石油圈
隨著易采油氣資源的逐漸減少和全球經濟對油氣資源需求的逐步增加，鉆井活動正不斷向復雜地質區域 、深水、極端高溫高壓等高風險和極具挑戰性的鉆井環境轉移。
來自 | BHGE等
編譯 | 二丫 影子
隨著鉆遇地層壓力和溫度的不斷提高，部分石油公司將高溫高壓井的類別分的更細，進一步細分為：高溫高壓、超高溫高壓、極高溫高壓、超高壓/高溫、極高壓/高溫等。隨著高溫高壓井作業數量的增多，相應的工具和配套工藝不斷完善，技術優化的挑戰也越來越大。高溫高壓井的相關技術研發逐漸成為油田技術服務公司作為其技術實力的一個象征。
高溫高壓鉆井技術
高溫高壓井的精神普遍在5000米以上，精神結構復雜，套管層次多，井眼尺寸大，表層導管的直徑通常都可以達到或超過812.8mm，下深也較深，對鉆機能力及其配套設備的工作能力要求極高。如果井中含有硫化氫，則還要安裝硫化氫防護及監測裝置。而海上自升式鉆井平臺在進行HTHP作業之前，都要根據具體要求進行升級改造?？偠灾?，高溫高壓井對于鉆井裝備、配套設備及其他鉆井技術的要求都很高。
PowerDrive ICE抗高溫旋轉導向工具可以持續在200℃（392℉）的高溫環境中工作，能夠在高溫甚至是超高溫儲層中準確定向。PEMEX（墨西哥國家石油公司）曾在墨西哥灣近海高溫地層打一口三維開發井，過程中使用了PowerDrive ICE抗高溫旋轉導向工具。配備了此旋轉導向后，鉆進機械鉆速達到3.84m/h，刷新了墨西哥灣此區塊的機械鉆速記錄。在此前，在本區塊的8-1/2in井眼使用常規馬達鉆具，機械鉆速僅有3.3m/h。
2014年5月，雪佛龍公司與威德福公司共同研制出一種極限熱波（HEX）工具。2015年2月，首次將HEX工具投入到Pattani盆地南部區塊油田現場作業中。在對22口井的作業過程中，威德福整體鉆井進尺45806m，其中溫度超過175℃的鉆井進尺達5744m，并且沒有任何起下鉆作業用于井底工具的冷卻。采用HEX技術后，創造了儀器零失效、零盲鉆、零安全事故以及零非生產時間的記錄。
哈里伯頓開發了兩種新型的聚合物增黏劑，構建出抗溫205℃的鹽水鉆井液。第一種聚合物適用于一價鹽水體系（NaCl、NaBr、CsHCO2），第二種聚合物適用于二價鹽水體系（CaCl2、CaBr2、ZnBr2）。使用這兩種聚合物可構建密度范圍為1.26～2.16g/cm3的鹽水鉆井液。另外，斯倫貝謝子公司M-I SWACO研發的新型鉆井液體系RHELIANT PLUS具有極強的熱穩定性和恒流變特性。同時，在深水鉆井作業中，無論地層中的溫度如何變化，該體系都能夠防止重晶石沉降、降低鉆井液當量循環密度。
高溫高壓完井技術
高溫高壓導致完井密封件易老化、降低火工器材及電子元器件壽命、穩定性及傳輸性能；受完井方式、井筒及生產條件共同影響，易形成水合物，引起堵塞；完井液易出現密度下降、結晶、腐蝕加劇、添加劑失效等情況。此外，油套管泄漏、封隔器和油嘴刺漏甚至管柱斷裂等問題比較突出。高溫高壓井完井難度大還體現在作業過程控制風險高，尤其是水平井裸眼完井。下部完井過程中的井控問題、中部完井時與井下的隔離問題、上部完井時的負壓差帶來的安全隱患等，每一步作業都對安全和技術完備性形成挑戰。此前對高溫高壓項目的調查顯示在封隔器、橋塞、尾管掛、井下安全閥、油管-封隔器密封和其他相關產品方面存在著技術空缺。
