石油钻井技术及固井技术的发展

张洪楠(中海石油(中国)有限公司天津分公司，天津 300451)

0 引言

石油为地下资源，属于一种稀缺、宝贵且不可再生的资源，在经济发展较快的这几年，我国对于石油的需求量正在逐步增多，也由此加大了石油开采量，也侧面加重了石油钻井技术及固井技术发展的紧迫性和必要性，这是本次研究的宏观背景，使本研究更具现实意义和价值。

1 石油钻井技术的现状

1.1 深井和超深井钻井技术

深井，一般范围是指深度大于4500m、小于6000m 的石油井，如若超过6000m 这个最大值，就可称为超深井，这即是深井与超深井的最大区别。不管是深井还是超深井，都无疑加重了石油开采难度，也就自然对钻井技术有了更高要求，需要由先进的钻井技术完成井下复杂的石油开采作业。目前我国的深井、超深井钻井技术已经领先其他国家，钻井技术不断升级并迈入成熟阶段，塔里木盆地深井项目中的钻井技术应用就不失为一个成功典范，让更多国家、更多人看到了我国钻井技术的快速发展，相较于其他国家在石油开采作业中使用的钻井技术，已经显现先进性和优越性特质，主要表现为周期短、效率高，发展势头良好。

1.2 大位移钻井技术

大位移是指石油井水平位移与垂直深度之比，在该领域中，只要比值超过2 就可称为大位移井，如果数值大于3，称为特大位移井。近年来，我国大位移钻井技术不断升级和创新，发展核心主要是变径稳定器和自动控制导向器，已经可以对钻井废料进行有效清理并降低钻柱摩擦，取得的成绩与成就是喜人的、是值得肯定的。与此同时，大位移钻井技术应用领域已经逐步向海上迁徙，为我国海上石油开采作业的完成做出了突出贡献，未来仍旧会发挥更重要的作用。

1.3 3G视频监控技术

3G 视频监控技术不失为科技不断发展视域下的新兴技术，主要承担石油开采作业中的监控职责，以动态监控为主，实现了监控信号的实时传输，节省了较多成本的同时，也提高了监控精准度和敏感度，就目前而言，已经在钻井技术使用过程中做出了不小贡献。3G 视频监控技术的使用，解决了在石油钻井中由于地质复杂造成的监控难点，突破了动态实时监测、钻井工作量增多等诸多困境，已经成为当前石油钻井作业中必要使用的一项技术，除了保障信息及时传输的优势外，还具备存储量大的优势，在我国石油钻井领域发挥显著作用。

1.4 膨胀管和波纹管材料技术

膨胀管是一种由特殊材料和高端技术生产的金属管，在钻井作业中发挥着不小的助力作用。具体来说，在钻孔过程中，通过液压驱动使膨胀管的直径膨胀20%，机械性能直接提高到J55 钢级。补贴段密封压力不低于150 个大气压，能充分承担套管的责任和作用。膨胀管工艺简单，性能良好，正因如此，才会受到越来越多人的认可和青睐，它能充分发挥“小直径、大尺寸”的作用，满足钻井技术的实际需要，属于突破性技术。

波纹管技术是处理钻井渗水、坍塌等事故最常用的技术。能及时封堵及封闭意外井区，保证对外正常作业。待钻井作业完成后，就可用波纹管隔离水泥浆或油层。该技术在使用过程中，关键是波纹管只有在石油井扩孔完成后才能引入，应合理应用膨胀技术，使其靠近井壁，达到隔离密封的目的。

2 石油固井技术的发展状况

2.1 水平井和特殊井固井技术不断改进

近几年，不少国家都对石油开采及相关技术发展加强了关注和重视，并为此投入了人力、物力、财力等方面的支持和协助，这间接加剧了石油行业市场竞争的复杂性。在这一宏观背景下，中国对石油开发的需求也在与日俱增，加快了水平井、特殊井的固定技术发展步伐，使我国的固井技术得到了完善和升级，比以前有了质的飞跃。例如，我国许多油田都在使用ANSYS 有限元分析技术，材料质量不断升级，已经带动水平井、特殊井的固井技术不断提升。

2.2 固井水泥浆材料技术的突破

水泥是固井作业的主要原材料，它关系到固井效果和质量。在水泥中加入适当比例的外加剂不会改变水泥的性能基础上满足更多需求的。基于此，不少专家从水泥入手，研制出了不少种类、不少优势的水泥材料能有效提高水泥材料在稳定油气水层、高温高压条件下的工作能力。值得一提的是，我国在高强度水泥、低密度水泥研制中也取得了不错的成绩和成果，如熟知的抗盐水泥浆、高温井专用水泥浆等，保障了水泥的多种用途，也进一步促进了固井技术的发展。

