第 +* 卷=第 # 期 K4 0 L+*= D4 L# ============= 钻===采===工===艺 >M@ NN@ DOPHM?>QIR@?DR,ISD?N?OT, #, 本刊专稿 中国石油钻井科技攻关三十年回顾与展望! 二" 郭=清#! 孙海芳! "# 中国石油大学#北京! 中国石油川庆钻探公司钻采工程技术研究院$ ==郭=清等2中国石油钻井科技攻关三十年回顾与展望! 二" 2钻采工艺#!"#(#+*!#" &# %( 摘=要! 我国改革开放刚跨过了三十五年!石油钻井行业历经六个五年计划的持续攻关!一步一个台阶!取得 了辉煌的成就% 钻井技术的科技发展为国家的能源安全提供了重要支撑!其整体水平已位居发展中国家前列!有 些科研领域达到国际先进水平% 如何历史地看待 +" 年来钻井技术的发展!以及未来的发展之路!文章对& 六五' 以 来我国钻井技术三十年技术攻关进行系统梳理!通过历史背景(基本概况(技术难点(攻关成果(技术关键和科技规 划等诸多数据分析!力图在 +" 年这个节点上!表达作者的一己之见% 关键词! 科技) 攻关) 回顾) 展望 >?@!#"2 +&'& A B 2@ CCD2 #""' %)'*E2!"#(2 "#2 "# 一"# 七五$ 期间%#&*# F#&*( 年& 国家' 七五( 科技攻关计划#安排重点科技项目 )' 项#+$& 个课题#投入资金 ')2 ' 亿元#获得科技成 果 # 万余项#累积获得直接经济效益 $"" 余亿元% 泛应用#特别是这三者的有机组合体+井下动力钻 具导向钻井系统的问世#极大地促进了丛式井$大位 移井和水平井的高速发展% 二"# 七五$ 之前钻井技术难点分析 ' 七五( 期间安排石油领域重点技术攻关项目 西部地区计划打井! """ 以上#将是' 六五( 期 是' 定向井丛式井钻井技术研究( 与' 保护油气层防 间的几倍% 与国外先进技术水平比较#美国' 七五( 止污染的钻完井技术研究( )#* % 如何理解当时这两 个选题#就需要回顾一下当时深刻的历史背景% #&*( F#&&" 年中国石油工业已经有了长足发 初期队年进尺达到 $ J#" $ -以上#而我国仅是 #2 ( J#" $ - 左 右% 这 些 差 距 主 要 表 现 在 以 下 几 个 方 面& 展#东北地区大庆$胜利$辽河油田等一批老油田稳!#" 中深井钻速低% 步发展#但地面大部分是农田$村庄#在人口增加和!!" 定向井$丛式井钻完井技术还未形成成熟 有效土地面积减少情况下#尽量少占工业用地成了 配套技术% 当务之急% 随着渤海湾地区勘探取得突破#西部及!+" 钻井装备差#井下工具品种单一#质量差% 南海西部$东部和东海加速勘探开发也都急需定向!$" 井下动力钻具 GH>I钻头 G随钻测量技术 井$丛式井钻完井技术% 针对稠油油藏和低渗透油藏#如何降低成本更 有效的开发#' 保护油气层防止污染的钻完井技术 研究( 攻关内容也成为' 七五( 期间技术攻关重点内 还处于初期探索阶段%!(" 储层保护技术认识与实践还刚刚开始% 三"# 七五# 期间重点科技规划 依托' 七五( 期间的钻井基本状况和对其技术 容% 国外在 *" 年代发展起来的' 井下动力钻具 G 难点的准确分析#中国石油天然气总公司科技局及 H>I钻头 G随钻测量( 技术#是石油钻井领域的一 时作出了 ' 七五( 科技规划和技术改造规划#分为五 场技术革命#这三大技术工具得到了高速发展和广 大任务目标和!" 项配套技术攻关% 收稿日期!!"#$ %#! %!$ 作者简介! 郭清!#&'( %" #女#副教授#博士#!"") 年毕业于西南石油大学#现就职于中国石油大学! 北京" 石油工学程学院海洋工程系#从 / 0 &#+(!""*")+$ 1#'+23 4 -# 5 64 7 事海洋石油工程$测量学等专业教学% 地址&!#"!!$&" 北京市昌平区府学路 #* 号#电话&#+(!""*")+$#,%-. 8/ 95 13 6:2; <623 9
