高歌奋进 为油开道——中国石油钻井工程技术回顾、现状与展望

本文在回顾中国油气钻井技术由古代、近代和现代发展历程的基础上,介绍了新中国成立以来特别是改革开放至今的30年中我国钻井工程技术的成就和技术现状,分析了国际和国内钻井技术的发展趋势和目前存在的技术瓶颈,据此提出了今后一个时期我国钻井技术科研工作的攻关方向,并对钻井技术的自主创新和可持续发展作了展望。文章认为:①钻井工程的定位——工程技术是石油工业上游业务的三大支柱之一;②钻井工程具有高投入、高产出、高风险、高技术特征;③钻井技术发展趋势是更深、更快、更便宜、更清洁、更安全、更聪明;④目前国内钻井技术的难点包含八个方面的突出问题;⑤中国钻井的工作地域特征为国内陆上、海洋和海外;⑥中国钻井面临的对象难点是低(低渗透)、深(深部)、难(复杂地层)、海(海洋深水);⑦中国钻井实现可持续发展具有六大优势;⑧当代钻井技术实现的三个转变,等等。

中石油钻井工程技术现状、挑战及发展趋势

中国石油天然气集团公司(以下简称中石油)近年来自主研制了万米钻机及配套装备、近钻头地质导向、欠平衡/气体钻井/控压钻井、连续管作业机、21MPa/35MPa带压作业机等核心装备,发展完善了以水平井、欠平衡钻井、钻井提速、储层改造、带压作业为核心的配套技术,有力地支撑了水平井、欠平衡钻井、钻井提速、水平井分段压裂等重点工程的实施。但与国外同行相比,在自动化钻机、海洋钻完井装备、旋转导向系统、抗高温随钻测量仪器、抗高温螺杆、高效钻头、高温高密度油基钻井液、高压气井带压作业装备、低成本高效压裂液、无限制选择性压裂工具、完井技术等方面差距明显。研究结果认为:我国深层、海洋、非常规油气藏领域钻完井面临高温高压、高研磨性地层钻速低、钻井周期长、旋转导向等技术储备不足的挑战,建议在高效起下钻机、高效破岩钻头和辅助工具、旋转导向系统、井筒完整性、井下宽带信息传输技术、海洋钻井成套装备和技术、工厂化钻完井与体积压裂一体化技术等方面开展技术攻关。

钻井工程信息化的数据透视技术

在钻井工程信息化中,还没有出现直观的、便于现场使用的数据挖掘或深层数据分析软件,而数据透视技术能够实现快速的交叉汇总,通过一系列简单操作来表达用户的统计需要,形成在各种条件下的数据分析表格。介绍了钻井工程数据的结构特点、多层面的统计需求及数据透视技术的概念。阐述了多维数据透视技术的实现过程。在钻井工程数据处理过程中的应用表明,数据透视技术可为钻井设计和施工提供数据参考,为油田区块的特征分析提供数据支持,为集团公司的决策提供数据依据。

现代信息技术在石油钻井中的应用研究——关于钻井信息工程学的探讨

现代信息技术在钻井工程中的应用能够提高钻井效率、降低钻井成本。钻井工程的发展越来越依赖于信息技术的发展和突破,石油行业对兼具钻井工程和信息技术交叉知识的人才需求逐步加强。通过分析现代信息技术的内涵和钻井工程技术的发展历程,总结了信息技术在钻井工程中逐步扩大的应用范围和起到的重要作用。为了促进钻井信息化进程,满足行业对人才的需求,探索性地提出了钻井信息工程学学科的概念,即以钻井工程技术为基础,以现代信息技术为核心,研究钻井工程中信息的采集、传输、存储、处理与应用以及信息数据挖掘的所有技术和方法的一个学科分支。论述了钻井信息工程学的学科框架、基本问题和主要研究内容,简介了钻井信息工程学近些年在基础理论和产品开发方面取得的研究进展,并展望了钻井信息工程学的未来发展方向。

面向钻井工程技术的数据仓库应用探讨

数据仓库与数据挖掘技术在传统数据处理密集型行业得到了普及和应用,并发挥了重要的作用,但石油钻井行业在这方面还与国外存在很大的差距。首先对数据仓库和数据挖掘技术做了简单的介绍,并就这两种技术在国内外的应用现状做了对比分析,最后重点介绍了如何将数据仓库与数据挖掘技术与石油钻井工程有机的结合起来,希望能从多角度、多层面、分步骤来实现这些技术在钻井中的成功应用。

中国石油固井技术进展及发展建议

经过"十二五"的技术攻关,中国石油固井技术取得很大进步,在大温差长封固段油气井、深层复杂天然气井、页岩气及储气库井等类井的固井技术以及提高顶替效率等方面均取得重要进展;抗高温水泥浆、大温差水泥浆、韧性水泥、磷酸盐水泥、自愈合水泥等固井材料的现场应用获得良好效果;常规固井工具日益成熟,特殊固井工具取得突破;固井装备实现更新换代;固井质量智能化控制技术取得初步进展;水泥环密封完整性、水泥增韧改造机理等固井基础理论研究日益深化。由于油气勘探开发对象日益复杂,以及受低油价、工作量缩减、技术竞争加剧等因素影响,"十三五"期间固井行业将面临一系列新的挑战,需进一步提升技术创新力及核心竞争力,在复杂深井超深井、复杂天然气井、复杂调整井、非常规油气井及井筒密封完整性等方面开展深入持续的研究工作,为油气勘探开发提供更为强有力的技术支撑。

