无意外钻井技术发展概述

各类钻井技术及工具的发展及应用有效降低了钻井成本,提高了钻井效率,但是,井下复杂情况及事 故依然是影响钻井效率和成本的重要因素。无意外钻井技术可利用地质信息、钻前计划和随钻信息,实现钻前及 钻中对各种井下风险的识别、分析、预防和控制,减少甚至消除井下事故和复杂情况,提高钻井效益。无意外钻井 工艺流程为钻前预测、钻中分析调整及钻后统计三部分,其实现所需的关键技术主要有地质力学模型、地层压力预 测、风险预测模型、随钻监测与风险分析以及三维可视化等５项。国内无意外钻井技术的发展需集中在随钻测量 技术、风险预测模型、跨学科协作及可视化等方面。     

钻井风险控制系统的研究进展

为了控制钻井复杂与事故,国内外一直都致力于研究建立智能的钻井风险控制系统。通过调研分析NDS和eDrilling等国外成熟的钻井风险控制系统以及国内在钻井事故专家系统、利用智能方法识别钻井事故、远程钻井事故专家系统、借助综合录井仪进行钻井事故诊断等方面的成果,明确了我国自主开发钻井风险控制系统的必要性和紧迫性。进而提出并建立了国内钻井风险控制系统的整体架构方案,其应实现的功能包括系统整体架构、钻井实时数据库、实时数据采集、实时数据传输、实时数据可视化、钻井风险因素分析、井下风险诊断与预测。最后,介绍了所研发的钻井风险控制系统取得的阶段性成果,包括数据采集软件、数据传输与接收软件、钻井数据管理软件,基于模糊综合评价和BP神经网络两种智能方法的钻井复杂实时诊断与预测子系统。多次现场生产测试结果表明,该系统符合率和实用性均较高。     

钻井实时监控与技术决策系统研发进展

钻井实时监控与技术决策系统是及时分析钻井施工状况、预防和减少井下事故与复杂发生、保障钻井安全的工具,具有邻井数据管理、钻井实时数据显示、钻井风险因素分析和钻井风险推理等功能。文章提出了钻井实时监控与技术决策系统的总体功能和物理架构,介绍了构成该系统的远程数据无线传输子系统、数据管理子系统、钻井风险因素分析子系统和钻井复杂事故诊断与处理子系统4个主要子系统,探讨了井下风险预测技术、风险识别技术和风险评价技术等关键技术。中国石油集团钻井工程技术研究院开发了井漏风险和地层流体侵入风险综合评价预测软件并在井上进行了应用,结果表明,该系统在预测井下事故与复杂情况方面是有效的,为进一步完善开发钻井实时监控与技术决策系统奠定了基础。     

钻井实时监控与技术决策系统研发进展

钻井实时监控与技术决策系统是及时分析钻井施工状况、预防和减少井下事故与复杂发生、保障钻井安全的工具．具有邻井数据管理、钻井实时数据显示、钻井风险因素分析和钻井风险推理等功能。文章提出了钻井实时监控与技术决策系统的总体功能和物理架构,介绍了构成该系统的远程数据无线传输子系统、数据管理子系统、钻井风险因素分析子系统和钻井复杂事故诊断与处理子系统4个主要子系统,探计了井下风险预测技术、风险识别技术和风险评价技术等关键技术、中国石油集团钻井工程技术研究院开发了井漏风险和地层流体侵入风险综合评价预测软件并在井上进行了应用,结果表明,该系统在预测井下事故与复杂情况方面是有效的,为进一步完善开发钻井实时监控与技术决策系统奠定了基础。     

钻井风险实时监测与诊断系统设计及应用

随着国内外钻井综合信息采集技术的发展,特别是随钻测量工具应用的增加,钻井施工决策的准确性得到极大提高。目前,国内在管理、分析和应用钻井综合数据方面与国外相比存在较大差距,严重制约了钻井工程技术科学化、信息化、智能化及自动化的发展。钻井风险实时监测与诊断系统,主要是通过对钻井工程数据和随钻测量数据进行实时处理分析,结合多参数融合算法技术对井下钻井风险进行实时监测和诊断分析,实现钻井风险监测与诊断的定量化和智能化。文中主要介绍了钻井风险实时监测与诊断系统的工艺流程及关键技术,并对其在辽河兴隆台油田的现场应用进行了详细介绍。现场应用结果表明,该系统能够很好地监测与诊断钻井风险。     

基于顶部驱动的滑动钻井导向控制技术

将北京石油机械厂顶驱的主轴旋转定位技术与MWP随钻测量仪相结合,设计并实现了基于顶部驱动钻井和井下动力钻具组合的顶驱滑动钻井导向控制系统。该系统由顶部驱动钻井装置、人机交互界面、井下动力钻具以及MWD随钻测量工具等4部分组成,将顶驱和井下动力钻具相结合,实现对旋转钻柱包括转速、转向、角度在内的完全控制,并可根据井下实时反馈的井眼轨迹信息,实现滑动钻井之前工具面的设置以及滑动钻进过程中工具面的实时监控和动态调整。内蒙SNO116-19H定向井项目的实际应用结果表明,该技术能够显著提升定向井钻进作业的整体时效和井眼质量,同时也为导向钻井的闭环控制和自动化控制奠定了基础。     

