全球钻完井技术发展趋势研究（下）2014-1-27 1:27:52 标签：完井技术压裂技术钻井新方法全球趋势钻井完井分享到：0文|汪海阁等中石油勘探开发研究院钻井所副所长，研究生导师2、国外完井、压裂技术新进展2.1 完井新技术完井是连接钻井和生产的关键环节，完井技术是影响油气井开发效益的关键技术。

近两年完井技术革新主要围绕水平井开展，膨胀管技术和多级完井工艺得到不断发展和走向成熟。

i-Frac 完井工具：挪威i-TEC 公司新推出革命性的i-Frac 完井工具，主要用于致密储层增产作业，可以显著减少作业时间，加快投产进度，从而降低成本。

i-Frac 新型投球滑套工具包括2 种尺寸类型：Ф5.6in×37.9in 和Ф6.732in×36.4in，分别用于4.5in 和5.5in 套管，最高工作压力达10kpsi 和15kpsi，最高抗温177℃，使用的投球尺寸分别为1.875～3.625in 和1.875～4.5in。

使用i-Frac 完井工具进行压裂施工，仅需一次投球即可打开超过20 个滑套，大大提高了作业效率。

今年4 月对北海挪威大陆架一口水平井的碳酸盐岩储层实施分段压裂，井深4921m，水平段长839m，分3 次投球完成3 级56 个滑套的压裂施工，第1、2 个球分别打开19 个滑套，第3 个球打开剩余的18 个滑套，共计用时1.5d。

如使用常规作业方式，每次只能打开一个滑套，累计需要40～50d。

该技术同样适用于页岩油气井，尤其是在美国的致密页岩气田和中国的低压低渗致密油气田，预计至少可以节省一半的投产作业时间。

采用这种方式进行压裂作业也意味着能够将压裂作业所占用的资源快速转移到其他地方去，最大限度地降低对环境的影响，明显减少压裂作业对水资源的需求，而水资源对于美国页岩油区是一个棘手的问题。

套管下深工具（DST）：Shalerunner 的套管下深工具（DST）是在页岩储层井中应用完井管串的新型运载工具，能够确保完井工具成功着陆。

该工具添加了一个高速旋转的扩眼引鞋，允许作业者必要时钻掉完井工具。

工具可以减少起下钻，具有清洗、扩眼和重入井眼的能力，可使完井管串下入准确位置而无需旋转，避免下尾管系统过早坐挂的任何系统风险。

可膨胀防砂筛管完井系统：由Weatherford 公司研发的可膨胀防砂筛管完井系统已成功应用于沙特阿拉伯油田的一口陆上水平井中，这是世界上首次成功完井的实例，创立了多项世界纪录。

智能完井技术：Weatherford 公司的微密封膨胀封隔系统使用了一种专有弹性体，能根据微环空内的排出液类型进行膨胀，防止微环隙内的流体和压力运移，不必进行修井和补救注水泥作业；Baker Hughes 公司发布的新型膨胀尾管悬挂器TORXS 系统能够在固井施工之前安装，以消除在固井、打捞作业或弃井过程中下放该工具被卡的风险。

该工具应用范围广，可在深水油气井、斜井、定向井和未来的单一井径井完井中使用。

Packers Plus 能源服务公司是多级压裂完井工艺系统的先锋，在设计和制造各种完井系统创新技术方案方面处于行业领先地位，其发布的QuickFRAC 多级完井系统为行业首创，在15 次处理作业中完成了60 级改造。

