B、 钻穿油层的井段长，可以使油藏的泄油面积增大，可以大幅度提高单井产量。
图5-16 大位移延伸井穿越多个油藏，提高单井产量
大位移延伸井广泛用于海上油田、滩涂油田、边远油藏、城市、古建筑、湖泊等地面有障碍的油藏以及山丘、沙漠等油藏的开发。
3、钻大位移延伸井的关键技术
在大位移井钻井过程中，合理的钻井工程设计、配套完善的钻机装备、可靠的井下钻具和导向钻井技术、优质钻井液、高效的固控设备技术、合理的完井方法是大位移延伸井钻井技术的关键。
3.1 合理的钻井工程设计
合理的钻井工程设计是指合理的井身结构、施工工艺满足采油要求、尽可能小的井眼的曲率、采用悬链线或准悬链线剖面、设计方位尽可能避开岩石主应力方向。
合理的井眼结构设计是大位移井成功的第一步，在设计大位移井井眼轨迹时，应考虑尽量降低摩阻及井眼弯曲程度。目前比较流行的设计剖面是准悬链线剖面，因为该剖面扭矩和摩阻低，且造斜率较低。
井眼曲率是大位移延伸井完井作业成功与否的关键。曲率过大，对完井作业和钻具的工作寿命都会产生影响，并抑制泥浆的携砂能里，增加钻具受到的摩阻，对施工十分不利，所以应尽量保持小的曲率并确保轨迹平滑。
3.2 优质钻井液
优质钻井液应能满足以下要求：抑制性好，保证井眼的稳定；携岩能力强，保证井眼清洁；润滑性好，减小钻具受到的摩阻和扭矩；尽量控制钻井液密，以减少对地层的损害。
3.3 可靠的井下钻井工具和地质导向钻井技术
井下钻井工具包括非旋转钻杆保护套、旋转导向钻井工具、可调径稳定器、高效优质钻头、重量轻/抗高扭矩的钻杆等。
非旋转钻杆保护套能有效减少钻具的磨损，延长钻具的使用寿命，同时改变井眼的清洁环境、提高井眼清洁能力。
旋转导向工具取消了以往采用的滑动钻井方式，只利用旋转钻井方式控制井眼的轨迹， 能提高钻井速度、确保轨迹平滑、降低钻具受到的摩阻和扭矩、使得轨迹能最大限度的向前延伸，并可使完井作业和测井作业变得更加容易。
可调径稳定器也是为了尽量多的采用转动钻进方式来控制轨迹，和旋转导向工具一起使用可以提高整个井下工具对轨迹的控制能力。
181
重量轻/抗高扭矩的钻杆是为了降低井下钻具的重量、减轻地面钻机的负荷，同时满足井下钻具需要承受高扭矩的需要。
地质导向钻井技术是为了缩短测量时间，提高钻井速度进而缩短裸眼段的滞留时间，为 安全快速完井提供保障。同时实时了解所钻地层的地质情况、了解地层岩性及构造的变化、确定钻井液性能、控制轨迹在最佳的产层位置中穿行，对确定套管鞋位置、产层入口及产层评价十分重要。
可靠的井下钻井工具和地质导向钻井技术是确保工具能满足长时间施工的需要及轨迹控制的需要，尽量避免不必要的起下钻作业，提高施工效率的关键。
3.4 高效固控设备
采用高效固控设备，能及时降低钻井液中的固相含量和含砂量，确保井眼清洁，防止高密度的钻井液对地层的损害，提高仪器、设备的工作寿命，降低摩阻，是确保施工安全的关键。
3.5 合理的完井方法
合理的完井方法是指采用采用顶部驱动装置，采用套管漂浮、分级注水泥等技术配合先进的完井工具、新型水泥添加剂进行完井作业。
3.6 配套完善的钻机装备
装备大功率钻机、顶驱、泥浆处理设备、高强度钻具等。选择负荷能力大、操作性能好的电动钻机，配套安装顶部驱动装置、先进的钻台仪表及大功率泥浆泵，采用四级净化和高效的固控设备。顶部驱动装置是钻大位移井的必备工具之一，它改变常规钻井动力传递的方式，能有效减少井下事故，降低工人的劳动强度，减少或避免井下复杂情况的发生。
4、大位移延伸井钻井技术的发展
由于大位移延伸井单井的延伸距离长、可钻遇的油层多、可控面积大、油层裸露面积多，可以使单井施工的效益得到大幅度提高，有效减少油藏开发所须的油井数量、钻井平台数量，降低油藏整体开发费用，因而受到了人们的广泛关注。
随着钻井工艺的不断完善和发展，大位移动延伸井钻井技术一定会被大规模的用于钻井施工。
三、闭环钻井技术
自动化钻井（闭环钻井）技术
n 自动化钻井技术目前主要指井眼轨迹自动控制技术，进一步的目标是实现钻头的地质导向，代表着国际钻井技术最新的发展方向，对超深井、超薄油层水平井、大位移井、分枝水平井等的轨迹控制具有独特效果。 自动化钻井（闭环钻井）技术 n 国外研究应用的情况