煤层气钻井工程多因素损害机理研究

单井产量低严重制约着国内煤层气的效益开发,钻完井过程中的煤层渗透率损害被认为是影响单井产量的重要因素之一,针对山西沁水盆地中高阶煤岩的物理化学特性,通过煤岩解吸率和渗透率、恢复率、X射线衍射、溶剂抽提后质谱分析、扫描电镜、低温氮吸附和压汞法,测试煤岩的有机分子结构、割理和基质孔隙在钻井液单组分作用下的物理化学性质变化,并对不同类型钻井液在压力波动下应力敏感性损害、钻井压力波动下钻井液滤失量大小以及钻井液侵入后的渗透率损害进行了系统研究。

中国石油固井技术进展及面临的问题

固井是石油工程技术领域的一个重要环节。经过多年攻关,中国石油固井技术取得了长足进步,基本形成了系列配套的固井材料、固井工具及相应的固井工艺技术。近年来,中国石油在深井超深井、水平井及大位移井、大温差长封固段一次上返固井方面取得了重要进展;超高密度及超低密度水泥浆、胶乳水泥浆、韧性膨胀水泥浆等在现场应用中取得了良好效果;常规固井工具及附件已经成熟,尾管悬挂器及自膨胀材料方面取得突破;固井装备实现了更新换代,固井质量智能化控制取得初步进展。由于油气勘探开发的对象日益复杂,下一步还需要在复杂超深井、复杂天然气井、储气库井、非常规油气及低温深水固井等方面开展深入的研究工作,为油气增储上产提供强有力的工程技术支撑。

钻井工程数据库的研究和设计

随着钻井技术和信息技术的飞速发展,科学合理地利用钻井信息对钻井工程管理和决策起着越来越重要的作用。建立一个全面、合理、详细、标准的钻井工程数据库是高效应用钻井信息的关键。在对钻井工程数据库的需求进行详细分析的基础上,通过概念设计、逻辑设计和物理设计3个阶段分析并设计了钻井工程数据库。设计的钻井工程数据库是钻井工程设计和工艺软件的数据存储和管理的基础,支持该软件所有的计算分析模块,达到了各计算模块之间数据共享和减少重复录入的目的;设计的钻井工程数据库符合钻井业务流程、内容全面详实、性能高效、表结构优化、具有良好的可扩展性。统一的钻井工程数据库的建立使海量钻井数据的有效存储成为可能,为进一步的钻井数据挖掘和分析奠定基础。

坚持科学发展 准确把握定位 为钻井工程技术再登新高峰做出新贡献

中国石油集团钻井工程技术研究院自成立以来,准确把握"一部二中心一基地"的发展定位,通过不断深入调查研究,培育特色技术,完善科技创新体系,提高自主创新能力,在科技攻关、重大现场试验等方面取得了显著的成绩,为集团公司各项重大钻井工程提供了有力的技术支持。

钻井工程数据库的扩展与深化

目前的钻井工程数据库标准历经15年,依旧发挥着积极作用,同时新技术和新需求的出现,也催化标准与时俱进。在此背景下提出扩展与深化钻井数据库标准的设计原则,进而探讨了对若干数据库技术细节的处理方法,最后指出了推进这一标准化工作的要点。从统观的角度思考新的钻井信息化建设,为行业的标准化提供参考。

油气钻井工程经济学探讨

油气钻井工程在石油工业中占据重要地位,涉及到许多经济问题,但目前缺乏一套独立的经济学相关学科体系。在总结油气钻井工程地位、作用以及相关经济问题的研究现状基础上,探索性提出油气钻井工程经济学概念。分析了油气钻井工程基本建设程序和运行规律,探讨了油气钻井工程经济学的四个研究维度,即全过程、全要素、全风险、全团队。最后从决策、设计、准备、施工、竣工、后评价6个阶段全过程提出了油气钻井工程经济学的主要研究内容。

钻井工程移动系统发展现状及展望

现代钻井技术从方案设计到现场施工设计都依赖钻井软件的支持,相比通用的钻井设计辅助系统,钻井移动系统在便携性与计算效率方面具有优势。介绍钻井移动系统的硬件设备,对比国内外钻井移动系统发展现状、功能模块、优缺点和应用情况,研究开发基于平板电脑的钻井软件的可能性,提出了软件开发方案。

