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1、一些前沿钻井技术智能井技术优化油藏性能1.智能井技术智能井技术并不是新近才出现的。早在1997年第一次智能完井即采用了SCRAM专利系统。它的特点是可以进行永久的监测，能够控制油藏内流体的流动。而6年之后，供应商与专业服务公司就在世界范围内安装了超过185个智能井系统。一些论坛分析认为，对智能井技术的投资已接近10亿美元。智能井技术要想在经济上可行，就不能仅仅局限于试验基础上单方面的应用，而要在各种各样的油井中作为油田开发一个重要而不可缺少的部分。可喜的是，虽然发展速度缓慢，但这一切正在得以实现。智能井技术是油藏实时管理的主要构成部分。通过安置在油藏平面上的传感器与控制阀，石油工程师们就可以对
2、油藏与油井的动态进行实时监测，分析数据，制定决策，改变完井方式，以及对设备的性能进行优化。2.智能井技术的应用智能井技术的应用范围很广，主要用于油藏开采过程的管理，这对于二次采油与三次采油非常重要。它可以控制一口油井的注入水或注入气在不同产层或不同油藏之间的分布，也可以封堵产自其他产层的水或气，因而可以控制注入水或驱替出的油扫过油藏中未波及的区域。这对于复杂结构井，如大位移井、长水平井或多分支井以及各向异性的油藏来说非常重要。作为一种有力的工具，智能井技术不仅可以处理油田开发中经常出现的问题，也可以处理很多井下突发事件，并通过对这些突发事件的处理创造价值，从而给资产增值。3.结论智能井技术在油
3、田开发中的优点主要在于：优化油藏性能，从而提高油藏采收率，增加油井产量；减少作业中投入的劳动力，从而减少安全事故，更有效地进行油藏管理。目前，已采用智能井技术的油井接近200口。这同那些正计划采用与正在采用该技术的多口油井开发项目共同表明了，该技术可以实现预期的目的。油田开发要尽可能快地降低开发成本，并使油藏的采收率达到最大。人们也期望能通过智能井技术来提高开采难度较大的复杂油田的效益。研究表明，由于该技术可以提高开发项目的经济效益，因而在当今商业环境中仍会继续存在。前景广阔的激光钻井从1997年起，美国重新开展了激光钻井研究，已经取得了令人鼓舞的成果。1.旋转钻井100年来没有根本性的变化，
4、市场需要有一种更加有效的替代方法旋转钻井这种机械破岩方式于20世纪初取代顿钻以来，虽然不断取得进展，但并没有根本性的变化，而且随着钻井难度越来越大，钻井成本总体上呈上升趋势。要想大幅度降低钻井成本，需要开发一种更加有效的替代方法。2.激光技术发展很快，应用领域不断扩大早在20世纪60年代和70年代，国外就开展过激光钻井研究。但是由于当时的激光技术水平有限，研究认为：在技术上，用激光钻井需要的能量太大，实现不了；在经济上，激光钻井太昂贵，不合算。正是这一结论在此后25年的时间妨碍了激光技术在石油钻井领域的研究与应用，尽管这期间激光技术取得了飞速的发展，特别是冷战期间美国星球大战计划开发的激光武器
5、，其能量足以击袭毁导弹，摧毁地面目标。3.激光钻井优势明显，前景广阔与常规钻井相比，激光钻井具有如下潜在优势：a.激光钻机重量轻，一辆拖车可运到井场；b.激光钻井的井场很小，也许只有普通井场的十分之一甚至更小；c.激光能够穿透各种类型的岩石，而且速度很快，用常规钻井方法需要天才能钻成的井，用激光钻井也许只需天时间；d.激光钻井不需要常规钻头和常规钻柱，钻成的井眼小，激光将岩石熔化，在井壁形成一种陶瓷样的保护层，无需下套管固井，因此钻井成本很低，也许只有常规旋转钻井的十分之一甚至更低；e.激光钻井是一种清洁钻井，激光击碎、熔化和蒸发岩石，钻井中无钻屑上返到地面，对环境的影响其微；f.过程具有导向
