呼和浩特钻井设备（呼和浩特打井公司）

2023-05-19 19:58:23 打井机 251

渤海石油职业技术学院

渤海石油郑雀职业学院是中国石油天然气集团公司与河北省共建、面向全国招生的普通高等院校，是华北地区唯一以石油工喊答早程、机械制造、电气工程、财经、医学、计算机、师范类专业为主体的综合性高等职业学院。学院建于1976年华北石油会战初期，2004年12月经教育部批准在原华油职业技术学院基础上更名为渤海石油职业学院。

渤海石油职业学院是中国石油天然气集团公司与河北省共建、面向全国招生的普通高等院校，是华北地区唯一以石油工程、机械制造、电气工程、财经、医学、计算机、师范类专业为主体的综合性高等职业学院。学院建于1976年华北石油会战初期，2004年12月经教育部批准在原华油职业技术学院基础上更名为渤海石油职业学院。学院位于河北省华北油田地区，毗邻任丘市，处于环渤海经济开放带，毗邻驰名中外的 “华北明珠”白洋淀。纵贯南北的交通大动脉京九铁路和京开公路（国道106线）从任丘市通过，交通极为便利。

北戴河校区位于旅游胜地秦皇岛市北戴河区联峰山下。占地面积1129亩，设本部校区、东校区、医学校区和党校四个校区，建筑面积15.5万平方米。教学仪器设备3827万元，图书总量48.49万册。学院拥有校园网、远程教育网络系统、电视教学系统，建有多媒体网络教室、语音教室、微格教室等现代化教学设施，建有满足教学实践需要的标准实验室、实习工厂、实训基地等，尤其是实习工厂的产举羡品远销苏丹等七个国家及国内二十余个省市，还承担了西气东输长庆至呼和浩特标段的设备供应项目。钻井工程模拟实验室能进行钻井工程中的起下钻、钻进、井控和钻井事故复杂处理共二十八个项目的操作培训及考核，在国内处于领先水平。

渤海石油职业学院开设有石油工程（钻井技术方向、油气开采技术方向）、油气储运技术、机械制造与自动化、电气自动化技术、汽车检测与维修技术、焊接技术及自动化、计算机网络技术、计算机多媒体技术、电脑艺术设计、市场营销、文秘、商务英语、会计电算化、财务管理、计算机系统维护、临床医学、护理、药学、医学检验技术、旅游管理、数控技术、软件技术、语文教育、教育学、历史教育、美术教育、数学教育、体育教育、心理学、心理咨询、学前教育、音乐教育、英语教育、思想政治教育、计算机应用技术、综合理科教育、综合文科教育等共38个专科专业。其中护理专业已纳入教育部、卫生部确定的全国护理紧缺人才培养培训工程。

呼和浩特钻井设备（呼和浩特打井公司）

石油的钻采设备及工艺

石油的钻采设备及工艺【1】

[摘要]本文回顾了石油钻采设备制造概况，结合文献资料梳理了石油钻采设备发展方向，例举了石油的钻采设备新工艺，对发展石油钻采设备提了两方面的意见。

[关键词]石油;钻采设备;工艺

一、石油钻采设备制造概况

石油钻采设备系指专用于陆地和海洋石油、天然气开采的装备。

它主要包括陆上石油钻采设备，海洋和沙漠石油钻采专用设备、钻具(井下钻采工室外具)等。

在整个石油钻采装备中，石油钻机占70%，采油设备占20%，其余装备占10%。

当今，全世界有一百多个国家和地区从事石油和天然气的勘探和开采，但只有二十多个国家能够制造石油钻采设备，其中美国实力最强，水平最高。

我国钻机制造水平已经领先于俄罗斯，与欧美先进厂家水平大体相当，但成本低20%-25%。

我国现已基本掌握国际先进的石油钻采设备制造技术，先后开发了适用于陆地、石油钻采设沙漠及海洋作业的石油钻机，传动技术已发展到机械传动、直流电传动、交流变频电传动及机电复合传动并举。

二、石油钻碧族灶采设备发展目标

1、钻井设备及工艺。

开发全电驱动和复合电驱动(SCR滞留电驱动钻机和VFD交流变频电驱动钻机)钻机，提高钻机自动化和智能化水平。

建造钻机机、电、液、气.信息和钻井仪表、自动送钻一体化网络平台。

①为缩短悔扮钻机移动过程的拆卸、运输、安装时间，大力发展车装钻机和拖挂钻机，4000m以上钻机采用大拖挂方式，3000以下钻机发展车装交流变频驱动和车装全液压驱动。

②在顶驱钻机制造方面，进一步提高SCR顶驱液压系统、电控系统的可靠性，发展系列变频顶驱。

③提高常规型泥浆泵( 52MPa)的可靠性，开发研制智能化软泵系统、自动检测等单元技术，开发液缸起立环形布置泥浆泵和液压泥浆泵。

2、采油设备及工艺。

机械采油设备研制方面。

机械采油设备的研究和开发，可满足开采难度大的油井和稠油、结蜡、结盐等油井的需要，提高经济效益和节能降耗效果，提高整机效率和可靠性，提高自动化和智能化控制技术水平。穗敏