钻 采 工 艺 ((,20314(,415,6 年 月 *' 五大任务目标 平均队年进尺达到 ) 年以上 平均机械钻速达到. )7 平均钻机月速度达到 ) 台月以上 完成定向井丛式井井组 个以上 完成定向井 丛式井 口以上 建成全尺寸近平衡压力钻井及井控模拟试验井 形成完整的储层保护配套技术 六五 与 七五 期间钻井指标对比见表 表 六五 期间与 七五 我国钻井指标 计划 对比表 项目 六五期间七五期间攻关目标攻关目标 平均队年进尺 ) 年 以上 平均机械钻速 )7. 平均钻机月速度 ) 台月 项配套技术研究 以上 定向井 丛式井钻井配套技术 保护储层防止污染的钻井完井技术研究 平衡钻井和井控技术试验 钻井十二参数及数字处理仪研制 岩石破碎机理和新型钻头设计研究 定向井实时监控技术 随钻测量技术 高钻台转盘取得方式研究 自动送钻装置研制 液压防喷器研制 中硬地层定向井取心技术研究 大斜度定向井 丛式井技术研究 不分散低固相聚合物泥浆工艺及处理剂系列技术研究 泡沫泥浆研究与应用 固井水泥防气窜外加剂研究 深井钻井技术研究 新型牙轮钻头设计与研制 钻柱失效数据库及计算机辅助失效分析 油井套管使用寿命研究 科学钻井 完井 测试技术研究 国外同期钻井技术发展趋势和研究重点 年世界石油大会论坛提出未来五年钻井技术研究重点是 北极钻井技术 大斜度井 大位移井 钻井技术 高压酸性气藏的钻完井技术 高温长寿命井下螺杆钻具 深水张力腿平台技术 固定平台在. 水深作业可行性 研究 超深井钻井技术 海洋钻采设备和水下系统 随钻测量技术与随钻测井技术 四 七五 期间科学研究重点 七五 期间石油领域承担的国家重大科技攻关项目是 定向井丛式井钻井技术研究 与 保护油气层防止污染的钻完井技术研究 定向井 丛式井钻井技术研究 项目编号 由中国石油天然气总公司勘探开发研究院牵头 联合石油大学 江汉石油学院分别在辽河油田 胜利油田 大港油田开展科研攻关与现场试验 项目分三个研究专题 专题编号 历经五年攻关 上述攻关单位在低压 低渗透油田 稠油油田 新区开发井及全国所有具备条件的区块 进行定向井 丛式井整体开发 在复杂断块油气田 碳酸盐岩裂缝性油气田进行多目标井和大斜度定向井研究与攻关 具体研究内容和取得成果如下 完成了包括油田区块丛式井平台优化设置规划 丛式井平台整体设计 定向井单井轨道设计三部分相互联系的设计方法 搜集整理了以 个数据文件为主体的定向井钻探数据库 开发了丛式井平台优化设计规划 丛式井平台整体设计 定向井单井轨迹设计软件 定向井 丛式井整体设计方法 丛式井三维绘图软件 防碰扫描绘图技术等多种应用功能计算机软件 进行了地层力 侧向切削技术模型 以及井眼轨迹预测方法 经过对下部钻具组合受力与变形的三维静动态分析 提出纵横弯曲连续梁计算方法 计算简便 便于现场计算与施工 受到国际好评 推导了三维绕障多目标定向井设计 丛式井井眼轨迹扫描 中靶预测等计算公式 编制了相应软件包 研制了新型螺杆钻具 新型涡轮钻具 钻具具有扭矩大 钻速低的特点 进行了井下动力钻具配接 01 钻头优选参数钻井试验 提高机械钻速两倍以上 其中 8 ( 型螺杆钻具结构合理 已经小批量生产应用 性能接近国外同类型产品 研制的套筒型变向器 已经形成系列 研制出适合定向井 丛式井应用的阳离子聚合物 甲石炭解絮凝 低毒油基 水包油 种钻井
