Ⅰ 钻井领域技术有哪些
一、海洋钻井设备
1.石油钻机
石油钻机是一组十分复杂的大型成套设备，制造难度大、成套范围广，用于海洋钻井的石油钻机还要能够承受海水腐蚀、海浪冲刷等恶劣的自然条件。目前，美国是制造成套石油钻机最具实力的国家。
随着交流变频调速技术的迅猛发展，交流变频电驱动钻机（AC-GTO-AC石油钻机）凭借其自身的优越性，正在取代现有的可控硅直流电驱动钻机，成为海洋石油钻机发展的换代产品。交流变频电驱动钻机在工作性能方面，实现了无级变速，恒功率宽调速，简化了钻机机械结构，提高了钻机提升能力和处理事故的能力；在操作性方面，交流电动机体积小，单机容量大，容易实现钻机的自动化、智能化和对外界变化的自适应控制，易于操作管理；在安全性方面，交流变频技术本身对电动机具有安全保护功能，易于安装、拆卸，搬迁方便灵活，安全性高。目前，世界主要钻机制造商均发展了交流变频电驱动大功率石油钻机，将其配备在钻深能力为10668米（35000英尺）及以上的深水（工作水深大于2438米，即8000英尺）的半潜式钻井平台或钻井浮船上。
另外，新型液压石油钻机也在不断地推广和使用。新型液压钻机是由挪威海事液压公司于1996年开发的一种新型钻机。该钻机作为提升机械，取消了传统的绞车、井架和游车等常规设备，用升降液缸代替了绞车，同时也替代了浮式钻井的庞大的钻柱运动补偿器，从而大大降低了钻机的质量和制造成本（据报道可降低成本30％）。除此以外，该钻机还可以与计算机组合实现钻井和钻具升降操作的机械化和自动化，操作人员数量明显减少。
目前激光石油钻机还处于研发阶段。激光钻井技术具有降低成本、提高钻速、改善井控，减少钻机工作时间、钻头磨损和起下钻时间，精确控制钻眼，以及在井眼周围形成一层坚硬的玻璃化外皮，最大限度地减少或取消同心套管等其他钻机无法比拟的优点。据悉，美国芝加哥天然气研究所（GRI）与美科罗拉多矿业学院、麻省理工学院、雷克伍德公司、菲利普斯及美国空军和陆军合作，联合开展了有关激光钻机的研究，并计划在21世纪使用上激光钻井。
随着石油钻机的不断发展，作为石油钻机的关键设备的钻井绞车、转盘、顶驱和钻井泵也得到了快速的发展。
2.井绞车
为适应海洋石油钻探和开采向深水推进的需要，钻井绞车的提升能力和钻探能力也在不断提高。
3.转盘和顶驱
钻井装置旋转系统中的两个互补设备的转盘和顶驱，也在实践中逐渐完善，功能不断增强。
4.钻井泵
对于海洋钻井，特别是深海钻井来说，钻井泵是钻井液设备中的关键设备。21世纪初National-Oilwell公司成功开发出了新一代钻井泵——HEX钻井泵，它代表了未来钻井泵的发展趋势，该钻井泵配有两台交流变频驱动电动机，采用六个缸套，与传统钻井泵相比具有输出流量稳定、超高压、超高流量、尺寸小等优点。此外，高强度钢和耐磨陶瓷在钻井泵的泵体、液缸、活塞等零件上的使用，可显着降低泵的体积、质量，同时延长泵的使用寿命，成为未来钻井泵的又一发展方向。
5.PDC钻头的新技术
对于PDC钻头来说，现在需要具备的条件是能钻达更深、更硬，地下环境更异常的区域，这必然对现代钻井工艺又提出了更高的要求。这些钻头包括自磨式PDC钻头，具有超强的抗磨性，能很好地延缓钻头的磨损，同时轻型的钻头可钻达更深、更硬的地层。另外还有耐高温的PDC钻头。
6.井控设备
钻井井下控制装置需要满足海洋钻井的需要，如需要可以关闭正在钻探的井却不需要取出钻杆；需要满足不断增加的工作压力，降低质量，减小尺寸；还需要适应新的欠平衡钻井的井控设备。