①开发三次采油设备和稠油采油装备，加大在用量较大的游梁式抽油机等的节能降耗改造力度。

②修井机研制方面，努力提高产品的安全可靠性、自动化水平、集装化程度和移运能力。

大力研制适适用于深井、边远地带的修井设备，以及沼泽、严寒.沙漠地区使用的特殊修井机。

③固井压裂设备研制方面。

大力发展大功率、多功能、自动化系列压裂车，发展大排量、高砂比、多功能和自动化混砂车。

3、油气输送管道设备。

大力.发展油气输送钢管和输送设备，包括敷管钻机、天然气长输管道增压机、大口径高压油气集输管道阀门和油气管道钢管和器材。

中型管道非开挖敷设定向钻机市场需求量较大，中型钻机技术上优于小型管道钻机，而难度远低于大型管道钻机，因此应大力发展。

三、我国石油钻采设备工艺

1、我国首台12000米深井钻机。

这是继2006年9000米钻机研制成功后，2007年又开发成功的我国首台陆用12000米交流变频电驱动钻机，也是目前全球技术最先进的特深井陆地石油钻机。

该钻机采用国际最先进的全数字化交流变频控制技术，作业全部实现了智能化控制，能保证在-40℃环境条件下进行正常钻井作业。

钻机的核心部件基本实现了国产化，12000米钻机的快速成功问世，将把我国陆地深层和海洋深水油气田、大位移井及其他复杂超深油气藏的勘探开发技术提高到一个新的层次。

2、首台人工岛环轨移动钻机。

人工岛7000米环轨移功摸块钻机，其环形轨道移动设计为全球首创技术。

填补了国内空白。

该钻机主模块把地面上搬家的设备全部集中到一个平台上，缩短了搬运安装时间，大大提高厂钻井时效，是加快我国近海地区石油气开发、实现海陆采的战略性精良钻井装备。

该钻机主模块开创了海洋钻机陆用化的先河，其弯道滑移技术属全球首创。

3、我国首套多功能海洋3000米钻修井机。

这种钻修井机集钻井，完井、修井三项功能于一体，适用于自升自航式海洋多功能钻井船作业。

在结构设计上，全部实现模块化和高移运性。

大大减少设备的现场吊装工作量，可满足海上作业现场频繁拆卸、移运和安装的需要，能大大地提高海洋油气勘探开发的工作效率。

该设备在国内第一条海洋多功能船上为多个油气作业平台提供服务，标志着我国海洋石油钻采设备研制实现新的突破。

4、万米以上石油开采钻机交流变频控制系统。

12000米超深钻机交流变频控制系统自主研发成功，标志着我国在超深井石油开采设备研制方面取得重大突破，也代表目前我国钻机电控系统的最高水平。

该系统可以根据钻机在钻探过程中的实际工作状态，通过自动送钻、冗余控制、多电机负荷分配、一体化控制等技术，对深入地下的钻机发出不同指令，使钻机达列最佳工作状态。

5、万米测井绞车。

采用国内先进的电比例控制和液压控制双模式控制系统，液压泵、液压马达、低速阀三级变量控制，实现了大范围速度，超低速测井，速度范围达到20-10000m/h，测井深度可达1.15万米，比国际同类产品深1500米。

四、发展石油钻采设备意见

1、技术政策方面。

一是参照美国API标准，完善我国钻采设备标准体系，并认真组织贯彻执行。

对不符合标准的产品，主管部门要采取强制措施，使用部门有权拒绝使用。

二是加强浅滩、海洋和沙漠油田用的成套设备研制和技术攻关。

我国的近海和沙漠蕴藏着丰富的石油资源，特别是西部广大沙漠地区，将是我国近期最重要的石油后备资源。

目前海洋石油开发设备还仍然主要依靠国外，国产设备所占比例极少，而开发浅滩和沙漠油田的设备基本上尚属空白。

因此，我们必须加快研制海洋、浅滩和沙漠油田设备的步伐，尽快摆脱依赖国外的被动局面。

三是加强基础技术和关键零部件的攻关，开展产品的可靠性研究。

四是把发展成套钻采设备所需配套产品提到重要议事日程上来。

我们在抓主机的同时，一定要把配套产品抓好。

五是发展变型产品、“积木式”产品，提高石油钻采设备的多变性和适应能力。

2、组织措施方面。

一是要适当增加对石油钻采设备关键技术攻关的投入。

二是应设立风险基金和奖励基金。

应该设立风险基金，支持发展我国海洋、浅滩、沙漠的石油钻采机械企业而承担风险，并对支持发展国产设备有成绩的使用部门、基层，要给予表彰和奖励。

三是要严格控制进口。

为了尽快提高我国石油钻采设备水平，缩小与国外的差距，一方面要保护“国货”，国内能满足的设备绝不去购买“洋货”多，另方面要有选择地购买一些样机，供科研、制造单位进行解剖和研究，以资在自行研制时借鉴。

四是要在消化吸收引进技术上打破部门、单位的封锁。

引进国外技术应该采取行政手段，打破封锁，全国受益，使引进技术在促进我国石油钻采设备的发展中起到更大作用。

结语

近年来，石油钻采机械设备及工艺，通过引进先进技术和科研，更新了老产品，开发了新产品，质量逐年提高，品种不断增加，主要常规的钻采机械设备已形成了系列，一些关键机械产品和设备实现了更新换代，实有钻采设备得到了很大的发展。

参考文献

[1] 何军国，郭谊民，韩延红.油钻采设备的防腐工艺研究[J]. 石油矿场机械，2002(06).

[2] 田晖，杨宏治.中国石油钻采制造业市场分析[J].法制与社会，2007(03).

[3] 韩晓杰，胡庆明.2011年石油石化装备面临市场新契机[J].气体分离，2011(04).

[4] 雷永刚.石油机械制造业产品与技术发展预测[J].科技信息(科学教研)， 2007(06).

