挥欠平衡钻井的潜力上。长期以来,我国欠平衡钻井多是探井,这就意味着把欠平衡钻井当成发现手段,忽视了在开发等方面的优势。如今,实践正在改变这些片面认识。

  玉门青西油田就是一个有力证明。2010年,因为常规钻井不能解决地质难题,青西油田勘探开发一度陷入停滞。2011年年底,采用全过程欠平衡钻井打了5口至6口,日产20吨原油,欠平衡钻井成为救活青西油田的主要手段之一。如今,青西油田所有井都采用全过程欠平衡钻井。

  认识上的解放带来技术上的发展。汪海阁指出,我国欠平衡钻井虽起步晚,但这些年却大踏步进步,短短十余年内,实现了从单一欠平衡钻井到全过程欠平衡钻井,从欠平衡钻直井到欠平衡钻水平井,从欠平衡钻井到控压钻井等进步。这也是目前推广的众多技术里,最为接近国际先进水平的技术。

  尤其值得一提的是,在近些年发展起来的全过程欠平衡钻井和精细控压钻井技术上,中国石油已形成了自己的特色。川庆钻探不压井起压钻全过程欠平衡钻井技术已成熟应用。西部钻探在吸收国外技术的基础上,开发了具有自主知识产权的套管阀全过程欠平衡技术。吐哈油田和西部钻探掌握的冻胶阀技术,则是土生土长的中国技术,是对全过程欠平衡一次大胆而又成功的尝试。

  在精细控压方面,去年钻井工程技术研究院和川庆钻探已分别推出精细控压装备,西部钻探紧随其后,今年或将推出相关装备。中国石油精细控压技术正迎来整体进步。

  对于快速发展的中国石油工业来说,欠平衡钻井已取得的成就仅仅是个开始。目前,中国石油企业对欠平衡钻井前沿技术的探索方兴未艾,很多领域研究走在世界前列,这项“古老”技术正展现出全新的风采。

  专家视点

  “市场需要规模应用才能把推广工作带动起来,这是个经济账。在地层筛选方面下工夫,具有决定性作用。”

  打破“平衡”思维

  “欠平衡钻井技术在我国发展势头良好,尤其是在科技研发、推广应用方面,中国石油取得了很大成绩,美中不足的是欠平衡井占全部井的比例偏低。可喜的是西南油气田欠平衡钻井比例大幅提升。”中国石油集团钻研院钻井规划研究所所长汪海阁在4月26日的采访中对记者如是说。

  “现在,欠平衡技术自主研发快速推进。总体来说,中国石油欠平衡钻井包括气体钻井技术、控压钻井等已达到世界先进水平。我们拥有多项自主知识产权技术研发成果。”谈到这些成果时,汪海阁难掩心中的喜悦。

  我国欠平衡钻井技术发展基本是一个从热到冷再到热的过程。上世纪五六十年代,由于没有旋转防喷器,虽然很多井无意识地实现了边喷边钻,但毕竟井控风险太大,该技术一度处于停滞状态;20世纪80年代至90年代,由于旋转防喷器的出现,很多地方重新尝试这一技术;90年代后期到现在,国内很多重要发现与欠平衡钻井技术有关。可以说,现在是该项技术发展最好的机遇期。

  “在技术不断发展进步的同时,现场推广应用遇到了一些问题,主要是推广规模问题。”汪海阁不无担忧地告诉记者,“这个问题很复杂,技术在先,应用推广相对滞后,就形成了一个很大的矛盾。”适合于欠平衡钻井地层的选择等问题是制约这项技术规模化应用的关键。从客观方面看,我国低压地层较多,压力系数一般小于1。打这种井介质选择比较复杂,用常规水基泥浆有很大难度,而使用油基泥浆成本则相对偏高,导致欠平衡技术在前期探井方面应用很多,而发现油气田后在开发过程则相对保守。有的人甚至认为钻完井后储层需要压裂和改造才能投产,因此没必要多花钱用于欠平衡钻井。

  另外,从国外欠平衡钻井应用的经验来看,欠平衡钻井在天然气井上应用广泛。相对于油井而言,我国目前每年完钻的天然气井要少很多,这客观上限制了欠平衡钻井技术的规模应用。