第 卷 第 期 "," 钻 采 工 艺 ((,20314(,415,6 液体系及相应处理剂 完成荧光分辨仪的研制 针对我国陆上井数最多 口 的河 丛式井的特点 研究了轨迹控制与绕障技术 有效解决了斜井段新老井眼防碰等难题 使中靶率达到 保护油气层防止污染的钻完井技术研究 项目编号 由中国石油天然气总公司勘探开发研究院牵头 联合石油大学 西南石油学院 江汉石油学院分别在辽河油田 华北 冀中和二连 油田 中原油田 长庆油田开展科研攻关与现场试验 项目分四个研究专题 专题编号 针对稠油油藏 低渗透油藏和碳酸盐岩裂缝性油藏储层特点 从储集层损坏机理着手 系统开展保护油气层技术研究与攻关 具体研究内容和取得成果如下 储层岩性测定及潜在损害机理分析 储层敏感性和工作液损害评价技术 储层损害机理研究及综合诊断技术 保护储层钻井液完井液技术 入井流体配伍性及优选技术 提高固井质量和保护储层的固井工艺技术 保护储层的优化射孔完井技术 完井方法优选及完井设计技术 保护储层的压裂酸化技术 储层损坏矿场评价技术 建成全尺寸试验井 利用该试验井进行不同钻具 不同钻井液性能下管柱压力曲线 管柱运动曲线测定 通过上万个数据分析对比 建立理论模型 修正了国际惯用公式的不足 现场试验和推广 定向井 丛式井钻井技术研究该项目科技攻关现场试验从 年始 至 年项目验收 三年整体开发了二十四个区块油田 完成 个定向井 丛式井井组 口定向井 三个试验油田共节约土地 亩 节省资金 元 年 月 胜利石油管理局在河 井组 用 台钻机在 平台范围内 历时 个月完成开发井 口 控制储量 9 占地仅 亩 节约土地 亩 该项目荣获国家科技进步一等奖 石油天然气总公司科技进步特等奖 保护油气层防止污染的钻完井技术研究该项目在四个油田的 个试验区块完成 口试验井的防止污染试验 不但提高了钻井速度 同时为及时发现和增加油气储量 保护油气产能发了巨大作用 例如在长庆安塞油田长六油层油井产量由攻关前 年 的 9) 提高到 年的 9) 先导试验阶段 及 年的 9) 工业试验阶段 增产原油 9 经济效益达到 元 该项目荣获石油天然气总公司科技进步一等奖 国家科技进步三等奖 至 七五 攻关末期 年共钻井 口 完成进尺 平均机械钻速 )7 平均钻机速度 ) 台月以上 与 六五 相比 多打进尺 平均机械钻速提高 平均钻机月速度提高 平均队年进尺提高 全部完成 七五 期间的科技攻关计划指标 五 重大事件 石油工业管理部门重组 年 月 国办下发 号文件 国务院原则同意能源部 关于组建中国石油天然气总公司的报告 组建中国石油天然气总公司 是石油工业管理体制的一项重大变革 是为适应社会主义商品经济发展的要求迈出的重要一步 总公司要认真贯彻执行国家关于发展能源工业的方针政策 促进石油工业的持续稳定增长 努力适应国民经济发展的需要 要按照政企分开的原则 把总公司逐步办成真正的经济实体 中国石油天然气总公司在国家计划中单列户头 科技管理部门由 石油部科学技术司 改编为 中国石油天然气总公司科技局 负责石油钻井年度计划和中 长期科技发展规划的制定与管理 对外合作 年中国技术进出口公司代表所有部与美国帕克公司 0:; 签署了雇佣美方为中方完成两口定向井技术服务合同 通过两口井施工 胜利油田学习了国外定向井施工技术 培养了一批技术人员. 年 英国文化协会 1,1( 专家为新疆石油管理局职业培训进行系统咨询 培训钻井 采油等各类专业技术人员 人 建成 个模拟井控实验室 年 联合国计划开发署 3,0 援建我国的油气井完井技术中心 114)+0( 正式成立 在罗平亚院士带领下 逐步形成国内外著名的