石油的钻采设备及工艺【2】

摘要：石油，作为支撑众多行业工作正常开展的前提和基础，已经成为国民经济建设的主体。

从建国初期开始，我国一直将石油作为其主要发展的产业，所以对于石油的钻采技术的研究就更为迫切。

相关资料显示，目前众多企业在进行油田开采的过程中采用的相关机械设备具有种类繁多的特点，其中包括不同类型以及特殊功能的钻机、抽油机等等。

为了保证石油产业的健康发展，该文就目前所有勘探采集过程中所使用到的相关钻采设备以及相应的工艺进行分析，具体研究内容做如下说明。

关键词：石油产业钻机设备工艺研究

我国在还未解放之前，其归属为半封建、半殖民状态，所以其能够拥有的制造业也是显得寥寥无几，对于石油这个产业的发展研究，更是想都不敢想的。

但是，随着中国在国际中占有力以及地位的不断提升加速了各个行业的发展，这其中也包括石油产业。

为了石油产业的进一步发展，所以对石油的钻采设备及工艺开发势在必行。

1 我国石油钻采设备发展历史

1.1 19世纪60年代

我国最早的石油钻采设备机械是太原矿山机器制造厂与兰州通用机器制造厂生产的，但是那个时候没有专门的钻采机械制造业。

1.2 国民时代

由于一直是在引用国外的机械设备，因此中国那个时候只有一些钻采设备修理厂。

1.3 开国以后

自从开国以后，由于国家对石油工业开发十分的重视，因此我国的石油钻采机械从那个时候才得以迅速发展起来。

2 石油的.钻采设备及工艺发展的四个阶段

2.1 石油钻采设备配件的制造工艺仿制阶段

由于苏联、罗马尼亚、匈牙利等一些社会主义国家对我国的石油开发提供了大量石油钻采设备，从此为我国钻井、采油提供了物质基础。

在这期间，我国国内大型机器制造厂开始仿制这些国家的石油钻采设备中的配件，当时大多数是为了及时对其进行维修。

2.2 石油钻采设备制造工艺仿制阶段

最早开始对石油钻采设备仿制的机器制造厂是上海大隆机械厂，先开始生产石油钻采机械的配件，后来成功仿制了苏联国家的泥浆泵，而且开始试着仿制其他机械。

继而吸引更多的机械制造厂进行争相效仿，不仅制造了多种型号的钻采设备而且还仿制了很多质量较好的辅助设备。

2.3 我国自制研发石油钻采设备以及相关制造工艺

由于我国倡导的“独立自主，自力更生”思想，我国在石油的钻采设备上开始凭借自己国家的技术力量自主研发制造，终于通过对克拉玛依油田的By―40钻机进行技术改造，制造了起重百吨的钻机搬家专用车以及井底电动钻具。

随后，很多的机械制造厂也制造出了更多关于油田开发的辅助设备。

1960年由兰州石油机械研究所召开了相关协调会议，通过了我国当时第一个钻机系列的协定，这个协调会议标志着我国的石油钻采机械制造与科研进入一个全新阶段。

随后渐渐制定了一些关于石油钻机的相关规定，标志着我国石油钻采制造业的兴起。

2.4 石油钻采设备制造工艺进入引进、开发、创新阶段

中国近年来实行对外开放政策，开始引入了一批国外先进的石油钻采设备，从此给我国钻采事业开发、科研等各方面带来了显著的效果。

3 我国石油钻采设备及工艺的显著效果

3.1 科研开发取得了显著的效果

例如，渤海五号以及七号自升式钻井船，都得到了我国的科技进步奖等等。

3.2 研究出新型工艺，制造出新型钻采设

具有分析三缸单作用泥浆泵，其主要设计的依据，是计算数学模型，并较好的强化了套筒滚子链条工艺，并制造出了相关辅助设备，从此为我国钻井技术水平的提高打下了基础。

而且近几年来，我国生产的相关设备配件还出口国外。

3.3 石油的钻采设备零件标准化和产品系列化有了长足进展

自从1980年以后，我国的油田设备标准已过400多项(包含国家标准11项)。

3.4 石油钻采设备科研机构和教育的发展

我国各大油田都建立有相关石油钻采机械研究所以及钻进工艺研究所，而且还具备了很多各种钻采设备的试验条件，从而促进我国石油钻采设备机械制造业进一步发展。

3.5 加强各个机械制造业之间的探讨与合作

1985年在北京正式成立中国石油设备协会，从此推动我国石油设备制造业蓬勃发展。

3.6 我国制造的石油钻采设备开始出口国外

我国从1981年就开始对国外出口我国制造的石油钻采设备了。

随后，越来越大的石油钻采设备系列以及相关辅助设备出口国外。

4 结语

该文对石油的钻采设备及制造工艺的发展史进行了阐述，由此可见，我国的石油业的迅速发展带动了我国石油的钻采设备及工艺的崛起，甚至令我国的钻采设备、工艺以及相关辅助设备都出口国外，得到全世界的认同，因此，我国自主研发的钻采设备、工艺以及相关辅助设备已经满足我国石油的开发需要了。

参考文献

[1] 何军国，郭谊民，张勇，等.石油钻采设备的防腐工艺研究[J].石油矿场机械，2002(3).

[2] 李谋成.质子交换膜燃料电池金属双极板材料的腐蚀行为研究[D].中国科学院研究生院(金属研究所)，2002.

[3] 徐滨士，马世宁，朱胜，等.再制造工程中的热喷涂技术[C]//第十一次全国焊接会议论文集(第1册).2005.

钻井施工安全操作规程？

钻井施工安全操作规程是非常重要的，安全操作始终是施工的第一前提，制定规程的初衷就是为了更好的处理实际中遇到的每个细节。中达咨询就钻井施工安全操作规程和大家介绍一下。

