石油和天然氣鉆井較復(fù)雜，需要精確、一致地執(zhí)行井計(jì)劃，以確保安全和井筒質(zhì)量，同時(shí)最大限度地提高效率，減少對(duì)環(huán)境的影響。作為鉆臺(tái)的指揮官，司鉆按照操作程序執(zhí)行任務(wù)，通過多個(gè)屏幕和控制設(shè)備控制重型機(jī)械，同時(shí)確保工作人員的安全。司鉆還必須控制鉆井設(shè)備，生成代表井筒狀況的數(shù)據(jù)，如摩擦測(cè)試和測(cè)量，以及進(jìn)行擴(kuò)眼周期，進(jìn)行速度調(diào)整和執(zhí)行其他操作，以保持井的質(zhì)量和完整性。這種持續(xù)不斷的數(shù)據(jù)流和需要關(guān)注的任務(wù)可能會(huì)使司鉆不知所措，尤其是那些經(jīng)驗(yàn)不足的司鉆。自動(dòng)化提高了精度，減少了人為錯(cuò)誤，并允許實(shí)時(shí)調(diào)整，從而在越來(lái)越復(fù)雜和具有挑戰(zhàn)性的環(huán)境中實(shí)現(xiàn)更安全、更高效的鉆井，包括更長(zhǎng)的水平段、更高的壓力和溫度，以及更深的水深。
對(duì)于作業(yè)者、鉆井承包商和設(shè)備制造商來(lái)說，部署自動(dòng)化是一項(xiàng)重大變革，也是幾十年的技術(shù)進(jìn)步歷程。因此，擴(kuò)大和增加這些先進(jìn)技術(shù)的采用需要所有利益相關(guān)者之間的合作。NOV將全過程自動(dòng)化、數(shù)據(jù)集成和分析與陸地和海上鉆井作業(yè)的強(qiáng)大支持結(jié)構(gòu)相結(jié)合。除了開創(chuàng)性的自動(dòng)化管柱處理和鉆井技術(shù)外，該公司新的主動(dòng)支持服務(wù)正在優(yōu)化全球范圍內(nèi)的鉆井、管柱處理和自動(dòng)化性能。
控制和自動(dòng)化發(fā)展
在過去的40年里，鉆井行業(yè)機(jī)械化和自動(dòng)化的逐步發(fā)展標(biāo)志著技術(shù)的不斷進(jìn)步，極大地提高了安全性、降低了風(fēng)險(xiǎn)和作業(yè)效率。在20世紀(jì)80年代，機(jī)械化鉆臺(tái)設(shè)備的發(fā)展，如管柱處理和貨架系統(tǒng)，開始賦予鉆機(jī)對(duì)設(shè)備的更多控制。在紅色區(qū)域，地板工人站在重型機(jī)器旁邊，暴露在惡劣的環(huán)境中，同時(shí)也暴露在高要求和體力消耗的環(huán)境中，他們直接用物理杠桿控制機(jī)器。在接下來(lái)的十年中，重點(diǎn)從單個(gè)機(jī)器控制轉(zhuǎn)移到集成控制系統(tǒng)，使用軟件集成和優(yōu)化機(jī)器和過程控制。
NOV的Cyberbase™如圖1所示，和Amphion™控制系統(tǒng)用操縱桿控制、計(jì)算機(jī)屏幕和鍵盤取代了手動(dòng)開關(guān)和儀表。有了這些系統(tǒng)，一個(gè)人就可以從一個(gè)工作站控制所有的鉆井和管道處理設(shè)備，以及活動(dòng)的起重絞車。該系統(tǒng)通過在司鉆艙內(nèi)提供直觀、高效的鉆臺(tái)指揮中心，使鉆臺(tái)指揮員能夠?qū)Ｗ⒂阢@井、起下鉆和立架過程。觸摸屏和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)使司鉆能夠監(jiān)督和控制所有與鉆井相關(guān)的功能，簡(jiǎn)化操作，確?？煽啃院驼＿\(yùn)行時(shí)間，并減少人為錯(cuò)誤的可能性。圖1Cyberbase將直接機(jī)器控制、鉆機(jī)自動(dòng)化、鉆井?dāng)?shù)據(jù)、第三方信息等整合到一個(gè)內(nèi)聚系統(tǒng)中，部署在RISE™司鉆工作站。
優(yōu)化流程執(zhí)行