6、性。激光钻井经过七年的研究，已经取得了许多研究成果，尽管现在还处于室内实验阶段，还有大量的工作要做，且有美国能源部的支持和世界一流的油气服务公司的参与。美国“亚力山大油气通讯”（AlexandersOil&GasConnec-tion）杂志追述了石油钻井中的激光钻井技术起源。1998年2月24日，由美国气体研究院、美国空军、美国海军联合发起了一个研究计划，即“激光钻井”，这是利用美国军方的“星球大战”技术转化到民用工业应用系列项目的一个内容。这项计划预计用5年时间，耗资600万美元，研制目的包括激光钻井与完井，其直接研制产品是一台激光钻机。激光钻井有2种激光发生器。一是利用化学的氧化碘激光发生
7、器（COIL），这种发生器最初是美国空军用于跟踪和击毁敌方导弹的激光武器。这种激光器所具有的波长与振幅的准确控制性，使得在气田中钻探定向井、侧钻井成为可能，其钻探深度可为5000米；其能量为1.6兆瓦，波长为3.4米。二是红外线激光发生器（MIRACL），这原来是海军装备在舰船上，用以将来袭的导弹或飞机上“穿洞”，以达到将其击毁的目的，其能量为7千瓦，波长为1.34米。据军方的研究人员介绍，此方法近来由美国PHILLIPSE公司进行现场试验，其穿透“像三明治一样的岩层几乎就在数秒之间”。与常规钻井相比，激光钻井10小时的钻井进尺，常规钻井需要钻井10天。PHILLIPSE公司使用化学氧化碘激光
8、发生器，利用光纤输送能量，在岩石上钻出1英寸的孔，这或许是真正的小井眼钻井。与常规钻井过程相比，激光钻井不需要钻井液、钻头、油管和套管，也不产生钻屑，可以大幅度降低成本。美国军方人员称，将这一军事技术转为民用，最大的受益是从根本上减少石油钻井成本，并且降低石油开采的风险。钻工对未来钻井的设想设想1：“柔性钻杆”将让井架消失现代钻井用的钻井工具真是太笨重了，起钻对钻工而言是一件痛苦的事情。未来的钻井生产可能要被一种“柔性钻杆”代替，它们强度高，耐压力、拉力，并且能自如地卷在一种巨大的“轱辘”上面。起下钻很方便，只要转动“轱辘”，就能把“柔性钻杆”下到井底去或者从井底拉起来，既省掉了现代钻井中接“
9、单根”的麻烦，也不容易破损，太方便了。由于使用了“柔性钻杆”，未来的钻井队可能就没有井架了。设想2：“激光钻头”真厉害现在的钻头寿命太短，效率低下，用不了多久就要起下钻。未来的“钻头”将会是“激光钻头”，它通过分布在钻头周周的“高能量束”切割周围的岩石。“激光钻头”至少有以下优点：一是它通过能量束切割岩石，效率很高；二是由于不直接接触岩石，不易磨损，它的寿命将会很长；三是可通过控制“激光束”随意确定井眼的走向，所以目标命中率会很高；四是井壁光滑，并且能量束的高温会让部分岩石熔化并迅速凝结在井壁周围，减少井壁垮塌。另外还有可能诞生“超声波钻头”，通过超声波来震碎井底坚硬的岩石。设想3：“机器钻工
10、”会取代人力随着人工智能机器人的发展，未来的钻工将会被“机器钻工”取代。“机器钻工”很了不起。一是它们能适应野外、沙漠、滩涂、海洋等等诸多恶劣的钻井环境。二是它们有高智能，通过“电脑思维”，它们能从事许多复杂的钻井作业，并能应对像井喷等许多危险的事故。三是它们效率高，不知疲倦，能每天24小时地工作，最大限度地提高钻井的效率。设想4：“井喷事故”将成陌生名词未来可能会在钻头及“柔性钻杆”上面安装“电脑眼”，随时监测井下的情况。并通过无线信号传到地面的“智能控制系统”。“智能系统”会及时启动相应措施应对井下复杂情况。因此，在未来的钻井作业中，“井喷事故”将会成为一个陌生的名词，更不可能发生像122
11、3那样的井喷事故。设想5：钻井成本会大大降低由于许多高技术的运用，未来的钻井成本将大为降低，并更为随意。一是不再修那漫长的“乡村公路”。由于采用了王世勇所说的“柔性钻具”等一系列的新工艺，钻井设施将十分轻便，只要选择了钻井点，只需用飞机或者钻井专用直升机，把那些轻便的设备空运到目的地就行了。二是由于省去了耗时费力的起下钻和接单根作业，又有“机器钻工”的参与，钻井周期将大为缩短。不仅如此，由于“高智能机器人”的参与，钻井将不会受地域限制，海底、深山、河谷、沙漠甚至外星球，都将成为我们的钻井地点。用智能井开采海上边际油田墨西哥湾东喀麦隆油田属边际油田，其原因是补钻的一批油井没有找到钻前预测的高产油