钻 采 工 艺 ((,20314(,415,6 年 月 *' 唯一专门从事保护油气层和完井技术科学研究 技术培训 技术服务的中心 国内外著名的一流的保护油气层技术权威机构和技术原创性科技研究中心 先后承担了国内外各种重大科研项目 多项 先后获得国家级 省部级及校局级成果 多项 专著 论文计几百篇部 在国内外 多个油田或公司进行过技术合作和和技术服务 培养国内外保护油气层技术专门人才 名以上 科技攻关新举措 年 原石油部党组决定在 七五 期间开展科学探索井研究 其目的是进一步强化科学技术迅速转变为生产力 并向北京石油勘探开发科学研究院 以下简称 勘探院 下达了研究和部署 口科学探索井的任务 勘探院随即组织具有丰富经验和理论水平的地质 工程专家为成员的攻关小组 综合应用遥感 地质 生油 储层 地震 钻井工程等多学科成果和理论 相继开钻了五口科学探索井 其中第一口科学探索井一台参 井 年在吐鲁番盆地台北构造中生界侏罗系获得了工业性油流 第二口陕参 井在陕甘宁盆地林家湾构造古生界中获得高产气流 从而相继在吐鲁番 陕甘宁盆地的不同层系和领域取得重大突破 第三口井高参 井在冀东高尚堡地区也发现了新的油层 科学探索井成功的重要因素在于运用油气勘探科学新进展 观点和方法 对所有的信息进行分析研究 不漏取非常微弱的油气显示 从而达到合理 有效 及时地取准 取全资料 发现 保护和评价油气层 认识地下地质规律之目的 完钻的三口井 通过各种现代化技术和工艺 分别取得了 类 项 多万个数据 这在我国勘探史上还是首例 科学探索井的意义通过科学探索井的钻探 不仅发现了一个又一个大中型油 气田 而且为逐步完善科学钻井的管理体制和新技术的推广应用 都提供了丰富的实践经验 理论联系实际 促进技术的发展和进步 一方面目前科学探索井所面对的都是复杂的地质工程问题 这就需要新理论 新技术 新工艺来综合解决 另一方面这种甲乙方管理方式 无形把技术发展和进步的重任加在了承包公司的肩上 承包者的风险和对工作质量要求 促使其自身努力提高职工队伍的技术素质 来争取竞争地位 赢得声誉 以上两者的有机结合 必将促使油气勘探科学的进一步迅速发展和完善 大大提高勘探成功率 科学探索井是在精细的 科学的分析研究基础上 钻探一口井 解决一个盆地 坳陷或层系的油气资源 开发一个新的不同类型的油气领域 深化了改革 完善项目管理体制这不仅改变了传统的投资 行政管理的形式 而且更利于合同管理 使责 权 利统一 提高了经济效益 转变传统观念 一切服从于地下地质 油气显示和找油找气需要科学地 全面地录取资料 即 精雕细刻 精耕细作 深挖细找 点滴不漏 的找油气原则 使第一性资料确保真实 录井水平上一台阶 从而达到资料的科学化 系统化 为进一步研究和决策提供了可靠的依据 科学探索井是一项研究深入 设计全面 施工严格的油气勘探系统工程 是集 地质工程最新技术与理论 先进的钻探工艺 项目管理竞争机制 三位一体 理论与实践 科研和生产相结合的好形式 实践证明 科学探索井是 七五 期间的一项科技攻关新举措 重点井 年中国海洋石油总公司南海 号半潜式钻井平台钻成水深 的白云 井 是当时中国海上钻井水深最深的井 年胜利 号钻井平台承钻的埕北 井 完钻井深 获日产原油 9 是渤海浅海海域埕岛油田的发现井 年新疆石油管理局承钻的塔中 井钻至 获日产原油 天然气 是塔克拉玛干沙漠腹地的第一口高产油气井 塔里木石油勘探开发指挥部成立塔里木盆地是我国油气勘探起步较早的地区之一 从. 年 历经 五上六下 除 年 月发现塔里木第一个油田 依奇克里克油田外 均未获得重大突破 年 月 日 塔里木石油勘探开发指挥部成立大会在新疆库尔勒市召开. 年通过轮南 井 轮南 井先后发现轮南油田和桑塔木油田 年 月 日塔中 井在奥陶系地层获得日产油 天然气 的高产气流 年 月东河 井井深 完钻 获日产原油 至此 塔里木油田通过引进国外先进技术 采用新的科学技术和新的管理体制 进行持续科技攻关 走出徘徊低谷 进入快速发展时期 钻井标委会 年 月 中国石油钻井工程标准委员会