德国：VDS自动垂直钻井系统，在KTB计划的万米深井 应用中，井深6710m处 井斜仅 1°、位移 < 4 m 英国：AGS自动导向钻井系统，造斜能力 2.2°/ 30m 美国：ADD自动定向钻井系统，造斜能力 8.5°/ 30m 中国：已列入“九五”攻关项目，2003年可达到鉴定水平
182
自动化钻井技术目前主要指井眼轨迹自动控制技术，进一步的目标是实现钻头的地质导向，代表着国际钻井技术最新的发展方向，对超深井、超薄油层水平井、大位移井、分枝水平井等的轨迹控制具有独特效果。
闭环钻井技术就目来说，已经具备了一定的条件，但条件并不充分。
随着现代工业的迅速发展和自动化技术的不断提高,钻井技术必将与之同步发展,最终实现全自动、智能化的现代钻井工艺，使钻井工艺达到其最高阶段。
（四）、欠平衡钻井技术
1、 欠平衡钻井技术的发展及现状
世界上第一次采用欠平衡技术钻井是19世纪末期在美国宾洲利用绳索进行的，当时井眼里面只充满了从地层中流出的流体，由于井眼液体柱压力过低，最终导致井喷而报废。此后在近半个世纪中，欠平衡钻井技术只是用于一些特殊的钻井，如提高小井眼钻速、避免严重的井漏等。
上世纪50年代到60年代，在长期的钻井实践过程中，人们发现当井眼液体柱压力低于地层的压力时，在深地层或在硬岩石地层能明显提高机械钻速，为此人们开始采用空气进行钻井、在空气中加入泡沫冷却、润滑钻具和钻头，取得了良好的效果，初步形成了欠平衡钻井技术的基础。但是由于设备加工工艺水平的限制，这一技术一直没有得到广泛的应用。 70年代后期到80年代，由于水平井钻井技术的成熟和发展，人们将更多的精力放在常规水平井钻井技术上，欠平衡钻井技术只是作为提高机械钻速的一种方法在某些特殊井中使用。
上世纪90年代初，由于水平井钻井技术和旋转钻井技术的广泛推广和应用，导致可持续开发的整装油藏逐渐减少，一些枯竭油藏、剩余油藏、低压油藏等开采难度较高的又重新引起了人们的重视，同时人们开始考虑利用减少井眼高压液体柱及其颗粒对地层造成的损害来提高油气藏的采收率，欠平衡钻井技术就是在这样的环境下继水平井、旋转钻井技术之后再次兴起的新钻井技术。欠平衡钻井技术的应用解决了常规钻井难以或无法解决的许多复杂的勘探开发问题，在提高钻井施工安全、油井产量、降低钻井综合成本方面收效明显，最显著的一个例子就是加拿大在Rigel Halfway Pool井的施工过程中，采用欠平衡钻井技术，实现了地层表皮伤害为零。该井产层是在三叠系Halfway砂岩，平均渗透率为100 X 10-3um2 (国外规定渗透率小于100 X 10-3um2为低渗透率油田)，孔隙度为15%-20%，采用天然气作为欠平衡介质。钻井过程中，采用顶部驱动钻机，并可连续溢流.岩屑随油流到地面，岩屑上返速度高，减少了岩屑固相对产层的污染。正式投产时产量为临近直井的10倍。随后在附近有钻了一口井，取得了类似的产量，验证了欠平衡钻井技术在这种地层中的增产效果。
欠平衡钻井技术在施工过程中表现出的高速、高效特性和对环境的有效保护引起了各国政府及油公司对该技术的高度重视，加拿大政府基于该钻井技术对环境的有效保护，鼓励各作业公司采用该钻井技术，对于在钻井过程中回收的原油和天然气，政府免收资源税。美国政府也对该钻井技术的应用给予了一定的优惠政策。优惠的政策加上丰厚的回报，促进了欠平衡钻井技术的飞速发展，现在该钻井技术在北海、远东和拉丁美洲近海地区得到广泛应用，还将更进一步用于水更深的海上油田。同时，据1997年的资料统计，美国1997年采用欠平衡钻井技术完成的井4000余口，预计到2000年将达到6750口，2005年将达到12000口。加拿大1997年采用欠平衡钻井技术完成的井有1500口。目前，美国和加拿大的欠平衡钻井
183
数已经占其总数的1/3或更多，待钻的井有半数将采用欠平衡钻井技术及装备。
