最具影响力的五大钻井创新技术
摘要
本文概述了石油钻探技术一个多世纪以来的发展历程，强调了技术进步对提高石油产量和开采效率的重要性。从旋转钻机的引入，到海上钻井、水力压裂、三维地震成像和随钻测量系统等关键技术的发展，再到智能钻井技术的兴起，石油钻探技术不断革新。这些技术不仅提高了石油产量和开采效率，还使开采过程更加安全、环保。智能钻井技术的发展预示着未来石油开采将更加自动化和智能化。
正文
石油钻探已经存在了一个多世纪。但由于技术的不断发展，一个多世纪以来石油钻探技术取得了突飞猛进的发展。石油产量的增长对于改变文明的面貌也是必不可少的。
1859年，埃德温·德雷克（Edwin Drake）在美国宾夕法尼亚州泰特斯维尔（Titusville）开凿了被认为是第一口的石油井。在那个时期，石油主要用于制造煤油供照明之用。但汽车工业的发展很快激发了一个新的石油市场，并刺 激了石油产量的增加——从1900年全球产量1.5亿桶增长到1925年的10多亿桶。19世纪80年代首次使用的旋转钻机是改进石油钻探的最早创新之一。它使用一个旋转的钻头来挖掘地层（与德雷克使用的电缆工具钻探法不同，其将钻头提起并置入井内）。但旋转钻机只是 20 世纪发展起来的一系列巨大进步的开始。本文将分享讨论一些最显著的进步，这些进步有助于提高石油生产效率，同时使寻找石油更加容易。5：海上钻井和遥控潜水器(ROV)
石油钻探人员很快注意到，海岸附近的油井往往产出最多的石油。很明显，寻找方法从海底开采石油是有利可图的。早在19世纪80年代，钻井工人就在码头上架设钻机。但直到1947年，一家石油公司才在远离陆地的地方建造了第一口真正的油井。
从那时起，在美国关于谁有权租赁近海区域用于钻井目的，发生了长期的政治争议，之后海上石油钻井业蓬勃发展。其中一项促进海上钻探发展的技术是遥控潜水器，即ROV，军方已经在使用遥控潜水器来找回水下丢失的设备。由于在深水中潜水是危险的，石油工业在20世纪70年代采用ROVS进行钻探。ROV是一种机器人设备，可以从水面上的钻井平台进行控制，使操作员能够看到水下情况。有些类型的ROV允许操作人员使ROV的机械臂执行不同的功能，例如水下连接和深水安装，深度可达10,000英尺(3048米)。
4：水力压裂
水力压裂技术发展于20世纪40年代，在石油钻井中发挥着越来越重要的作用。它在“致密”储层中派上了用场——它在“致密”油藏中派上了用场——在这种油藏中，含有石油的岩石没有大孔隙。这意味着岩石中的石油流动性较弱，直接向岩石中简单的钻一口井不能将大部分石油采出。
为了帮助提升油井产能，驱出被困的石油，钻井人员采用了水力压裂。在这个过程中，他们将水与化学药品混合后以足够的压力注入井中，在岩层中形成裂缝，这些裂缝可以延伸数百英尺长。为了防止这些裂缝再次闭合，钻井人员向地下注入一种支撑剂，它是液体、沙子和颗粒组成的混合物。这些裂缝使石油能够更自由地从岩石中流动。根据美国石油学会的数据，仅在美国，水力压裂就帮助从地下采出了70亿桶石油。
3：地震成像
最初，寻找挖掘石油的好位置仅仅取决于找到它从地下冒泡到地表的地方。但由于油藏可能埋在地下深处，从地表上往往并不明显。由于架设钻机进行深井钻探的成本很高，公司不愿在无效的地点浪费时间和金钱。最终，地质学家被请来，通过研究地表岩层、磁场甚至微小的重力变化来找出石油可能存在的地方。
三维地震成像是石油勘探领域最重要的创新之一。这取决于声音在不同材料中反射和传播方式存在轻微差异的理念。在这个过程中，像震源车这样的装备将声波发送到地下深处。被称为地震检波器的特殊设备位于地表，接收反射回来的声波并将信息发送到记录车。
工程师和地球物理学家研究记录的声波（以波形线的形式），来解释该位置下的岩层类型。通过这种方式，他们可以构建地下的三维图像（四维成像会考虑时间的推移）。尽管这项先进技术有助于减少钻孔数量，提高油井产量，但它并不是万无一失的：如果工程师们能有50%的几率准确预测油藏的位置，那他们就是幸运的。2：随钻测量系统
正如我们刚才所看到的，即使有今天先进的地震成像技术，钻井操作人员也很难准确地知道在钻井时会遇到什么。直到20世纪80年代，要想详细了解在钻进过程中的钻头情况也是困难的。随钻测量技术克服了这一挑战。
MWD使操作员能够实时接收有关钻井状态的信息，以及将井转向其他方向的能力。它提供了诸如伽玛射线、温度和压力，以及岩石层的密度和磁共振等信息。这具有多种功能。它帮助操作员更高效地钻井，同时预防井喷和工具故障。它还帮助操作员确保他们没有在未经授权的区域钻井。也许最令人惊奇的是这些信息是如何被传输到地表的。由于穿过油井从地表到钻头拉一根电线或电缆是不现实的，MWD转而依赖于泥浆脉冲遥测。将泥浆送入井中以将碎屑带回地表（通过井的外管）提供了便利的声学通道，可以用二进制代码向上发送泥浆脉冲，并在地面上解码。1：水平钻井
前面提到的MWD的优点之一是它可以帮助操作员将钻头转向不同的方向。将钻头转向非垂直向下方向的能力是石油钻井史上最重要的进步之一。由于许多油藏呈水平分布，垂直井可能无法高效地从中开采足够多的石油。水平井开始是垂直向下钻，但在遇到储层（在入口点）并水平延伸穿过储层之前，会改变方向（在所谓的造斜点）。但水平钻井的优势不仅仅在于提高井的产能，它还允许在环境敏感和土地受保护情况下安全地钻井。尽管第一口水平井是在1929年钻探的，它们的成本很高，水力压裂的发展很快提高了垂直井的产能。然而，到20世纪80年代，MWD和可控马达组件等进步使水平钻井成为一种更可行的选择。
石油钻井技术发展的总趋势是以信息化,智能化,自动化为特点，最终实现自动化智能化钻井。基于以上各项钻井技术的发展以及跨行业的结合及创新，智能钻井全面地集成当代高科技和当代钻井、测井、录井等成果，成为今后的主流钻井技术。智能钻井是将大数据、人工智能、物联网、云计算、虚拟与现实、信息工程、控制工程等理论与技术应用于钻井过程，使其具有感知、学习、传输、操作和反馈等功能。借助智能钻机、智能钻头、智能钻杆、井下智能导向钻井系统等设备，通过井下与地面之间双向高速闭环信息传输通道，在远程实时智能控制中心，利用智能钻井控制系统对钻井过程进行实时精准控制，实现智能完全闭环钻井。