第 卷 第 期 "," 钻 采 工 艺 ((,20314(,415,6 成立 下设钻井工艺 钻井液 固井完井 定向井等分会 钻井标维护的成立对推动中国石油钻井标准化工作的发展起到重要作用 六 七五 期间重大装备研制 年 月胜利油田建成世界第一艘极浅海步行坐底式钻井平台 获国家发明奖 年石油勘探院北京石油机械厂研制出我国第一台 8*- 斜直井钻机 年兰州石油机械厂研制出 钻机和 8* 电驱动丛式井钻机 年由济南柴油机厂生产的 型柴油机获得国家最高质量奖 国优金奖 年 月 江汉钻头厂建成年生产钻头 的生产线 并逐渐发展成为亚洲最大的钻头生产厂 从 年开始华北石油第二机械厂研制成功 8 型防喷器 逐步发展成为世界陆上最大的防喷器生产供应商 年石油勘探院北京石油机械厂研制出 等系列的螺杆钻具 石油大学 江汉所有学院共同研制成功 带独立支撑节的复试涡轮钻具 为 七五 期间国家科技攻关项目的完成起到关键作用 年石油勘探院北京石油机械厂 大港石油总机厂建成具有世界先进水平的螺杆钻具生产线 先后生产出 三种型号 种规格的螺杆钻具 不但满足了国内定向井 丛式井等特殊工艺的钻具需求 而且开始大规模出口国外钻井市场 七 回顾与展望 始于 六五 期间的国家科技攻关计划 年开始实施 是我国第一个国家科技计划 也是 世纪中国最大的科技计划 这项计划是要解决国民经济和社会发展中带有方向性 关键性和综合性的问题 涉及农业 电子信息 能源 交通 材料 资源勘探 环境保护 医疗卫生等领域 从国民经济建设和社会可持续发展的重大需求出发 以促进产业技术升级和结构调整 解决社会公益性重大技术问题为主攻方向 优选国内最优秀的科技人才 组成产 学 研三结合的科技攻关集团 并且根据有所为有所不为的原则制定中长期科技规划 选准每个时期 五年 的重点攻关课题 进行五年持续攻 关 集中精力解决这一时期困扰石油工业持续快速发展的难点 热点问题 实践证明这是推动钻井技术进步的有效途径 通过 七五 期间承担的国家重大科技攻关项目 定向井丛式井钻井技术研究 与 保护油气层防止污染的钻完井技术研究 的五年持续攻关 使我国在短期内迅速掌握了定向井 丛式井钻完井配套技术和保护油气层防止污染的钻完井配套技术 并有力推动了钻井用大功率柴油机组 特殊工艺井专用的定向井石油钻机 随钻测量以及井下涡轮 井下螺杆动力钻具 高效牙轮钻头 防喷器等重大石油装备与专用工具现代化生产线 不但满足了这一时期定向井 丛式井钻井攻关需求 同时也推动了我国石油装备的发展 七五 期间是我国石油装备发展的一个重要历史阶段 为今后我国石油装备高速发展奠定了坚实地基础 通过持续的科技攻关 有力推动了我国钻井技术的不断进步 七五 期 推广 六五 攻关成果 高压喷射钻井 优选参数和科学钻井 技术 在没有增加钻井队伍的情况下 五年共完成钻井进尺 同比 六五 期间增长了 尤其是定向井 丛式井钻井技术通过 七五 国家重点科技攻关计划的实施 五年间加大推广此项技术成果 共完成定向井 口 节省土地 亩 至 七五 攻关末期 年共钻井 口 完成进尺 平均机械钻速 )7 平均钻机月速度 ) 台月以上 与 六五 相比 多打进尺 平均机械钻速提高 平均钻机月速度提高 平均队年进尺提高 全部完成 七五 期间的科技攻关计划指标 未完待续 参考文献 姜均露国家 七五 科技攻关项目重大科技成果简介选编 北京 化学工业出版社 刘宝和中国油气田开发志 北京 石油工业出版社 李润生当代中国石油工业 北京 当代中国出版社 邹才能科学探索井及其意义 * 石油勘探与开发 王关清中国石油钻井 北京 石油工业出版社 编辑 黄晓川