一、开钻前的准备1.按照安装标准对钻井设备的安装质量进行认真的检查验收工作，安装设备应达到平、正、稳、牢、全、灵、通“五不旅运漏”，所有安全防护罩及安全设施必须齐全完整。2.电路安装符合标准，井场电线严禁触铁、拖地或一把抓，必须按安全用电架设标准进行架设。3.冲鼠洞时，钻头要慢慢下放至鼠洞口，大鼠洞必须保证方钻杆与井眼中心线的夹角为8-10°。工作时可用绷绳绷拉水龙头中心管配合打正角度。4.钻台人员要注意与司钻、副司钻配合，不要被绷绳或水龙头等碰拉伤。5.冲鼠洞完上提方钻杆时，注意钻头不要挂钻台花板配镇穗。推方钻杆时不要用肩扛，应人拉方钻杆。6.起吊鼠洞应用16mm钢丝绳双根，拴紧不得滑动。人员应躲避，下放要慢。7.大鼠洞上口高度应距钻台面0.3-0.4米，小鼠洞高度应于转盘面相平。二、高压试运转1.开钻前必须高压试运转，试运转压力要高于正常钻井设计压力，运转时间大于30分钟。2.在岗操作人员应站在安全位置注意观察设备运转情况，发现异常应及时停泵后整改。3.其它人员应提前脱离高压运转危险区域。保险阀泄水管出口正前方不准站人。4.试运转前应先检查两台泵保险销钉是否符合标准，调压位置是否正确。保险销钉盒盖起全、扣好。5.保险凡尔销钉不得弯曲、生锈，否则应立即更换。安装后应涂黄油防腐。三、刮刀钻头钻进1.使用刮刀钻头钻进，应严格执行安全操作规程和工程设计，并根据队伍人员素质，地层情况，制定出可行的安全和技术措施，对职工进行大会交底和安全提示，干部工人必须高度重视，加强快速钻进中的人员组织。2.开钻前要对动力机、压风机、泥浆泵、转盘、悬吊系统、上扣器、钻机、各种链条等使用设备，组织认真检修、保养、保障快速安全钻进。3.二开前必须高压试运转。试运转压力要高于正常钻进设计压力，运转时间大于30分钟。4.下井钻具要详细检查，丝扣油清洁、标准。符合下井技术要求。5.钻具下井必须涂好丝扣油，液气大钳按标准压力扭矩紧扣，开泵正常后下入井内。6.刮刀钻进时，必须由司钻或有经验的值班干部操作刹吧，其他人员一律不准操作。7.钻进中要送钻均匀，严禁顿、溜钻或加压过大，严防蹩钻、干钻和井下落物。8.接单根时必须涂好丝扣油，在小鼠洞液气大钳紧扣后上提钻具，待井口接头上扣无余扣可先开泵后液气大钳紧扣，尽可能做到早开泵，晚停泵，缩短钻井液断流时间，保障环形空间畅通。9.内外钳工接完单根后，要及时做好接下一个单根的准备工作，并对钻台设备进行观察，需要检修、保养、润滑时必须停止设备运转，并有可靠的安全监护措施。10.副司钻应在停泵前后观察泵压，认真分析情况，对运转的泥浆泵进行及时的判断和维修，保证两台泵正常运转。11.更换钻头时必须错扣起钻，检查丝扣及台阶，完钻前必须把立柱扣全部错扣完。12.起钻前循环泥浆时，内外钳工应做好起钻的准备工作，并对死培卜绳固定器、转盘、钻机、两大绳头的固定及井口工具进行详细的检查、保养和整改。13.起钻前司钻要认真检查刹车系统及各种空气开关的进放气量，做到心中有数，采用低速档起钻，操作平稳。14.起钻前，各岗位对所运转的设备进行判断，起钻中或起钻完应集中力量检修保养。抢先下钻，减短井下静止时间，避免复杂情况的发生。15.下钻时，起空车要平稳，下放速度要适当控制，严防顿钻。遇阻后不准强压。开泵排量由小到大，待井底砂子返出后加大排量吊打1-2个单根，30分钟后加压钻进。四、牙轮钻头钻进1.二开前要进行岗位练兵。高压试运转，搞好防喷演习。2.上卸钻头时必须使用钻头上扣器(钻头盒)，卸扣时严禁转盘绷扣卸钻头。3.大门坡道一律不准摆放钻杆、钻铤，起下钻时小鼠洞内不准有钻具。4.气葫芦不准吊钻铤，大钩吊钻铤时必须使用提升护丝或提升短节。5.施工中严禁用转盘绷扣。6.开泵前应先鸣喇叭后开泵，不准一次开泵。注:其它事项应采用刮刀钻头钻进规程。五、钻进吊测1.在钻进期间，各井队根据井身质量和地层情况，及时进行吊测测斜。2.测卸绞车必须由井架工以上的(对测斜绞车操作熟练)岗位操作，其他人员一律不准操作，并另有一人协助监护。3.吊测前应根据井下情况循环泥浆，整理仪器和测斜绞车，做好吊测前的检查准备工作。4.测斜绞车电源线必须正规架设，高度2.5m以上，各线头连接正规，使用可靠。5.测斜仪与钢丝连接时，必须由技术员亲自连接并检查，安装使用可靠。6.测斜滑轮应使用Φ12mm钢丝绳双根，滑轮钩封口拴固在大钩上。7.测斜钢丝必须在测斜仪以上约50-100m处分别作出明显的固定标记，内外钳工在井口两侧注意观察标记，并及时通知绞车操作人员，当100m处标记起出井口后，司钻应将大钩提离转盘面10m以上刹车，内外钳工准备在井口接拿测斜仪器。8.测斜绞车操作人员发现100m处标记提出后，应改用低速档提，50m标记提出后，应集中精力时刻准备刹车。9.测协仪提出井口后，内外钳工各双手抓住仪器，先将测斜仪离开井口后一人扶正再取内筒仪器。

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石油钻井技术

《中国国土资源报》2007年1月29日3版刊登了“新型地质导向钻井系统研制成功”的消息。这套系统由3个子系统组成：新型正脉冲无线随钻测斜系统、测传马达及无线接收系统、地面信息处理与决策系统。它具有测量、传输和导向三大功能。在研制过程中连续进行了4次地质导向钻井实验和钻水平井的工业化应用，取得成功。这一成果的取得标志着我国在定向钻井技术上取得重大突破。

2.3.1.1 地质导向钻井技术

地质导向钻井技术是20世纪90年代发展起来的前沿钻井技术，其核心是用随钻定向测量数据和随钻地层评价测井数据以人机对话方式来控制井眼轨迹。与普通的定向钻井技术不同之处是，它以井下实际地质特征来确定和控制井眼轨迹，而不是按预先设计的井眼轨迹进行钻井。地质导向钻井技术能使井眼轨迹避开地层界面和地层流体界面始终位于产层内，从而可以精确地控制井下钻具命中最佳地质目标。实现地质导向钻井的几项关键技术是随钻测量、随钻测井技术，旋转导向闭环控制系统等。