二、钻井技术
1.油气井力学与过程控制方面
（1）向信息化、智能化方向发展。
井下智能钻井系统的最终发展目标，是“地下钻掘机器人”。这种地下钻掘机器人不同于一般的机器人，它必须能够在地下极其复杂的地质环境及非常恶劣的工况下进行有效的工作。它必须能够精确探测前方和周围的地质环境及本身的状态，进而做出正确的分析和决策，并且能够自动适应所处的工作环境，沿着“预定的路线”或要求冲向“地下目标”，胜利完成人类赋予它实地探察地下资源并加以开采的神圣任务。这种地下钻掘机器人，是自动化钻井的核心，将是多种高新技术和新产品的进一步研究和开发及其微型化集成的结果，代表着未来钻井与掘进技术的发展趋势，可望在21世纪前半叶实现并达到比较理想的成熟度。
（2）向多学科紧密结合、提高勘探发现率和提高油井产量与采收率方向发展。
以近年来发展迅速、技术先进的水平井为例，水平井设计程序和框图是1992年11月由美国石油工程协会和地质家协会、地球物理家协会和测井分析家协会共同开会约定的，该设计内容是由地质、钻井、采油油藏、成本核算四部分人员共同合作完成的。应用水平井技术勘探和开发整装油气田，是20世纪90年代水平井应用发展的主要趋势之一，它不仅可显着提高油田产量，更可以有效地提高油田采收率。
（3）向有效勘探和开采特殊油气藏方向发展。
特殊油气藏包括低渗油气藏、断块油气藏、稠油油藏、高含水油气藏、薄油层等。以低渗油气藏为例：我国已探明储量中，低渗油气藏占总探明储量25％，近3～4年新增探明储量中，约60％为低渗油气藏，其低孔、低渗的两低特性使其勘探发现难度极大，而且储层伤害问题贯穿于钻井、完井和测试全过程。因此，研究发展低压低渗探井钻井过程中储层伤害机理及评价方法、钻井液化学与储层保护技术、最大限度发现和保护储层的全过程欠平衡钻井优化设计和适应性等，是有效勘探和开采特殊油气藏的钻井工程核心问题。
2.复杂油气多相流与高压水射流方面
（1）复杂油气水多相流本质认识更深入，模型研究更科学、更接近实际。
近年来国内外在多相流基础理论方面的研究内容主要涉及多相流流型、流型图、压力降、截面含气率、截面含液率、特种管件内的多相流、液汽、喷汽及数值计算等，理论研究发展迅速。为了掌握油气两相流在水平井中的流动特性，包括沿井长的压力降、持液率及流体从储油层中流出的状况，研究人员进行了一系列试验和理论研究工作，并提出了计算模型。如研究倾斜管中油水两相流不稳定性，提出了一种瞬态两流体模型来模拟管内弹状流的流动工况；通过对孔隙率波、流动湍流度、平均含气率的测量和信号分析，得到流型转化机理的特点和规律。由于多相流体在环空中的不同井段流型不一样，因而其静液压力、摩阻压降、加速压力计算非常烦锁，对这些不同流型段、不同的井段，需要用不同的计算模型。美国莫尔公司开发了一套多相流水力学软件来进行这种复杂的多相流计算，使模型研究更科学、更接近实际。
（2）复杂井筒多相流理论研究的指导作用越来越大。
复杂井筒多相流理论研究将指导水平井段设计和产能预测，能够实时地监控欠平衡钻井井下的复杂流动情况，并能够编制出智能化的软件系统，帮助钻井人员监测和控制流动参数，科学进行生产系统优化设计。相信随着科学技术的不断发展和对多相流动本质了解的不断深入，在不远的未来，必然能够利用多相流动知识促进石油工程相关理论和技术的发展。
（3）高压超高压射流破岩钻井和增产应用越来越广泛。