隨著鉆井作業(yè)變得越來(lái)越復(fù)雜，作業(yè)公司和鉆井承包商需要更先進(jìn)、更全面的控制系統(tǒng)，以提高安全性、優(yōu)化性能并降低作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。為此，NOV采取了更加積極主動(dòng)的方法，將重點(diǎn)轉(zhuǎn)向過程自動(dòng)化，通過鉆井效率工具和應(yīng)用程序增強(qiáng)鉆臺(tái)自動(dòng)化，以提高一致性。鉆桿操作是鉆井平臺(tái)上最耗時(shí)、最危險(xiǎn)的作業(yè)之一，需要全體工作人員的持續(xù)關(guān)注。鉆工必須安全高效地在各種重型設(shè)備之間通過各自的聯(lián)鎖裝置傳遞管柱，從鉆機(jī)上的多個(gè)位置跟蹤管柱的位置，以及進(jìn)出井的順序。同時(shí)，他們還必須瀏覽多個(gè)屏幕、警報(bào)和信息，并感知工作人員的安全和來(lái)自井筒的數(shù)據(jù)具有態(tài)勢(shì)。NOV開發(fā)了多機(jī)器控制（MMC）系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)鉆桿和套管起下鉆和立架過程的自動(dòng)化。通過允許MMC在起下鉆、鉆井連接、支架構(gòu)建、套管構(gòu)建和隔水管下入等過程中執(zhí)行手動(dòng)重復(fù)的滑對(duì)滑（S2S）順序，作業(yè)者可以完全專注于該過程和其他關(guān)鍵任務(wù)。這種增強(qiáng)的專注力提高了作業(yè)的安全性和效率，同時(shí)作業(yè)者可以控制整體速度和執(zhí)行。使用MMC，一個(gè)操作員用一個(gè)操縱桿控制所有的機(jī)器。
不久之后，NOV操作系統(tǒng)（NOVOS™）的推出，這是業(yè)內(nèi)首個(gè)反射式鉆井系統(tǒng)，如圖2所示，標(biāo)志著鉆井自動(dòng)化之旅的一個(gè)重要技術(shù)基石。反射鉆孔系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目的是在提示時(shí)執(zhí)行一系列動(dòng)作，就像人類的反射對(duì)特定刺激的反應(yīng)一樣。該操作系統(tǒng)作為機(jī)器和過程控制之間的紐帶，減輕了司鉆的負(fù)擔(dān)，從而實(shí)現(xiàn)了更安全、更高效的建井。NOVOS位于鉆井平臺(tái)的基礎(chǔ)控制系統(tǒng)之上，使用導(dǎo)入的井平面圖，詳細(xì)說明所需的鉆井參數(shù)范圍，執(zhí)行計(jì)劃的作業(yè)，直到達(dá)到總深度。無(wú)論鉆井人員的經(jīng)驗(yàn)水平如何，這種水平的控制和一致性都可以提高整個(gè)鉆井生命周期的鉆井性能。通過管理硬件(鉆機(jī)設(shè)備和傳感器)和軟件(控制系統(tǒng)和應(yīng)用程序)，NOVOS為鉆井作業(yè)的控制、監(jiān)控、調(diào)度和優(yōu)化提供了一個(gè)通用平臺(tái)。它允許鉆井工自動(dòng)化重復(fù)鉆井活動(dòng)，包括起下鉆、摩擦測(cè)試、下行鏈接、測(cè)量和進(jìn)行全自動(dòng)海上連接。結(jié)果是更大的一致性，每個(gè)司鉆——無(wú)論個(gè)人經(jīng)驗(yàn)水平如何——都能夠一次又一次地實(shí)現(xiàn)相同的改進(jìn)性能。更高的一致性還可以減少非生產(chǎn)時(shí)間(NPT)以及鉆頭、鉆桿和其他設(shè)備的磨損。