随钻测量（MWD）的两项基本任务是测量井斜和钻井方位，其井下部分主要由探管、脉冲器、动力短节（或电池筒）和井底钻压短节组成，探管内包含各种传感器，如井斜、方位、温度、震动传感器等。探管内的微处理器对各种传感器世春传来的信号进行放大并处理，将其转换成十进制，再转换成二进制数码，并按事先设定好的编码顺序把所有数据排列好。脉冲器用来传输脉冲信号，并接受地面指令。它是实现地面与井下双向通讯并将井下资料实时传输到地面的唯一通道。井下动力部分有锂电池或涡轮发电机两种，其作用是为井下各种传感器和电子元件供电。井底钻压短节用于测定井底钻压和井底扭矩。

随钻测井系统（LWD）是当代石油钻井最新技术之一。Schlumberger公司生产的双补偿电阻率仪CDR和双补偿中子密度仪CDN两种测井系统代表了当今随钻测井系统的最高水平。CDR和CDN可以单独使用也可以两项一起与MWD联合使用。LWD的CDR系统用电磁波传送信息，整套系统安装在一特制的无磁钻铤或短节内。该系统主要包括电池筒、伽马传感器、电导率测量总成和探管。它主要测量并实时传输地层的伽马曲线和深、浅电阻率曲线。对这些曲线进行分析，可以马上判断出地层的岩性并在一定程度上判断地层流体的类型。LWD的CDN系统用来测量地层密度曲线和中子孔隙度曲线。利用这两种曲线可以进一步鉴定地层岩性，判断地层的孔隙度、地层流体的性质和地层的渗透率。

旋转导向钻井系统（Steerable Rotary Drilling System）或旋转闭环系统（Rotary Closed Loop System，RCLS）。常规定向钻井技术使用导向弯外壳马达控制钻井方向施工定向井。钻进时，导向马达以“滑行”和“旋转”两种模式运转。滑行模式用来改变井的方位和井斜，旋转模式用来沿固定方向钻进。其缺点是用滑行模式钻进时，机械钻速只有旋转模式钻进时的50%，不仅钻进效率低，而且钻头选择受到限制，井眼净化效果及井眼质量也差。旋转导向闭环钻井系统完全避免了搭返春上述缺点。旋转导向钻井系统的研制成功使定向井钻井轨迹的控制从借助起下钻时人工更换钻具弯接头和工具面向角来改变方位角和顶角的阶段，进入到利用知耐电、液或泥浆脉冲信号从地面随时改变方位角和顶角的阶段。从而使定向井钻井进入了真正的导向钻井方式。在定向井钻井技术发展过程中，如果说井下钻井马达的问世和应用使定向钻井成为现实的话，那么可转向井下钻井马达的问世和应用则大大提高了井眼的控制能力和自动化水平并减少了提下钻次数。旋转导向钻井系统钻井轨迹控制机理和闭环系统如图2.5所示。

目前从事旋转导向钻井系统研制的公司有：Amoco、Camco、Baker Hughes Inteq、Cambridge Drilling Automation以及DDD Stabilizers等。这些公司的旋转导向闭环钻井系统按定向方法又可分为自动动力定向和人工定向。自动动力定向一般由确定钻具前进方向的测量仪表、动力源和调节钻具方向的执行机构组成。人工定向系统定向类似于导向马达定向方法，需要在每次连接钻杆时进行定向。两种定向系统的定向控制原理都是通过给钻头施加直接或间接侧向力使钻头倾斜来实现的（图2.6）。按具体的导向方式又可划分为推靠式和指向式两种。地质导向钻井技术使水平钻井、大位移钻井、分支井钻井得到广泛应用。大位移井钻井技术和多分支井钻井技术代表了水平钻井技术的最新成果水平。

图2.5 旋转导向闭环系统

（1）水平井钻井技术

目前，国外水平钻井技术已发展成为一项常规技术。美国的水平井技术成功率已达90%～95%。用于水平井钻进的井下动力钻具近年来取得了长足进步，大功率串联马达及加长马达、转弯灵活的铰接式马达以及用于地质导向钻井的仪表化马达相继研制成功并投入使用。为满足所有导向钻具和中曲率半径造斜钻具的要求，使用调角度的马达弯外壳取代了原来的固定弯外壳；为获得更好的定向测量，用非磁性马达取代了磁性马达。研制了耐磨损、抗冲击的新型水平井钻头。

图2.6 旋转导向钻井系统定向轨迹控制原理

（2）大位移井钻井技术

大位移井通常是指水平位移与井的垂深之比（HD/TVD）≥2的井。大位移井顶角≥86°时称为大位移水平井。HD/TVD≥3的井称为高水垂比大位移井。大位移井钻井技术是定向井、水平井、深井、超深井钻井技术的综合集成应用。现代高新钻井技术，随钻测井技术（LWD）、旋转导向钻井系统（SRD）、随钻环空压力测量（PWD）等在大位移井钻井过程中的集成应用，代表了当今世界钻井技术的一个高峰。目前世界上钻成水平位移最大的大位移井，水平位移达到10728m，斜深达11287m，该记录是BP阿莫科公司于1999年在英国Wytch Farm油田M-16井中创造的（图2.7所示）。三维多目标大位移井也有成功的例子。如挪威Gullfalks油田B29大位移井，就是将原计划用2口井开发该油田西部和北部油藏的方案改为一口井开采方案后钻成的。为了钻成这口井，制定了一套能够钻达所有目标并最大限度地减少摩阻和扭矩的钻井设计方案。根据该方案，把2630m长的水平井段钻到7500m深度，穿过6个目标区，总的方位角变化量达160°。