2.3 固井技术理论研究不断与时俱进

在固井技术广受瞩目和重视的背景下，不少学者已经投身固井技术研究中，虽说我国固井技术应用较晚且相关研究兴起较晚，但是这并不意味着我国有关古井技术的理论研究就会一直滞后，这几年固井技术理论研究正在以迅猛形势在发展、在健全，在研究领域已经占有一席之地，为我国固井技术的升级和发展提供了有力支持。除此之外，我国固井技术理论研究正在不断与时俱进，阐述以往固井技术的同时，也在借鉴西方固井技术和研究贴合我国石油开采国情的创新固井技术，使得我国固井技术理论研究更具现实意义和价值。就我国避免剪切盈利的固井方程理论而言，该理论出的提及和出现，加快了井壁的清理工作进程，同时也为水泥质量的明确提供了借鉴，一定程度上助推了固井技术的发展。

2.4 调整固井技术质量提升

中国东部油田的含水量普遍较大，有的油田含水量已经突破70%甚至是90%，这给油田开采造成了诸多困境。早期技术受制约严重，导致这些油田长期处于注水开采状况，这种开采方式直接造成油田注水量远超采油量，井内的压力也时大时小，时长处于混乱、无序状态，后果甚是严重。除了这些后果，有些油田的底层原有系统压力也有遭受破坏迹象，这些都对之后的固井工作造成影响和干扰。当前，我国固井技术质量已经大幅度提升，大庆油田在这方面是独具代表性的，大力采用界面胶结和三次加密钻井技术，配合高含水量的配套钻井技术手段，使得油田开采质量和数量都有所好转。大庆油田也借此机会，工作效率不断提高。

2.5 新型机械充气法

机械充气法的使用是有前提条件的，需要与充气泡沫低密度水泥进行密切配合，方可发挥真正作用和价值。其中的泡沫低密度水泥的特性非常明显和独特。他们用高压空气代替普通水，倒入水泥中稀释，这样就可以调节水泥内部水和石灰比例的目的，间接增加水泥强度。可以说是一举两全。该项技术的最早应用记录最早可追溯到20 世纪70 年代，由其他发达国家率先研究和使用，解决了油田低压状态导致的油气泄露问题，后来才逐渐引进我国。就目前而言，这项技术已经得到了频繁应用和广泛应用，除了应用在油田勘探领域，它也用于建筑领域。比如美国新泽西州建筑业用泡沫水泥浆隔离低温层，防止结蜡。然而，这种材料的合成复杂且成本低，对复杂设备的需求也很明显，因此，该项技术仍旧有改良空间，未来也将继续升级和创新。

2.6 新型水泥车

新型水泥车的应用开辟了油田固井的新渠道、新路径，以中石油集团为代表，自将新型水泥车研究成功后，就把新型水泥车积极推向施工一线，确保高效水泥浆材料的备用供应。此外，这辆新的水泥车，还可有效在固井作业中给予援助，从而有效提高固井作业效率，固井工作质量可得到充分保障，由此让新型水泥车一度成为石油产业界关注和讨论的焦点，发展前景很好。

3 石油钻井技术及固井技术的发展展望

在石油资源愈加紧张和备受瞩目的视域下，石油钻进技术及固井技术必将迎来较大的发展，这是大的发展趋势，也是经济不断发展下的必然结果。

3.1 石油钻井技术的发展展望

就目前石油钻井技术的发展现状来看，未来发展方向大致分为三种：

第一，石油钻井技术相关设备，将逐步向大型化、自动化方向发展；

第二，现代信息技术在石油钻井技术中的比重将逐步增加，这将有助于石油钻井技术的快速发展；

第三，石油钻井技术将继续朝着智能化方向发展，终将实现智能石油钻井。

至于石油钻井技术相关设备的升级，会体现在很多方面。比如钻井工作中使用的交流变频石油钻机，就是设备升级的体现。操作简单，结构简单，能更好的提高采油过程中的安全性，可保障相关工作人员的生命安全，这点就是设备升级优势的最好证明。不管怎么说，石油钻井技术未来仍旧是发展的重点，相信会倾注更多的人力、物力、财力，旨在让石油钻井技术升级并解决石油开采过程中的难题，相信在未来会达成所愿。

3.2 固井技术的发展展望

固井技术相较于石油钻井技术，技术相对完善和健全，未来发展潜力、发展空间不及石油钻井技术，但这并不意味着固井技术将停滞不前。未来一段时间内，固井技术将朝向多元化方向发展，除了节约成本、实现效益最大化外，还要攻克工具、材料上的不足，需要组建一支专业团队完成该项任务，也需要匹配一个高端实验室进行研究，相信会取得不错的成果。除此之外，固井技术不管怎么发展，都将以开采石油质量为核心，这是发展中不变的宗旨和本质，未来将在石油开采作业中的比重持续加大。

4 结语

综上所述，我国是资源大国，更是资源消耗大国，对于石油的需求正在逐步显现，想要提高石油开采量及质量，就需要不断升级相关工艺技术，未来技术将成为发展重点。

石油开采作业中，钻井技术和固井技术是比较常见的技术，也是必不可少的技术，只有加深对两种技术的了解，方可助力石油开采并展望未来发展形势。也正因如此，才引申出了本次的研究主题，希望透过这次研究，以期给相关工作者及学者提供借鉴与灵感。