目前，NOVOS在全球140多個(gè)陸地和海上鉆井平臺(tái)上運(yùn)行，它對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，并定義活動(dòng)，使工程師能夠總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，并在整個(gè)鉆井車隊(duì)和地區(qū)應(yīng)用/擴(kuò)展最佳實(shí)踐。此外，這個(gè)開放、安全、通用的平臺(tái)集成了巖心、增強(qiáng)型和第三方應(yīng)用程序，用于鉆井優(yōu)化、功能障礙緩解、壓力管理和定向鉆井。這種適應(yīng)性和互操作性使鉆井承包商和運(yùn)營(yíng)商能夠根據(jù)特定需求定制作業(yè)，從而提高井眼質(zhì)量，減少停機(jī)時(shí)間，降低作業(yè)成本。一個(gè)值得注意的應(yīng)用是M/DTotco™KAIZEN™智能鉆井優(yōu)化器，它使用持續(xù)學(xué)習(xí)能力和人工智能來(lái)主動(dòng)減輕鉆井功能障礙，最大限度地提高機(jī)械鉆速(ROP),并優(yōu)化機(jī)械比能。它根據(jù)當(dāng)前井筒條件和補(bǔ)償井?dāng)?shù)據(jù)，不斷評(píng)估鉆井性能，識(shí)別環(huán)境變化，以調(diào)整鉆壓和每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)設(shè)定值。最近，NOV推出了AURA，這是一種自動(dòng)化和數(shù)字化鉆井視圖的解決方案。通過將多個(gè)屏幕整合為一個(gè)可定制的屏幕，系統(tǒng)可以根據(jù)需要顯示來(lái)自多個(gè)來(lái)源的數(shù)據(jù)和視覺效果，例如數(shù)字井計(jì)劃、井下模擬、紅區(qū)監(jiān)控、CCTV和關(guān)鍵績(jī)效指標(biāo)（KPI）。它還可以在司鉆的椅子上，以及在鉆機(jī)周圍和陸上的工作站上實(shí)現(xiàn)信息的可視化。
主動(dòng)支持和數(shù)據(jù)分析
部署自動(dòng)化技術(shù)帶來(lái)了明顯的好處，但也給鉆井承包商和運(yùn)營(yíng)商帶來(lái)了一些挑戰(zhàn)。關(guān)鍵的障礙包括將新技術(shù)集成到現(xiàn)有的鉆機(jī)基礎(chǔ)設(shè)施和控制系統(tǒng)中，需要仔細(xì)改造和評(píng)估，以確保與當(dāng)前的工作流程和設(shè)備兼容，并最大限度地減少操作中斷。此外，由于與傳統(tǒng)方法相比，這些技術(shù)需要不同的技能和知識(shí)，因此需要對(duì)鉆井人員進(jìn)行全面的培訓(xùn)和技能提升。確保鉆井人員能夠有效地操作、監(jiān)控和維護(hù)這些自動(dòng)化系統(tǒng)，對(duì)于充分發(fā)揮其潛力至關(guān)重要。鉆機(jī)工作人員、技術(shù)提供商和運(yùn)營(yíng)商之間的協(xié)作和問責(zé)制對(duì)于持續(xù)提高性能至關(guān)重要。
2022年底，NOV為鉆井自動(dòng)化提供了主動(dòng)支持服務(wù)。作為其自動(dòng)化生命周期管理計(jì)劃的一部分，性能中心，如圖3所示，專門從事鉆井和管柱處理作業(yè)，通過數(shù)據(jù)分析提供遠(yuǎn)程支持和性能建議。這些專業(yè)知識(shí)可以幫助鉆井承包商和運(yùn)營(yíng)商獲得更好的見解，提高效率，實(shí)現(xiàn)并保持更高水平的作業(yè)績(jī)效。圖3PerformanceCenter是一項(xiàng)主動(dòng)支持服務(wù)，通過數(shù)據(jù)分析，專注于鉆井和管柱處理作業(yè)的優(yōu)化。通過從微觀KPI層面監(jiān)控鉆井過程、設(shè)備和數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)分析小組可以根據(jù)作業(yè)中的微小變化實(shí)時(shí)做出預(yù)測(cè)和建議。在休斯頓、挪威和英國(guó)，PerformanceCenter的團(tuán)隊(duì)也在提高NOV、鉆井人員和運(yùn)營(yíng)商之間的透明度、協(xié)作和問責(zé)制方面發(fā)揮了重要作用。實(shí)施統(tǒng)一的單一團(tuán)隊(duì)方法可以清晰地了解交付成果和目標(biāo)，有助于改善、實(shí)現(xiàn)和維持鉆井、管柱處理和自動(dòng)化性能。目前已有20多臺(tái)陸地和海上鉆井平臺(tái)在性能中心注冊(cè)，并使用NOV的自動(dòng)化技術(shù)。對(duì)于許多鉆機(jī)來(lái)說，這種組合已經(jīng)并將繼續(xù)產(chǎn)生重大的操作改進(jìn)，包括設(shè)定重量對(duì)重量（W2W）和S2S連接時(shí)間記錄。