图2.7 M-16井井身轨迹

我国从1996年12月开始，先后在南海东部海域油田进行了大位移井开发试验，截至2005年底，已成功钻成21口大位移井，其中高水垂比大位移井5口。为开发西江24-1含油构造实施的8口大位移井，其井深均超过8600m，水平位移都超过了7300m，水垂比均大于2.6，其中西江24-3-A4井水平位移达到了8063m，创造了当时（1997年）的大位移井世界纪录。大位移井钻井涉及的关键技术有很多，国内外目前研究的热点问题包括：钻井设备的适应性和综合运用能力、大斜度（大于80°）长裸眼钻进过程中井眼稳定和水平段延伸极限的理论分析与计算、大位移井钻井钻具摩擦阻力/扭矩的计算和减阻、成井过程中套管下入难度大及套管磨损严重等。此外大位移井钻井过程中的测量和定向控制、最优的井身剖面（结构）设计、钻柱设计、钻井液性能选择及井眼净化、泥浆固控、定向钻井优化、测量、钻柱振动等问题也处在不断探索研究之中。

（3）分支井钻井技术

多分支井钻井技术产生于20世纪70年代，并于90年代随着中、小曲率半径水平定向井钻进技术的发展逐渐成熟起来。多分支井钻井是水平井技术的集成发展。多分支井是指在一个主井眼（直井、定向井、水平井）中钻出若干进入油（气）藏的分支井眼。其主要优点是能够进一步扩大井眼同油气层的接触面积、减小各向异性的影响、降低水锥水串、降低钻井成本，而且可以分层开采。目前，全世界已钻成上千口分支井，最多的有10个分支。多分支井可以从一个井眼中获得最大的总水平位移，在相同或不同方向上钻穿不同深度的多层油气层。多分支井井眼较短，大部分是尾管和裸眼完井，而且一般为砂岩油藏。

多分支井最早是从简单的套管段铣开窗侧钻、裸眼完井开始的。因其存在无法重入各个分支井和无法解决井壁坍塌等问题，后经不断研究探索，1993年以来预开窗侧钻分支井、固井回接至主井筒套管技术得到推广应用。该技术具有主井筒与分支井筒间的机械连接性、水力完整性和选择重入性，能够满足钻井、固井、测井、试油、注水、油层改造、修井和分层开采的要求。目前，国外常用的多分支系统主要有：非重入多分支系统（NAMLS），双管柱多分支系统（DSMLS），分支重入系统（LRS），分支回接系统（LTBS）。目前国外主要采用4种方式钻多分支井：①开窗侧钻；②预设窗口；③裸眼侧钻；④井下分支系统（Down Hole Splitter System）。

2.3.1.2 连续管钻井（CTD）技术

连续管钻井技术又叫柔性钻杆钻井技术。开始于20世纪60年代，最早研制和试用这一技术钻井的有法国、美国和匈牙利。早期法国连续管钻进技术最先进，1966年投入工业性试验，70年代就研制出各种连续管钻机，重点用于海洋钻进。当时法国制造的连续管单根长度达到550m。美国、匈牙利制造的连续管和法国的类型基本相同，单根长度只有20～30m。

早期研制的连续管有两种形式。一种是供孔底电钻使用，由4层组成，最内层为橡胶或橡胶金属软管的心管，孔底电机动力线就埋设在心管内；心管外是用2层钢丝和橡胶贴合而成的防爆层；再外层是钢丝骨架层，用于承受拉力和扭矩；最外层是防护胶层，其作用是防水并保护钢丝。另一种是供孔底涡轮钻具使用的，因不需要埋设动力电缆，其结构要比第一种简单得多。第四届国际石油会议之后，美国等西方国家把注意力集中在发展小井眼井上，限制了无杆电钻的发展。连续管钻井技术的研究也放慢了脚步。我国于20世纪70年代曾开展无杆电钻和连续管钻井技术的研究。勘探所与青岛橡胶六厂合作研制的多种规格的柔性钻杆，经过单项性能试验后，于1975年初步用于涡轮钻。1978年12月成功用于海上柔性钻杆孔底电钻，并建造了我国第一台柔杆钻机钻探船。1979～1984年勘探所联合清华大学电力工程系、青岛橡胶六厂研究所和北京地质局修配厂共同研制了DRD-65型柔管钻机和柔性钻杆。DRD-65型柔管钻机主要有柔性钻杆、Φ146mm潜孔电钻、钻塔、柔杆绞车及波浪补偿器、泥浆泵、电控系统和液控系统等部分组成。研制的柔性钻杆主要由橡胶、橡胶布层、钢丝绳及动力线组成。拉力由柔杆中的钢丝骨架层承担，钢丝绳为0.7mm×7股，直径2.1mm，每根拉力不小于4350N，总数为134根，计算拉力为500kN，试验拉力为360kN。钻进过程中，柔性钻杆起的作用为：起下钻具、承受反扭矩、引导冲洗液进入孔底、通过设于柔性钻杆壁内的电缆向孔底电钻输送电力驱动潜孔电钻运转、向地表传送井底钻井参数等。

柔性钻杆性能参数为：内径32mm；抗扭矩不小于1030N·m；外径85～90mm；单位质量13kg/m；抗内压（工作压力）40kg/cm2，曲率半径不大于0.75m，抗外压不小于10kg/cm2；弯曲度：两弯曲形成的夹角不大于120°；额定拉力1000kN；柔杆内埋设动力导线3组，每组15mm2，信号线二根；柔杆单根长度为40、80m两种规格。

Φ146mm型柔杆钻机由Φ127mm电动机、减速器、液压平衡器和减震器组成。动力是潜孔电钻，它直接带动钻头潜入孔底钻井。Φ146mm孔底电钻是外通水式，通水间隙宽5mm，通水横断面积为2055mm2。

与常规钻井技术相比，连续管钻井应用于石油钻探具有以下优点：欠平衡钻井时比常规钻井更安全；因省去了提下钻作业程序，可大大节省钻井辅助时间，缩短作业周期；连续管钻井技术为孔底动力电钻的发展及孔底钻进参数的测量提供了方便条件；在制作连续管时，电缆及测井信号线就事先埋设在连续管壁内，因此也可以说连续管本身就是以钢丝为骨架的电缆，通过它可以很方便地向孔底动力电钻输送电力，也可以很方便地实现地面与孔底的信息传递；因不需拧卸钻杆，因此在钻进及提下钻过程中可以始终保持冲洗液循环，对保持井壁稳定、减少孔内事故意义重大；海上钻探时，可以补偿海浪对钻井船的漂移影响；避免了回转钻杆柱的功率损失，可以提高能量利用率，深孔钻进时效果更明显。正是由于连续管钻井技术有上述优点，加之油田勘探需要以及相关基础工业技术的发展为连续管技术提供了进一步发展的条件，在经过了一段时间的沉寂之后，20世纪80年代末90年代初，连续管钻井技术又呈现出飞速发展之势。其油田勘探工作量年增长量达到20%。连续管钻井技术研究应用进展情况简述如下。