欠平衡钻井技术在我国起步并不算晚，早在1958年、1965年在四川油田的两次会战中，就已经采用清水、空气、天然气等进行欠平衡钻井，边喷边钻来钻开气层，并且取得了一定的成果。但是由于各种原因的限制，该技术没有得到更进一步的发展。近几年，我国部分油田从国外引进了欠平衡钻井设备，相继成了欠平衡钻井单位，如大港欠平衡钻井公司、四川欠平衡钻井公司和新疆欠平衡钻井公司，开始了欠平衡钻井的探索与研究，并且获得了可喜的成果，其中四川油田近几年累计进行了近40口欠平衡井的钻井实践，胜利油田进行了6口井的欠平衡钻井实践，大港、新疆、中原等地也进行20余口欠平衡钻井实践。其中影响最大的是1999年大港油田应用欠平衡钻井技术发现了千米桥亿顿级油气田、四川油田利用欠平衡钻井技术成功实现了对裂缝性天然气资源的成功开采等。欠平衡钻井技术被列为中石化“十条龙”项目之一，在胜利油田商741-平1井施工中，在钻至3522米（垂深3400.44米）进入火成岩地层后，采用充氮气诱喷的方法实现欠平衡钻井，不但解决了该区钻井中的严重漏失问题、也做到了对火成岩油气层的有效保护，获试油初产80吨/日的好成绩，现控制稳产70吨/日。
2、 欠平衡钻井技术的适用条件、优越性及局限性 欠平衡钻井技术适用于以下条件的钻井施工： ①、高渗透率（> 1000 md）的砂岩和碳酸盐岩； ②、大裂缝地层（开度> 100 m）； ③、低压或衰竭地层； ④、高压低渗油层； ⑤、含水敏矿物地层；
⑥、与基础滤液极不相容的地层； ⑦、脱水地层
欠平衡钻井具有以下优越性：
①、欠平衡钻井减少了油气层的污染，有利于发现油气层。
②、欠平衡钻井避免了井内复杂情况的发生。实施欠平衡钻井，可防止井漏、压差卡钻 等钻井事故。
③、欠平衡钻井大大改变了井底岩石应力状态，改善了钻头工作环境，能有效提高机械钻速。
④、可降低钻井成本。由于采用了欠平衡钻井技术，较少地使用泥浆添加剂，减少了泥浆材料的费用；另外，由于钻速的提高，所用钻头数量相应减少。最终由于缩短了钻井周期及减少了材料消耗而降低钻井成本。
⑤、在降低钻井施工风险、提高钻井速度的同时，使油气层充分暴露，达到保护油气层、增加油井产量的目的。
⑥、钻井过程中实行“边喷边钻”，在钻井过程中就可获得显著的经济效益；
⑦、通过对返出井口的井下流体进行实时分析，能及时获得所钻地层的地质信息，对地层进行较为准确的评价。
采用欠平衡钻井技术，也存在以下不足之处： ①、井眼稳定性和固结质量问题；
②、高压或酸性条件下的安全和井控问题；
③、提高的钻井成本（由于在溢流状态下完井的基本特性,需要复杂的完井方法）； ④、不可能将常规的随钻测量技术用于钻柱喷射技术； ⑤、自发的对流吸收效应；
⑥、即使在恒定的欠平衡流动条件下，在高渗透地层也有重力排水效应；
184
⑦、如果将空气或含氧低的空气用作不可压缩气体的介质来产生欠平衡条件,腐蚀问题有增大的倾向；
⑧、不能维持连续的欠平衡状态，由于接单根、更换钻头起下钻、常规随钻测量信号的传输、局部枯竭效应、摩擦流动效应、静液柱效应、多个压力不同的地层、同一地层的不同压力、对原始油气藏压力不了解或操作问题或供给问题所产生的间歇的过平衡压力波会导致严重的侵入性损害。
⑨、不适用于高压高渗地层，易膨胀、欠压实等不稳定地层以及压力参数不详的井。
3、欠平衡钻井技术关键技术及主要设备 和常规正压钻井技术相比，欠平衡钻井技术由于井下循环系统中流体的静液压力始终低于正钻地层的有效孔隙压力，因此所采用的施工工艺和设备都和常规正压钻井不同。欠平衡钻井技术的关键技术主要包括：产生欠平衡条件、确保欠平衡条件、井控技术、产出流体的地面处理、测量技术。
3.1 产生欠平衡条件
欠平衡钻井过程中，产生符合欠平衡条件的欠平衡钻井液体系是非常重要的。根据施工的需要，可以采取泡沫泥浆、在泥浆中冲氮气、混油等。
3.2 确保欠平衡条件
在欠平衡钻井施工中，当接单根、起下钻时，或在钻井过程中，由于地层压力波动，都会造成压力不平衡。施工过程中，必须仔细观察并适当调节钻井液性能，防止井下事故。
3.3 井控技术
除了采用常规的防喷器外，还要采用可旋转密封的旋转防喷器。 3.4 产出流体的地面处理
产出的流体在地面采用分离系统进行分离。 3.5 测量技术
185