阿拉斯加北坡的一個(gè)陸地鉆井平臺(tái)于2023年年中加入了PerformanceCenter。加入NOVOS后，鉆井人員更加穩(wěn)定地使用了NOVOS，而從2023年到2024年，平均W2W時(shí)間有所下降。到2024年5月，該鉆井平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了10.79分鐘的最快W2W時(shí)間，同比增長(zhǎng)約26%。此外，在2023年4月訂購(gòu)了PerformanceCenter后，圭亞那海上一艘使用NOVOS的鉆井船在2023年期間也經(jīng)歷了平均W2W時(shí)間的下降。在加入該平臺(tái)僅5個(gè)月后，該平臺(tái)就創(chuàng)下了7.86分鐘的W2W最快紀(jì)錄。在北海，一艘半潛式平臺(tái)自2022年以來(lái)一直在性能中心注冊(cè)，其W2W平均記錄為3.14分鐘。
與此同時(shí)，自2023年12月加入性能中心以來(lái)，一艘使用MMC的鉆井船繼續(xù)提高S2S的平均起下鉆速度。S2S的平均進(jìn)站速度提高了近30%，而S2S的平均出站速度提高了22%以上。此外，112個(gè)支架的顯著入井速度達(dá)到了2010英尺/小時(shí)，平均S2S時(shí)間約為117.3秒（1.95分鐘）。53根立柱的起下鉆速度為2900英尺/小時(shí)，平均S2S時(shí)間約為99.13秒(1.65分鐘)。最后，NOVOS、Kaizen鉆井優(yōu)化應(yīng)用程序和PerformanceCenter的結(jié)合，使中東的一臺(tái)陸地鉆機(jī)能夠提供高效、全面優(yōu)化的連接和最佳鉆井性能。
鉆井自動(dòng)化平臺(tái)使每個(gè)支架的連接步驟平均減少68%。使用NOVOS和Kaizen，鉆井承包商和運(yùn)營(yíng)商在每個(gè)井段都創(chuàng)造了新的記錄，與鄰井和計(jì)劃相比，總ROP提高了52%，節(jié)省了34%的時(shí)間。寫在最后鉆井控制系統(tǒng)和鉆機(jī)自動(dòng)化增強(qiáng)了司鉆對(duì)堅(jiān)固的鉆臺(tái)設(shè)備的控制，提高了安全性，同時(shí)賦予了更明智的決策。通過協(xié)調(diào)鉆臺(tái)機(jī)械和設(shè)備，自動(dòng)化和軟件控制系統(tǒng)使司鉆能夠?qū)Ｗ⒂诟P(guān)鍵的任務(wù)和過程，并確保鉆井隊(duì)的安全，最終減少NPT，無(wú)形的時(shí)間損失和運(yùn)營(yíng)成本。NOV的主動(dòng)鉆井自動(dòng)化方法集成了控制系統(tǒng)、技術(shù)和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的洞察力，不僅可以提高性能的一致性和可預(yù)測(cè)的鉆井結(jié)果，還可以滿足當(dāng)前和未來(lái)的需求。隨著鉆井自動(dòng)化進(jìn)程的推進(jìn)以及整個(gè)行業(yè)的部署和持續(xù)利用率的提高，NOV將繼續(xù)走在前列，利用其全面的技術(shù)、專業(yè)知識(shí)和全球支持網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)更安全、更高效和可持續(xù)的鉆井作業(yè)。
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