1）数据和动力传输热塑复合连续管研制成功。这种连续管是由壳牌国际勘探公司与航空开发公司于1999年在热塑复合连续管基础上开始研制的。它由热塑衬管和缠绕在外面的碳或玻璃热塑复合层组成。中层含有3根铜质导线、导线被玻璃复合层隔开。碳复合层的作用是提供强度、刚度和电屏蔽。玻璃复合层的作用是保证强度和电隔离。最外层是保护层。这种连续管可载荷1.5kV电压，输出功率20kW，传输距离可达7km，耐温150℃。每根连续管之间用一种特制接头进行连接。接头由一个钢制的内金属部件和管子端部的金属环组成。这种连续管主要用于潜孔电钻钻井。新研制的数据和动力传输连续管改变了过去用潜孔电钻钻井时，电缆在连续管内孔输送电力影响冲洗液循环的缺点。

2）井下钻具和钻具组合取得新进展。XL技术公司研制成功一种连续管钻井的电动井下钻具组合。该钻具组合主要由电动马达、压力传感器、温度传感器和震动传感器组成。适用于3.75in井眼的电动井下马达已交付使用。下一步设想是把这种新型电动马达用于一种新的闭环钻井系统。这种电动井下钻具组合具有许多优点：不用钻井液作为动力介质，对钻井液性能没有特殊要求，因而是欠平衡钻井和海上钻井的理想工具；可在高温下作业，振动小，马达寿命长；闭环钻井时借助连续管内设电缆可把测量数据实时传送到井口操纵台，便于对井底电动马达进行灵活控制，因而可使钻井效率达到最佳；Sperry sun钻井服务公司研制了一种连续管钻井用的新的导向钻具组合。这种钻具组合由专门设计的下部阳螺纹泥浆马达和长保径的PDC钻头组成。长保径钻头起一个近钻头稳定器的作用，可以大幅度降低振动，提高井眼质量和机械钻速。泥浆马达有一个特制的轴承组和轴，与长保径钻头匹配时能降低马达的弯曲角而不影响定向性能。在大尺寸井眼（＞6in）中进行的现场试验证明，导向钻具组合具有机械钻速高、井眼质量好、井下振动小、钻头寿命长、设备可靠性较高等优点。另外还研制成功了一种连续软管欠平衡钻井用的绳索式井底钻具组合。该钻具组合外径为in上部与外径2in或in的连续管配用，下部接钻铤和in钻头。该钻具组合由电缆式遥控器、稳定的MWD仪器、有效的电子定向器及其他参数测量和传输器件组成。电缆通过连续管内孔下入孔底，能实时监测并处理工具面向角、钻井顶角、方位角、自然伽马、温度、径向振动频率、套管接箍定位、程序状态指令、管内与环空压差等参数。钻具的电子方位器能在钻井时在导向泥浆马达连续旋转的情况下测量并提供井斜和方位两种参数。

其他方面的新进展包括：连续管钻井技术成功用于超高压层侧钻；增加连续管钻井位移的新工具研制成功；连续管钻井与欠平衡钻井技术结合打水平井取得好效果；适于连续管钻井的混合钻机研制成功；连续管钻井理论取得新突破。

2.3.1.3 石油勘探小井眼钻井技术

石油部门通常把70%的井段直径小于177.8mm的井称为小井眼井。由于小井眼比传统的石油钻井所需钻井设备小且少、钻探耗材少、井场占地面积小，从而可以节约大量勘探开发成本，实践证明可节约成本30%左右，一些边远地区探井可节约50%～75%。因此小井眼井应用领域和应用面越来越大。目前小井眼井主要用于：①以获取地质资料为主要目的的环境比较恶劣的新探区或边际探区探井；②600～1000m浅油气藏开发；③低压、低渗、低产油气藏开发；④老油气田挖潜改造等。

2.3.1.4 套管钻井技术

套管钻井就是以套管柱取代钻杆柱实施钻井作业的钻井技术。不言而喻套管钻井的实质是不提钻换钻头及钻具的钻进技术。套管钻井思想的由来是受早期（18世纪中期钢丝绳冲击钻进方法用于石油勘探，19世纪末期转盘回转钻井方法开始出现并用于石油钻井）钢丝绳冲击钻进（顿钻时代）提下钻速度快，转盘回转钻进井眼清洁且钻进速度快的启发而产生的。1950年在这一思想的启发下，人们开始在陆上钻石油井时，用套管带钻头钻穿油层到设计孔深，然后将管子固定在井中成井，钻头也不回收。后来，Sperry-sun钻井服务公司和Tesco公司根据这一钻井原理各自开发出套管钻井技术并制定了各自的套管钻井技术发展战略。2000年，Tesco公司将4.5～13.375in的套管钻井技术推向市场，为世界各地的油田勘探服务。真正意义的套管钻井技术从投放市场至今还不到10年时间。

套管钻井技术的特点和优势可归纳如下。

1）钻进过程中不用起下钻，只利用绞车系统起下钻头和孔内钻具组合，因而可节省钻井时间和钻井费用。钻进完成后即等于下套管作业完成，可节省完井时间和完井费用。

2）可减少常规钻井工艺存在的诸如井壁坍塌、井壁冲刷、井壁键槽和台阶等事故隐患。

3）钻进全过程及起下井底钻具时都能保持泥浆连续循环，有利于防止钻屑聚集，减少井涌发生。套管与井壁之间环状间隙小，可改善水力参数，提高泥浆上返速度，改善井眼清洗效果。