2.2 压裂新技术近两年，非常规油气开发取得突破性进展，压裂技术成为关注的焦点。

水力压裂技术的地位大幅提升，重要性日益凸显，正在页岩气、致密气、致密油等非常规油气的开发中发挥着至关重要的作用。

目前主流技术有水力喷射、裸眼封隔器、快钻桥塞3 种工艺，压裂呈现出平均分压段数、平均水平段长度、平均单段加砂量不断增加，平均段间距不断减小的发展趋势。

压裂段数倍增技术：通过一个允许重复投球的滑套实现同一尺寸的球多次投放和准确坐封在特定位置，可成倍增加压裂段数、减少完井时间、提高单井产量。

该技术已成功进行现场测试，2011年实现了60 级分压，研发目标是用于更长的水平井，缩短段间距，使分压段数达100 段。

缝网压裂技术（同步、拉链式）：同步压裂和拉链式压裂已经被成功地用于多个页岩气田的开发。

同步压裂平均增产30%以上。

两步跳压裂法还处于概念阶段。

高速通道压裂技术（HIWAY）：改变了依靠支撑剂形成导流能力的方式；在压后支撑剂充填层内建立稳定的通道；大幅提高压后裂缝导流能力；特定射孔、脉冲式注入、专有纤维三者结合。

在全球超过3000 个层段的作业，施工成功率大于99.9%，压后产量显著提高（20%以上），单位生产成本降低。

我国已在长庆油田成功实施了一口试验井。

快速压裂技术（QuickFrac technologies）：作为一套全新的批压裂工艺，在两个封隔器之间安装若干专有滑套把目标层分割成独立的小段，投一次球打开该层内所有滑套，节约泵送时间和成本，降低压裂液用量。

双分支水平井、多分支井分段压裂技术：每个分支长1500m 以上，15 段以上分压，与单分支井水平井相比，产量提高25%，成本节约35%，内部收益率由51%提高到98%。

井下混液技术（CobraMax DM）：从环空高速注入清洁压裂液，从连续油管低速注入支撑剂，压裂液与支撑剂在井下通过特殊工具实现均匀混合。

可实现一次注入完成多段压裂；根据井下情况与需要灵活控制支撑剂浓度，有效提高完井效率；预留支撑剂段塞用于隔离各压裂层段，有助于提高近井筒导流能力。

环保型压裂新技术：包括闭环压裂作业、LPG 无水压裂、集中压裂等。

压裂技术的发展趋势是：随压甜点监测，实现压裂段数少、精、准；增加储层接触面积，提高压后裂缝导流能力；工厂化作业，降低压裂成本，提高作业效率；研发“绿色”添加剂，大幅降低用水量，减少占地。

3 、国外钻完井前沿技术3.1 双壁同心钻杆钻井新方法双壁同心钻杆钻井（Reelwell Drilling Method，简称RDM）是应用双层同心钻杆作钻井液流入流出通道来解决钻井难题。

循环钻井液和钻屑是从双层钻杆的内部通道返到地面，而不是如常规钻井那样从井壁与钻杆的环空中返到地面。

系统的关键技术是井下压力隔离系统，以保证无限次开关操作都能实现井下隔离。

通过在双壁钻杆上下安装的一系列流量控制阀，确保复杂地层的钻井更安全有效。

主要技术优势有：采用反循环技术，管外环空内充满清洁的钻井液，可维持井筒清洁，井壁不受冲刷；内管外壁有绝缘涂层，管中管充当同轴电缆，向井下供电，实现数据的高速、双向传输；在水平井段和大位移井中，推动钻柱前进，给钻头施加更有效的钻压，解决了长水平段水平井的加压问题；钻井安全方面，RDM 提供一个良好的闭路循环系统，非常适合于深水窄密度窗口储层的安全钻井，能精确控制井下压力和循环量，对钻井液的体积变化作出即时响应、控制和调整，在钻井液停止循环或接单根时实现井内关井。

而不改变井底压力，从而避免压力波动导致油气入侵；可膨胀尾管代替BHA 接入，可用于套管钻井或尾管钻井；井下压力隔离系统相当于给井控增加了一道屏障。

该技术可应用于复杂深井、大位移井和长延伸段水平井。

RDM 钻井的概念最早由挪威国家石油公司、挪威科学研究委员会提出，Reelwell 公司于2004年开始研发，现已通过了几次全尺寸测试，2009 年首次在挪威陆上的一口MPD 定向井上应用，2010年第一次在加拿大的一口页岩气井上应用，证明了其有效性和潜在能力，预计2015 年能达到工业化应用。