无意外风险钻井（NDS）技术探讨

无意外风险钻井（NDS）技术可以用于识别、预防和控制井下风险，防止井下意外事故发生，有效提高钻井效率和效益。对NDS技术内o?的把握是发展和应用NDS技术之前需要解答的问题，为此介绍了NDS技术概念、工艺过程和核心技术，列举了国内外成功应用NDS技术的实例。提出了NDS技术未来发展方向应以钻井力学为基础，实时测控技术（包括测量、风险管理、预测和控制等技术）以及3D可视化技术为手段，最终形成集风险分析、数据采集、传输与实时解释、井下监测和控制为一体的高度集成化、信息化、智能化和自动化的钻井技术平台。为国内逐步实现具有中国特色的NDS钻井技术提供了参考。     

钻井工程风险评估与控制系统的设计与软件研发

为了提高国内钻井风险评估水平、缩小与国外的技术差距,开发了一套集“钻前风险预测、钻进风险监控、钻后风险总结”于一体的钻井工程风险评估与控制系统,并完成了相关的软件研发。该系统包括5个子系统:含不确定度钻井地质力学参数钻前描述及随钻更新子系统、钻前工程设计风险评估与控制子系统、钻井作业过程动态风险评估与控制子系统、钻后工程风险总结与分析子系统以及钻井工程风险数据库子系统。该软件可以实现对井下复杂与事故的钻前工程风险预测和钻进过程中的工程风险监测以及钻后的风险总结,为钻前优化钻井工程设计方案、钻中规避钻进过程中的工程风险和后期待钻井工程设计方案的优化制定提供技术指导和科学依据。     

井下风险管理系统设计及应用

井下风险管理系统可以用于预防和减少井下事故与复杂发生,提高钻井综合效益。以井下风险管理系统为研究对象,设计了井下风险管理系统体系结构及其工艺过程,探讨了井下风险多源信息融合技术、风险预测技术、风险识别技术和风险评价技术以及钻井作业参数智能优化技术等几项关键技术,并举例说明了BP神经网络法预测井漏风险的结果。研究认为:井下风险管理技术研究应在保障钻井安全的前提下追求成本最小化,以安全工程的基本原则作为指导思想,以信息技术作为基本手段,以跨学科技术融合作为研究重点。该研究成果可为井下风险管理系统开发及其相关技术研究提供参考。     

导向钻井井下控制理论与技术的发展

介绍了近几年旋转导向钻井技术的发展概况和国内外的研究成果,阐述了井下控制的一些概念和原理,以及导向钻井井下控制理论和技术的发展,并指出导向钻井轨迹控制预测方法也应随钻井方式的不同而不同,提出了实现导向钻井井下控制的关键技术和方法是增加井下钻具组合的可调特性和改变井下工具的工作状态,在井眼轨迹控制系统中增设反馈环节,这是井眼轨迹控制技术研究的重点.     

渤海油田裂缝性油藏地质工程一体化井漏预警技术

为了解决渤海油田裂缝性油藏钻井过程中因断层、裂缝引起的井下漏失等问题,提出了地质工程一体化井漏预警技术。在叠后地震大中尺度断层刻画的基础上,通过滤波、断裂增强等特殊处理,进行属性优选及多属性融合,精细刻画中小尺度裂缝,建立了多尺度裂缝三维空间分布模型,设计井眼轨道时避开漏层,进行钻前风险提示,指导钻井作业采取相应的防漏堵漏措施;钻进过程中开展井漏风险随钻跟踪,实时调整并反馈井漏风险预测结果,及时优化井眼轨道,形成了随钻过程中漏层动态避钻技术,以充分保障钻井作业安全,降低钻井成本。钻前风险预测、钻进中井漏跟踪及随钻井眼轨迹实时优化等技术在旅大X油田应用后,实现了一趟钻规避断层漏失段。地质工程一体化井漏预警技术能够降低钻井风险,保障裂缝性油藏的钻井安全,为渤海油田增储上产提供了技术支撑。      

南海西部岩石力学分析系统研发

南海西部存在大量易垮塌、可钻性差的复杂地层，现有商用岩石力学分析软件针对性不强、效率较低，为保障南海西部复杂地层安全快速钻进，自主研发了中海油首个岩石力学分析系统。该系统数据可视化程度高，操作简单，具有智能化数据筛选、多井参数分析对比、关键参数可沿井眼轨迹显示等功能。系统实用性较强，可用于岩石力学参数计算、井壁稳定分析、钻进参数评估、储层防砂预测分析等。现场应用表明，该系统计算精度较高，可为钻完井设计及施工提供参考依据，并可以推广到其他油田应用。     