  汪海阁说,在地层筛选方面下工夫具有决定性作用。从目前看,打欠平衡井的前期调查、评价不应只是几口井的问题,而应是整个区块,这样应用范围会更广。这个问题如果不解决,欠平衡钻井技术很难规模推广。只有个别井应用这项技术而没有覆盖到区块成本就很难降下来。市场需要成规模应用才能把推广工作带动起来,这是个经济账。

  打破固有的观念“平衡”尤为重要。2011年,中国石油完成欠平衡钻井350口,其中气体钻井68口,这个规模比起美国、加拿大等欠平衡技术使用大国还非常小。除一些我国特有的客观情况外,克服主观原因,从根本上解决问题非常重要。集团公司副总经理廖永远指出,欠平衡钻井技术在实践中发展,在探索中前进。现在,川庆钻探能走在前列,关键就是解放思想,转变固有观念。四川邛西地区将欠平衡钻井技术有效保护储层、提高机械钻井速度、保障能力强的特点发挥得淋漓尽致。因此,只有真正解决观念上的问题,才能达到规模化应用的目的,技术进步才能转化为实际生产中的效益。(实习记者 苏子开)

  “正是因为自主创新,才能打破国外装备技术垄断,迅速扩张市场,最终在做大过程中做强。”

  领先源自创新

  在国内欠平衡钻井技术发展与应用领域,四川地区既是一块试验田又是领跑者。目前,川庆钻探工程公司已在全过程欠平衡钻井、气体钻井、精细控压钻井等多方面形成了自己的特色和领先优势。从上世纪60年代开始尝试欠平衡钻井,经历了诸多挫折与长时间沉寂,到如今的广泛应用,川庆钻采院院长孙海芳认为,四川地区正是因为坚持自主创新,发展之路才越走越宽广。

  上世纪末,四川地区启动新一轮欠平衡钻井。面对如何发展欠平衡钻井技术,是依靠引进还是自主创新?孙海芳说,没有自己的核心技术,只有接受高昂的价格,长远发展必然受制于人。

  川庆钻探全面总结早期欠平衡钻井技术经验和教训,从装备研发入手,先后设计开发出各种压力等级、处理能力、规格型号的旋转防喷器和不压井起下钻装置等系列专用装备。此外,积极开展校企联合,建立了全过程欠平衡钻井完井理论体系,形成了欠平衡钻井地层适应性评价技术、多种介质欠平衡钻井技术等11项特色工艺技术系列。

  孙海芳说,从川庆钻探欠平衡钻井技术发展脉络看,正是因为自主创新,才能打破国外装备技术垄断,迅速扩张市场,最终在做大过程中做强。

  为什么川庆钻探欠平衡钻井技术能够在国内领先发展?孙海芳认为有三点原因。第一,时代的呼唤:新增储量中低效储层占比提高,对发现和保护油气藏、提高钻井速度的需求日益强烈。第二,四川地区复杂的地质条件造就了其扎实的井控技术基础。第三点最为关键。西南油气田甲乙双方对发展欠平衡钻井认识统一,紧密合作,共同推进,使该项技术获得了广阔的发展空间。

  尽管我国欠平衡钻井技术取得了长足进步,但总体应用规模与发达国家比仍存在较大差距。孙海芳认为,安全风险和投资压力仍是影响欠平衡钻井技术发展的主要因素。因为欠平衡钻井特点是地层压力大于井筒液柱压力,在目前严峻的安全形势下,为了确保安全,人们宁愿不用新工艺,不用欠平衡钻井,或者即便使用了欠平衡钻井设备,也不愿意真正实现欠平衡钻井。欠平衡钻井发展需要消除人们思想上认为其不安全的误解。同时,对于欠平衡钻井成本需要着眼大局、综合评价,一方面给自主创新技术以更多的支持,另一方面欠平衡专业化队伍应不断完善技术,降低作业成本,不断提高欠平衡钻井的安全性和经济实用性。这样欠平衡钻井才有更快的发展。
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