钻井工程软件的现状及发展趋势

随着钻井工程施工向复杂地区的扩展以及钻井新工艺、新技术的发展,钻井工程越来越依赖于软件系统的支持,如井眼轨迹设计、大斜度井/长井段水平井摩阻扭矩分析等。文章介绍了国内外钻井工程软件现状和功能特点,重点说明了目前国内钻井软件系统进展情况和取得的成果。经过"十一五"科技攻关,已经开发出具有自主知识产权的钻井工程设计与工艺软件,初步解决了我国钻井软件长期依赖于国外软件的局面,基本满足了国内油田钻井工程设计与施工分析的需要。

钻井工程设计集成系统研发及应用

钻井工程设计集成系统是一套面向钻井工程设计部门,辅助钻井工程师完成直井、定向井、水平井等多种井型工程设计的钻井系统软件。系统基于钻井工程软件平台架构和统一的数据库,遵循中国石油勘探与生产分公司的钻井设计文本,结合中国石油各个油田的最新钻井设计格式要求,优化钻井设计流程、细化软件设计界面,提高了钻井设计数据的使用效率。具有井眼轨迹设计及防碰扫描、井身结构编辑与绘图、套管柱设计及下套管分析、钻头及钻井参数设计、钻柱设计及阻力扭矩分析、钻井液与完井液设计计算等功能,可根据用户需要自动生成订制格式的钻井工程设计文本。现场应用表明,软件的功能模块和计算准确性与国外同类钻井软件相当,可满足钻井工程设计与分析要求。该钻井工程设计集成系统提高了我国钻井工程设计和工艺软件的自主创新能力和原创性技术研发能力,增强了中国石油钻井工程核心竞争力,为我国钻井技术的信息化、自动化和智能化的发展做出了贡献。

中国石油固井面临的挑战及攻关方向

随着中国石油(CNPC)油气勘探开发工作的不断深入,油气勘探开发的对象日益复杂,固井质量要求越来越高,固井面临更加严峻的挑战。在分析中国石油固井面临形势的基础上,总结了近年来中国石油在固井工艺、外加剂及水泥浆体系、固井工具及附件、固井装备和基础理论研究等方面的主要进展,分析了深井超深井及复杂地层固井、复杂天然气井及酸性气藏固井、致密油气及页岩气固井、枯竭气藏储气库固井、海外复杂区块固井、海洋低温深水固井等6个方面面临的挑战,提出了要保证油气井长期有效封隔的关键技术,建议今后在基础研究、功能性水泥浆体系开发、配套工艺技术、功能性固井工具及装备研制等方面开展研究工作,对固井技术攻关具有一定的指导作用。

钻井工程设计与工艺软件ANYDRILL1.0的研发与应用

对钻井工程设计与工艺软件包含的欠平衡/气体钻井设计与分析系统、控压钻井设计分析系统、地层压力预测分析与监测系统、岩石力学分析系统等多个功能系统做了详细的介绍。钻井工程设计与工艺软件完成多井次的现场测试,应用结果表明,钻井工程设计和工艺软件功能丰富、计算准确、使用方便,可较好地满足现场钻井工程设计与施工需要,为钻井工程提供技术支撑和技术指导。

国内外钻井工程软件对比及对国内软件的发展建议

石油勘探开发向复杂深层领域扩展,导致钻井工程设计与施工越来越复杂,对钻井工程软件的依赖性逐步增强,而国内钻井工程软件与国外钻井工程软件相比,有很大差距。介绍了国内外钻井工程软件的开发过程和应用现状,对比分析了国内外钻井工程软件的差别,并结合我国钻井工程软件开发和应用过程中存在的问题,提出我国钻井工程软件的发展要遵循软件开发的一般规律,要有明确的用户定位并解决软件开发相关的基础理论模型等关键问题,阐述了钻井工程软件的总体研究思路和总体技术路线,指出要重视钻井工程软件集成平台和单项专业软件的研发以及钻井工程软件的测试和维护。指出钻井工程软件的开发在注重整体规划的同时,应是平台先行、滚动开发、持续集成,选择一个单项专业软件作为开发重点并加强推广应用,形成具有自主知识产权的成熟实用的钻井工程软件。

ANYDRILL钻井工程设计与工艺软件

随着石油勘探开发转向深部复杂地层和钻井工程设计与施工的精细化,钻井工程对软件的依赖性正逐步增强。为了拥有适合于中国石油当前和未来发展需要的钻井工程软件,中国石油集团钻井工程技术研究院经过"十一五"科技攻关,开发了具有自主知识产权的ANYDRILL钻井工程设计与工艺软件,初步解决了我国钻井软件长期依赖于国外软件的局面,基本满足了国内油田钻井工程设计与施工分析的需要。文章对ANYDRILL钻井工程设计与工艺软件在功能、特点、关键技术和解决的主要问题等多个方面进行了阐述,详细介绍了该软件开发的控压钻井设计与分析系统、地层压力预测分析与监测系统、岩石力学分析系统、钻井液设计及分析系统、固井工程设计与分析系统、欠平衡(气体)钻井设计与分析系统、钻柱力学分析系统、钻井数据库管理系统、钻井实时监控与技术决策系统等功能与应用。