目前Reelwell 无隔水管钻井技术的研发得到了Petrobras、Dockwise、Shell、Total 和挪威国家研究委员会的支持。

一旦投入商业应用，必将给深水钻井带来一次革命。

3.2 无钻机技术海底钻井技术（海底无人值守钻机）：这项指钻机坐落在海底的钻井技术，不受水深和海况限制，能够解决深水作业中面临的各种海况问题，可应用于台风、飓风频发海域的油气钻探。

由于深水钻井环境恶劣，一般需要大型浮式钻井装置——半潜式钻井平台和钻井船，其造价极高，作业费用更高。

如果能够不用大型浮式钻井装置就能钻井，必将节省大量的钻井成本，还能避开恶劣的海洋环境对钻井作业的干扰。

为此，提出了海底钻机的设想，设计了多种方案。

如美国Gregg 海洋公司新推出的一种机器人海底取样钻机，其最大作业水深3000m，可钻取150m 深的岩心，预示未来随着技术的进步，用海底钻机进行深水石油钻井将成为可能。

海底钻机的共同特点包括：不用钻井船、半潜式钻井平台，也不用隔水管和升沉补偿装置，容许浮式辅助船有很大的漂移范围；不受海况、水深和天气的限制，无需动力定位；无需钻工；压力补偿式密闭装置；全自动化；遥控等。

海底钻井通过电缆来提供动力和必需的作业流体，并依靠各种技术控制水下工程作业。

国外从20 世纪90年代已经开始研究，Seabed Rig 公司的Seabed 钻井技术、Shell 公司的Seafloor 钻井技术、德国布莱梅大学研发的Mebo 海底钻井系统、Maris 公司的海底钻机都属于这一类，但多停留在概念设计阶段。

Seabed Rig 公司已完成概念设计，正在进行关键部分的实体设计。

此技术难度较大，预计2020 年前能达到工业化应用。

獾式钻探器：獾式钻探器是一种不用钻机钻孔，靠自掩埋钻探工具将监测仪器随身带入地下永久监测地下地质状态与活动的一种地质勘探技术。

1999 年，挪威技术专家首次提出了獾式钻井概念，这种无钻机钻井方式可在很大程度上解决深海、极地等特殊复杂区域的探井所面临的难题。

钻入时，钻探器通过电缆供电，驱动前端电动钻具带动钻头破岩，同步将岩屑输送到后端挤埋到地层中，如此实现獾式钻进。

随同钻探器带入地下的监测站将监测到的信息以2Mbit/s 以上传输速率从电缆传输到地面。

目前ExxonMobil、Shell 和NOV 等石油公司通过联合工业组织资助挪威的獾式钻探器公司开展研发，现已进入室内地表全尺寸自掩埋试验阶段，其远期目标是3000m 钻深。

无钻机钻井技术的应用前景主要有：作为油气资源勘探的一项技术，用以代替深水野猫井采集地层信息，降低勘探风险；利用獾式钻探器地下监测站和电缆高速信道，采集VSP 信号，提高物探精度；利用獾式钻探器自身携带的永久监测站代替常规监测井进行地下微地震监测及连续的三维地震，监测油藏中各种流体运动和压力变化，为确定剩余油分布、优化开发方案、提高采收率提供技术手段；极地（北极）资源钻探与监测。

3.3 天然气水合物开发钻采技术开采方式的高成本是制约可燃冰产业发展的一大瓶颈，各国正在加快推进开发可燃冰的步伐，日本、美国、加拿大、俄罗斯、印度、韩国等国政府都制定了有关天然气水合物的长期研究计划。

美国2000 年起将“可燃冰”作为政府项目进行勘测，2012 年斥资2900 万美元在阿拉斯加试验开采，曾用潜艇开采海底可燃冰，成本高达每立方米200 美元。