三维可视化技术在钻井工程中的应用

应用三维可视化技术对地下地质环境和钻井状态进行了三维描述,对常见的多边形建模构造、参数化曲面构造及细分曲面构造等方法进行了分析。以改进的细分曲面构造方法为基础,利用OpenGL开发语言建立了真实世界中复杂物体的构造和显示方法,形成了描述钻井工程中断层、地层(油、气、水层)、地震体、地震层速度垂直剖面等各类地下模型,同时构建了井轨迹(设计轨道、实钻轨迹、预测轨道)、井靶点、测井及录井曲线的三维显示模型,实现了实时显示、分析和解释MWD数据和钻井作业数据的操作。     

钻井风险评价系统DrillRisk的研发与应用

钻井风险控制是提高钻井综合效率、确保施工安全和实现降本增效的关键环节,但目前国内研发的钻井实时风险监测系统缺乏钻前潜在风险预测及钻后风险跟踪评价的能力。基于钻井风险发生机理,采用地质因素和工程因素相耦合的方法,建立了钻井潜在风险可能性及严重度量化评价模型,基于钻井风险发生时的征兆规律建立了风险监测预警模型,同时融合钻井风险案例知识库,研发了钻井风险评价系统DrillRisk,构建了"钻前-钻中-钻后"的闭环评价体系。利用5口井的历史数据进行了模拟应用和模型改进优化,并在10余口井进行了现场应用,结果表明,在地质资料较为全面准确的条件下,常见风险的发现率达到86%,对高级别风险的防控起到了重要作用。钻井风险评价系统DrillRisk为区块钻井方案持续优化和最终实现"无风险"钻井目标提供了可行的技术手段。      

中国石化极地冷海钻井技术研究进展与发展建议

北极油气资源丰富,但其低温、浅层灾害、冻土层、井筒处于大温变条件等地质、环境因素给钻井作业带来诸多挑战,为此,在"十三五"期间,中国石化以钻井安全环保高效为总目标,以解决钻井装备及工具、钻井工艺及措施、井筒工作流体的"冷"适应性问题为核心,进行了钻井灾害风险评价控制与环保、钻井关键装备及工具、钻井工艺与井筒工作液等关键...     

涪陵页岩气田钻井工程技术进展与发展建议

涪陵页岩气田是我国首个实现商业化开发的大型页岩气田,其钻井工程技术体系对其他页岩气田钻井具有示范作用。将涪陵页岩气田钻井工程技术发展分为勘探发现、开发试验、一期产能建设和二期产能建设4个阶段,并从地表地质特征、井壁稳定、井眼轨迹控制以及固井质量等方面论述了该气田发展历程中遇到的钻井技术难点。针对上述技术难点,从平台地面布局、布井方案、低成本优快钻井、井眼轨迹控制、井筒完整性评价等方面总结了9项钻井关键技术,以期为其他页岩气田的钻井提供借鉴。同时,在此基础上围绕"稳产增效、提速降本",指出了涪陵页岩气田下一步的钻井技术需求,提出了针对性的钻井技术发展建议,以持续提高涪陵页岩气田的钻井技术水平。      

数字孪生技术在钻井领域的应用探索

在简述数字孪生技术的由来及分析石油行业钻井领域数字孪生技术研究现状的基础上,提出了钻井井筒数字孪生、地质环境数字孪生、钻机数字孪生、井下动态过程仿真、物理–数字孪生体实时交互等关键技术,设计了钻井数字孪生技术在钻前模拟预测与优化、疑难井施工团队协作预演、随钻预警与决策、钻井远程控制、钻井设备预测性维护、钻井实训等6大应用场景,提出了钻井数字孪生系统的研发重点,并分析了钻井数字孪生技术研发的难点与对策。研究结果为加快数字孪生技术在钻井工程领域的应用,促进钻井工程数字化、智能化转型提供了技术借鉴。      

无线随钻测量技术在华北地区的应用

在定向井施工中,为准确测量井眼参数,提高井眼轨迹控制力度,应用了无线随钻测量(MWD)技术,该技术具有施工前期准备工作量小、钻进时效高、可随时改变钻进方式、有利于轨迹控制和复合导向钻井、施工安全性好、综合效益高等优越性。在华北油田应用MWD技术取得了良好的效果。介绍了MWD实际应用情况,论述了有关技术问题及要求,为同类井的施工提供了经验。     

南海高温高压气田开发钻完井关键技术现状及展望

海上高温高压气田开发是一项高投入、高风险、高难度的大型海上系统工程活动。针对南海西部高温高压气田的基本特征,分析了南海西部高温高压气田开发在井筒安全、钻完井液、固井、定向井和水平井钻井、钻井综合提速、完井等方面面临的技术难点,并系统总结了目前已形成的油套管综合防腐、“五防”固井水泥浆和自修复水泥浆、超压盖层提速、储层精细保护、定向井轨迹控制以及安全完井等高温高压钻完井关键技术。随着南海高温高压勘探领域进一步拓展,当前正面临超高温高压、深水高温高压环境的巨大挑战,提出未来海上高温高压天然气开发钻完井技术应加强能适应更高温压等级的设备、材料、新工艺技术的研发以及完善海上应急救援体系,保障海上高温高压钻井的安全和高效。