套管钻井分为3种类型：普通套管钻井技术、阶段套管或尾管钻井技术和全程套管钻井技术。普通套管钻井是指在对钻机和钻具做少许改造的基础上，用套管作为钻柱接上方钻杆和钻头进行钻井。这种方式主要用于钻小井眼井。尾管钻井技术是指在钻井过程中，当钻入破碎带或涌水层段而无法正常钻进时，在钻柱下端连接一段套管和一种特制工具，打完这一段起出钻头把套管留在井内并固井的钻井技术。其目的是为了封隔破碎带和水层，保证孔内安全并维持正常钻进。通常所说的套管钻井技术是指全程套管钻井技术。全程套管钻井技术使用特制的套管钻机、钻具和钻头，利用套管作为水利通道，采用绳索式钻井马达作业的一种钻井工艺。目前，研究和开发这种钻井技术的主要是加拿大的Tesco公司，并在海上进行过钻井，达到了降低成本的目的。但是这种钻井技术目前仍处于研究完善阶段，还存在许多问题有待研究解决。这些问题主要包括：①不能进行常规的电缆测井；②钻头泥包问题严重，至今没有可靠的解决办法；③加压钻进时，底部套管会产生横向振动，致使套管和套管接头损坏，目前还没有找到解决消除或减轻套管横向振动的可靠方法；④由于套管钻进不使用钻铤，加压困难，所以机械钻速低于常规钻杆钻井；部分抵消了套管钻进提下钻节省的时间；⑤套管钻井主要用于钻进破碎带和涌水地层，其应用范围还不大。

我国中石油系统的研究机构也在探索研究套管钻井技术，但至今还没有见到公开报道的成果。目前，套管钻井技术的研究内容，除了研制专用套管钻机和钻具外，重点针对上述问题开展。一是进行钻头的研究以解决钻头泥包问题；二是研究防止套管横向振动的措施；三是研究提高套管钻井机械钻速的有效办法；四是研究套管钻井固井办法。

套管钻井应用实例：2001年，美国谢夫隆生产公司利用加拿大Tesco公司的套管钻井技术在墨西哥湾打了2口定向井（A-12和A-13井）。两井成井深度分别为3222×30.48cm和3728×30.48cm。为了进行对比分析，又用常规方法打了一口A-14井，结果显示，同样深度A-14井用时75.5h，A-13井用时59.5h。表层井段钻速比较，A-12 井的平均机械钻速为141ft/h，A-13井为187ft/h，A-14井为159ft/h。这说明套管钻井的机械钻速与常规方法机械钻速基本相同。但钻遇硬地层后套管钻井，钻压增加到6.75t，致使扩眼器切削齿损坏，钻速降低很多。BP公司用套管钻井技术在怀俄明州钻了5口井。井深为8200～9500ft，且都是从井口钻到油层井段。钻进过程中遇到了钻头泥包和套管振动问题。

此外，膨胀套管技术也是近年来发展起来的一种新技术，主要用于钻井过程中隔离漏失、涌水、遇水膨胀缩经、破碎掉块易坍塌等地层以及石油开采时油管的修复。勘探所与中国地质大学合作已立项开展这方面的研究工作。

2.3.1.5 石油钻机的新发展

国外20世纪60年代末研制成功了AC-SCR-DC电驱动钻机，并首先应用于海洋钻井。由于电驱动钻机在传动、控制、安装、运移等方面明显优于机械传动钻机，因而获得很快的发展，目前已经普遍应用于各型钻机。90年代以来，由于电子器件的迅速发展，直流电驱动钻机可控硅整流系统由模拟控制发展为全数字控制，进一步提高了工作可靠性。同时随着交流变频技术的发展，交流变频首先于90年代初成功应用于顶部驱动装置，90年代中期开始应用于深井石油钻机。目前，交流变频电驱动已被公认为电驱动钻机的发展方向。

国内开展电驱动钻机的研究起步较晚。兰州石油化工机器厂于20世纪80年代先后研制并生产了ZJ60D型和ZJ45D型直流电驱动钻机，1995年成功研制了ZJ60DS型沙漠钻机，经应用均获得较好的评价。90年代末期以来，我国石油系统加大钻机的更新改造力度，电驱动钻机取得了较快发展，宝鸡石油机械厂和兰州石油化工机器厂等先后研制成功ZJ20D、ZJ50D、ZJ70D型直流电驱动钻机和ZJ20DB、ZJ40DB型交流变频电驱动钻机，四川油田也研制出了ZJ40DB交流变频电驱动钻机，明显提高了我国钻机的设计和制造水平。进入21世纪，辽河油田勘探装备工程公司自主研制成功了钻深能力为7000m的ZJ70D型直流电驱动钻机。该钻机具有自动送钻系统，代表了目前我国直流电驱动石油钻机的最高水平，整体配置是目前国内同类型钻机中最好的。2007年5月已出口阿塞拜疆，另两部4000m钻机则出口运往巴基斯坦和美国。由宝鸡石油机械有限责任公司于2003年研制成功并投放市场的ZJ70/4500DB型7000m交流变频电驱动钻机，是集机、电、数字为一体的现代化钻机，采用了交流变频单齿轮绞车和主轴自动送钻技术和“一对一”控制的AC-DC-AC全数字变频技术。该型钻机代表了我国石油钻机的最新水平。凭借其优良的性能价格比，2003年投放市场至今，订货已达83台套。其中美国、阿曼、委内瑞拉等国石油勘探公司订货达42台套。在国内则占领了近2～3年来同级别电驱动钻机50%的市场份额。ZJ70/4500DB型钻机主要性能参数：名义钻井深度7000m，最大钩载4500kN，绞车额定功率1470kW，绞车和转盘挡数I+IR交流变频驱动、无级调速，泥浆泵型号及台数F-1600三台，井架型式及有效高度K型45.5m，底座型式及台面高度：双升式/旋升式10.5m，动力传动方式AC-DC-AC全数字变频。