Packers Plus能源服務公司近期在中東侏羅紀油藏的一口高溫/高壓（HPHT）井中成功應用了StackFRAC Titanium XV系統。該系統利用連續泵送操作實現對沿整個井筒的不同隔離區進行高效的增產作業，大大簡化了多級壓裂操作步驟，減少了完井時間和成本。StackFRAC Titanium XV系統可應用于套管井、裸眼井、直井、水平井、致密油氣層、多級增產以及地層作業壓力高的環境中，可實現機械師單級隔離，實現全井的定制化增產作業。
2008年，丹麥的一家油氣公司與ESK Ceramics公司（現在為3M高端材料分公司）開展了一個合作項目，使用3M現有的陶瓷技術，聯合研發出了新型的防砂篩管材料。經過兩年時間，該項目完成了測量參數的確定以及方案的測試，研發成功了世界上第一款使用碳化硅材料的陶瓷防砂篩管。截至目前為止，新型陶瓷防砂篩管已在世界范圍內的30多口井進行了應用，應用對象包括使用常規防砂篩管失效后的生產井、高產高沖蝕氣井（射孔孔眼流速大于100 ft/sec）以及由于高費用限制而無法采用礫石充填技術的生產井。
威德福的IntegralLine尾管系統可應用于大位移井、大斜度井、水平井、高溫高壓井、超深水井以及含二氧化碳和硫化氫的井。在加拿大阿爾伯塔的一口氣井-凝析井中通過應用IntegraLine尾管系統實現了尾管壓裂作業，壓裂施工壓力達到了57.111MPa，而整個尾管系統在壓裂施工中做到了壓力零損失。
BASTILLE是業內第一個專門針對高壓（17,500psi）、高溫（204℃）條件設計的可移除式封隔器產品。在井內流體流動時，該封隔器可以提供油套管之間的可靠密封，同樣當井下作業需要解封時，還可以提供可靠的解封作業。在測試時，盡管長時間暴露于溫度達到204℃、壓力等級達到17,500psi的環境中，它解封時仍可以與套管分離。在高壓/高溫環境中，BASTILLE可取式生產封隔器仍能夠保持可取性能。
Hammerhead超深水完井生產系統是業內首個整合了井口至油藏的生產系統。實現了超深水高溫高壓油藏的長期高效開采，擁有的大尺寸生產通道和大排量多層壓裂充填系統，極大的改善了油藏連通性和導流能力。此外，遠程監測和控制系統實現了油藏高效管理，同時增加了作業安全性和可靠性。
UltraConnect超高溫高壓射孔方案，能夠帶來最佳完井效果，最大化生產收益，幾乎可以滿足所有HPHT井的作業要求。在堅硬巖層、高品級套管等難度較大射孔作業中，將UltraConnect與DeepConnect射孔彈連用即可獲得最大射孔效率。DeepConnect能在高級別套管中進行精確射孔，作業效率極高。
除上述鉆完井技術案例之外，近年來，納米技術逐漸得到業內人士認可。與具有相同化學和材料成分的常規材料相比，納米材料和納米復合材料不僅密度低，而且還展現出更高的強度、硬度、韌性、耐腐蝕性、延展性、彈性、熱穩定性和導熱性。因此，單獨使用專門定制的納米材料或納米復合材料，或與其他宏觀、微米或納米材料相結合可為具有更高力學、熱、化學和摩擦特性的輕型鉆采工具與設備的設計與研發提供選擇，以適應極具挑戰性的極端鉆采環境。
總結
從直井向斜井、水平井和大位移井鉆井，從單分支井向多分支井鉆井，從鉆桿向連續管或套管鉆井，從旋轉向鉆井馬達鉆井等的轉換日益增多。由于常規工具與設備的材料特性限制，高溫高壓鉆井、深水鉆井、水平井和大位移井鉆井、連續管或套管鉆井等都會對常規工具與設備造成不利影響。因此，極端環境鉆井作業需要綜合穩定性強、具有自動防故障裝置的地面和井下工具與設備，以克服常規工具與設備的技術局限性。
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