随着高压水射流理论、技术和设备的发展与进步，新型射流种类将不断出现，高压超高压射流紊流动力学和流动规律的研究和认识将不断深入，应用范围和领域将不断扩大。在石油工程中，高压超高压射流技术将不仅应用于辅助破岩钻井，进一步提高钻井速度，而且将应用于油气井增产改造，如水力深穿透射孔、定向喷射辅助压裂、径向水平微小井眼开采等。同时，高压水射流技术在煤炭、化工、冶金、建筑、机械、军工等十多个工业领域的水力采煤采矿、切割钻孔破碎、清洗除垢除锈等场合也有越来越广泛的应用。
Ⅱ 什么是世界海洋石油安全环境
海洋占地球表面积的71％，孕育了地球上的原始生命，为人们提供了丰富的生产、生活资源和空间资源，是全球生命支持系统的重要组成部分。在全球经济迅速发展和人口激增的情况下，海洋对人类实现可持续发展起到了重要的作用。但就在人们疯狂地从大海中捞取利益的同时，海洋也受到了严重的污染，其中石油污染表现得尤为突出。
随着石油的发现和使用，石油污染相伴而生。从1859年德雷克在泰特斯维尔钻出了第一口油井以来，石油污染开始表现。人们对石油重要性认识的加强和连续的战后石油危机以及航海技术的发展，大量石油的开采、运输和使用等使海洋石油污染空前严重。据统计，每年通过各种渠道泄入海洋的石油和石油产品，约占全世界石油总产量的0.5％，倾注到海洋的石油量达200万～1000万吨，由于航运而排入海洋的石油污染物达160万～200万吨，其中1/3左右是油轮在海上发生事故导致石油泄漏造成的。我国海上各种溢油事故每年约发生500起，沿海地区海水含油量已超过国家规定的海水水质标准2～8倍，海洋石油污染十分严重。
海洋石油环境污染主要是海底石油开采污染和油轮污染。
一、油轮
船舶污染主要是船舶压舱水、洗舱水排放和油轮失事事件（触礁、碰撞、搁浅等）。油轮作业排出的压舱水和洗舱水，通常含油3％～5％，以前这些含油废水大多直接排入海中，入海的油量可达百万吨，几乎接近总污染量的一半。后来，大多数油船实行了“洛特”（Lot）规定，对废水中的油进行了回收，因而对海洋的污染减轻了。然而，多年来的调查仍表明，海上油运交通线水域的油污染一般要更严重一些。在第二次世界大战期间曾有数百艘油轮沉没，估计损失石油1000万吨，至今仍有石油从海底沉船的腐烂油箱中渗漏出来。在两伊战争期间几乎每天都有油轮遭到袭击，大量石油污染海湾。如图39-1所示，污染后的处理，工人们将砾石装桶，然后用高压喷枪来清除油污。
图39-4漏油事件所引起的海洋生态灾难
若以每日漏油量最高达400万加仑计算，再漏油3个月，就相当于漏出约3.78亿加仑，“这可能成为和平时期（全球）最严重的漏油灾难”。英国石油公司（BP）利用“灭顶法”堵塞墨西哥湾油井失败。
2010年6月23日，美国墨西哥湾原油泄漏事故再次恶化：原本用来控制漏油点的水下装置因发生故障而被拆下修理，滚滚原油在被部分压制了数周后，重新喷涌而出，继续污染墨西哥湾广大海域。
2010年7月15日，在墨西哥湾漏油事件发生近3个月后，英国石油公司15日宣布，新的控油装置已成功罩住水下漏油点，“再无原油流入墨西哥湾”。
石油持续从海下流出；天然石油很容易跟海水融在一起；产生的黏稠混合物很难燃烧，甚至很难清理；这个季节的这片海域是非常脆弱的新生命的诞生地；海岸线上有大量很难清理的沼泽。大风和海浪促使石油直接流向一些最敏感的海岸地区：路易斯安那州的沼泽地和周围各州。这里有三种类型的海滩：砂质海滩、岩石海滩和沼泽海滩。例如佛罗里达州的砂质海滩上的浮油最容易清除。