12、层。若要把油田开发成本控制到最低，用回接技术把完井系统回接到主平台上是经济可行的。能源技术公司于2001年5月在墨西哥湾东喀麦隆油田打了EC374-1井，这口井的测深为6755ft,垂深为5389ft,钻遇了3层油层。为了达到最高采收率，开发方案要求同时开采3层油层。下部的2层采用混层开采，上部的1层采用选择性开采，以延长油井的寿命。3层油层采出的原油通过2个遥控的滑套进入完井装置。完井井段分为3段独立的砾石充填井段。4000ft深的砂岩油层和3700ft深的砂岩油层是主力产层，压裂后合采。3100ft的砂岩油层采用砾石充填封隔油层并采用智能完井的选择性滑套采油。完井系统由95/8in31/2
13、in可回收生产封隔器组成,封隔器下方的滑套由两条31/2in液压管线控制。上部滑套控制上部井段从环空到油管的液流,下部滑套面控制下部井段从环空到油管的液流。2个滑套各有一条独立的开启液压管线，但2个滑套共用1条液压关闭管线。为了保证各层的分层开采，在智能完井装置的下面下一密封总成。用交互修井控制系统（IWOCSs）和快速连接液压导向控制系统代替采油树的液压中转控制盒，管线的接头则用联接油管的四通代替。采油树上的所有1in阀门全部改换最先进的阀门以确保可靠性。因为油井处于较浅水域，所以在完井及安装采油树时使用了导向索。井口上安装了油管头并下入井眼防护装置，然后开始完井。4000ft处的砂岩井段和
14、3700ft处的砂岩井段分别安装了沉砂封隔器。3700ft处的砂岩段采用油管传送射孔枪射孔。在3700ft和4000ft处的井段分别安装了分流隔离阀，以防止射孔后发生层间窜槽。用钻杆回收井眼保护器之后，接着用钻杆安装为油管悬挂器定向的斜口管鞋。采油树安装在甲板上。采油树的顶部安装了修井隔水管总成和应急快速拆除系统，并把修井控制系统与应急快速拆除系统连接起来。然后对采油树贯通性和常规功能进行测试。3100ft砂岩储层试油结果是1050万ft3/d。而这口井的最终的估计产量为150万ft3/d。把智能完井与海上完井技术结合起来，可以使没有经济前景的海上边际油田转化为有开采价值的海上油田。多学科工作
15、组成员通过创新，把原先在2200ft水深使用的完井设备改造成适用于水深425ft和经济环境的完井设备。这口井完井所耗用的时间为20天，据估计节省了3天的钻机占用时间。由于是在大斜度井眼中完井，如果使用连续管进行作业，会节省大量的下管线时间。目前，油公司打算用同样的方法进一步拓宽海上边际油田的前景。应用油藏性描述及3D可视化技术促进海上油田的二次开发在圣巴巴拉海峡的南Ellwood油田，海上作业者Venoco公司利用先进的油藏特性描述技术识别油田二次开发的选择方案。该公司在描述油藏特性方面所作的工作包括：(1)重新处理第一代3D地震资料；(2)综合地层倾角、井眼电视(BHTV)、微电成像(FMI)测井资料及定向岩心分析资料；(3)用新的Pipeline网络模型模拟裂缝；(4)进行生产测井，以确定油水界面，并识别回堵及二次完井的时机。南Ellwood油田于1972年从中中新世Monterey含硫地层中采油。Monterey为地质情况复杂的裂缝性燧石油藏，地层产液的含水率很高。根据岩心分析资料估算的原始地下原油储量约超过20亿bbl。由于一些重要的问题，如断层的复杂性、对裂缝系统了解不足、以及油水界面不可预测的移动，导致在该油田的许多钻井活动不成功。1999年，Venoco公司与南加利福利亚大学合作，研究裂缝性Monterey地层原油生产的