最难清除的是沼泽地上的浮油，这里是深水地平线泄漏的石油最先流向的地方。肯尼尔表示，沼泽非常脆弱，清理浮油的尝试会对它造成严重破坏。浮油一旦渗入，必须砍掉沼泽上的草才行。不过它还能渗透到土壤下面，在这种情况下很难清除石油。
吃石油的正常细菌必须有氧气才能产生作用，在沼泽地的土壤里，它们没有足够氧气进行这一过程。此时正值墨西哥湾一年一度的鱼类产卵和浮游生物繁盛期，也是这个脆弱的生态系统最易遭受破坏的阶段。飓风季6月即将到来，专家相信到时浮油面积会进一步扩大。尽管这听起来似乎与直觉不符，但是一场大风暴将有助于驱散和冲淡浮油。欧文顿说：“飓风是一台天然真空吸尘器。”它经常会把一切清理干净。但是对于持续不断的石油泄漏事故来说，飓风起不到彻底清理的作用。
欧美国家很早就开始重视海洋石油环境保护问题，美国忌惮于石油泄漏引起的灾难后果，下达了近海石油禁采令：
1969年加利福尼亚的滨海小城圣巴巴拉的海上钻井平台发生井喷事故，溢出的石油使整个南加利福尼亚的海岸都受到了污染，给当地居民留下了痛苦的记忆。
此后，近海采油受到越来越多民众和环保组织的抵制。于是，里根任期内的美国国会在1982年通过一项法律，禁止在大部分大陆架上从事石油和天然气开采，范围是距海岸线4.8～322千米。这项法案每年都被延期一次。
而由于1989年3月，“埃克森·瓦尔迪兹号”油轮在阿拉斯加的威廉王子海峡触礁所引起毁灭性生态灾难，1990年6月，时任总统的老布什签署法令，命令内政部将禁采区域进一步扩大，除得克萨斯、路易斯安那、亚拉巴马和阿拉斯加（部分地区）以外的近海区域，均不可出租给石油公司进行开采，法令有效期延长至2000年。1998年，时任总统的克林顿把法令有效期进一步延长至2012年。而奥巴马政府迫于国内石油资源的紧张形势，虽然提出解除近海石油开采禁令，但仍被美国联邦法官否决。可见人们对海洋石油环境保护的重视程度。
一个个触目惊心的事实令人们不得不反省自己，在充分利用海洋资源的同时，我们必须同时充分保护海洋环境。海洋石油污染作为一种环境公害，引起了全世界的密切关注，防治海洋石油污染已经刻不容缓。
Ⅲ 海上石油钻井是什么
海上石油钻井是在大陆架海区，为普查勘探海底石油和天然气而进行的钻探工程。钻探深度一般为几千米。目前，最深的海上石油钻井可达6000多米。
海洋石油钻井与陆地相比，主要有四点不同：一是如何在水面之上平稳地立起井架，并要经受得住风浪的袭击；二是在转盘至海底之间，如何建立一个特殊的井口装置，把海水与井筒隔绝开来；三是海洋钻井直井少斜井多，在海上钻井，必须有保证钻机等钻井设备正常工作的海洋钻井平台；四是海洋钻井费用高，要比陆上钻井高3～10倍。
海上钻井装置按其结构特点可分为固定式和移动式两类。前者包括桩基式平台和重力式平台两种（图6.5）；后者又分为座底式平台和浮动式平台。座底式平台包括自升式平台和沉浮式平台；浮动式平台包括浮式钻井船和半潜式钻井平台两种。在使用浮动式钻井平台钻井时，平台井口和海底井口是固定不动的。这种井口装置类似于陆上钻井导管的加长，用以隔绝海水，连接海底井口和平台井口，造成钻井液返回的通路。这种固定不动的井口导管，可以用打桩的办法打入海底一定深度，或者在海底钻出一定深度的井眼，然后下入导管，并与平台基础构架紧固在一起，从而达到能够正常钻井的要求。
在使用浮动式平台钻井时，井口装置就比较复杂。由于海水的运动，整个钻井装置就会发生升降、平移、摇摆活动。这样，平台井口与海底井口之间，即产生相对运动。因此，这种井口装置必须装有能够伸缩和弯曲的部件，也能随着水面和水下两个井口的相对运动而活动着，否则就不能适应正常钻井的需要。
图6.5海上钻井平台
这种井口装置，主要由三个系统组成。
（1）导引系统。包括井口盘、导引架以及导引绳张紧机构等。导引系统的作用是引导井口装置和其他部件对正，以便安装和拆卸；引导钻具和其他下井工具进入海底井口。
（2）防喷器系统。海上钻井的安全防火是非常重要的。为了安全钻井，一般要求装有三个防喷器：一个钻杆防喷器，一个全闭式防喷器，一个万能防喷器；或者用两个钻杆防喷器，一个全闭式防喷器。防喷器开关闸门安装在近海海底的水域中，不在平台上，所以必须遥控。在钻井过程中，因为每次固井要换井口，或因改变钻具尺寸需要换防喷器芯子等。为了拆装方便迅速，而且当水深超过潜水员的潜深能力时，仍能准确拆装，所以需要有遥控连接器或快速接卸器等部件。
（3）隔水管系统。隔水管系统装在防喷器的上部，由隔水管、伸缩隔管、变曲接头和隔水管张紧器等组成。其作用是隔绝海水，导引钻具入井，形成钻井液回路，并且承受浮动平台的升降、平移运动。其中伸缩隔管和弯曲接头就是分别解决升降、平移运动的装置。隔水管张紧器是防止隔水管在海浪、潮流的作用下产生弯曲，以免影响它的寿命和工作。因此，要有较大的张紧力来维持隔水管正常的工作状态。
以上三个系统的完整装置，就构成了海洋钻井特殊的水下井口装置。
Ⅳ 各个国家发明了哪些装置进行海浪发电
1964年，日本制成了世界上第一个供航标灯照明用电的海浪发电装置，发电量很小，仅够一盏灯使用，但它开创了海浪发电的先河。
挪威的科技人员克服重重困难，在1985年建成了两座海浪电站，地点在这个国家的南部大西洋沿岸的卑尔根市附近。
挪威的海浪发电技术已经出口国外。他们首先在印度尼西亚的巴厘岛承建了一项海浪发电工程，电站的装机容量为1000千瓦。接着又在汤加王国建造一座2000千瓦的海浪电站，1990年竣工。
不仅可以利用海浪上下垂直运动的力量来发电，也可以利用海浪的左右横向运动把海浪能转换成机械旋转或摆动运动的能量。
英国人索尔特研制了一种“点头鸭”式的海浪发电装置，它的外形像个大凸轮，凸轮尖的一头绕凸轮轴转动，另一头是个中空的圆筒，圆筒上有向内向外的叶片。“点头鸭”连成一串，浮在海面上，海浪一来，它们就绕着凸轮轴左右摇摆，而圆筒上的叶片也跟着来回转动，把水赶进涡轮机，转动涡轮发电机发电。
瑞典人与英国人异曲同工，开发出一种海浪叶轮发电装置。这种发电装置由一串叶轮组成，当海浪迎面涌向叶轮时，海水进入叶轮，转动叶轮上的叶片，最后通过变速机构带动发电机旋转发电。
新型的海浪发电装置还有一种叫环礁式海浪电站，是由美国人开发设计的。这种电站是模仿海上圆环形礁石的产物，从海面上只能看到一个直径10米的圆圈，可水下的人工环礁却是个庞然大物，底部直径76米，有一个足球场那么大。人工环礁的圆形壁是个导流罩，用来引导海浪向环礁中心流动。当海浪冲向环礁式电站时，海水将沿着环礁壁从四面八方按螺旋形路线涌向环礁中心，并在那里形成旋涡，转动水轮机发出电来。
Ⅳ 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。
Ⅵ 悬浮式海上钻井平台是怎样在大风肆虐及波涛汹涌的海浪中固定不动的怎么不会被海水推走是什么原理
这种平台有朝着各个方向的动力推进装置（螺旋桨），由电脑控制不同方向的推力，保持定位；
另外由于这种平台是用于深海作业的，和海底距离较远，可以用来纠偏的空间较大，即允许平台偏离的范围较大。