鉆井裝備數(shù)字化新進(jìn)展
時(shí)間：2018-10-12 10:52
來(lái)源：
作者:胡大梁
21 世紀(jì)是一個(gè)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、信息化的時(shí)代。在信息化產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展的今天，石油行業(yè)逐漸意識(shí)到，數(shù)字化和自動(dòng)化已經(jīng)改變了商業(yè)和制造業(yè)等，自己卻被拋在了后面。有人認(rèn)為，繼十年前改變美國(guó)油氣產(chǎn)業(yè)的“頁(yè)巖革命”之后，數(shù)字化技術(shù)的使用將會(huì)成為下一個(gè)重大事件，在石油公司和技術(shù)服務(wù)公司的關(guān)注投入下，數(shù)字石油鉆井平臺(tái)、未來(lái)油田、自動(dòng)化鉆井等理念開始蓬勃發(fā)展。
數(shù)字化鉆井解決方案
鉆井工程是一項(xiàng)復(fù)雜的工程，從開鉆到完鉆，需要多專業(yè)的技術(shù)人員互相配合， 完成多項(xiàng)復(fù)雜工作，各個(gè)企業(yè)一直在探索如何高效、快速的完成鉆井作業(yè)。斯倫貝謝推出了 DrillPlan數(shù)字化油氣井解決方案，目的是把技術(shù)人員從重復(fù)性的體力勞動(dòng)中解放出來(lái)，從而把更多精力放在技術(shù)方案優(yōu)化和科學(xué)化鉆井上。DrillPlan 數(shù)字化油氣井解決方案包括了配備自動(dòng)化設(shè)備的高度機(jī)械化鉆機(jī)，采用軟件替代司鉆控制鉆機(jī)操作，改變了傳統(tǒng)的井隊(duì)作業(yè)模式，作業(yè)者和技術(shù)服務(wù)公司在同一技術(shù)平臺(tái)實(shí)時(shí)獲取所有需要的數(shù)據(jù)， 整個(gè)系統(tǒng)采用循環(huán)運(yùn)作模式，并且具有自我學(xué)習(xí)能力，在運(yùn)行中不斷更新已有數(shù)據(jù)， 持續(xù)優(yōu)化方案，一旦發(fā)生偏差，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)糾正，最終目標(biāo)是始終保持鉆機(jī)的高效率運(yùn)行。系統(tǒng)可以把所有的井場(chǎng)和辦公室連接起來(lái)，使地質(zhì)家和鉆井工程師能夠?qū)崟r(shí)了解施工進(jìn)度，及時(shí)作出科學(xué)決策。目前該系統(tǒng)已在北美應(yīng)用，將方案制定時(shí)間由幾周縮短至幾天，大大提高了工作效率。
自動(dòng)化鉆井系統(tǒng)
國(guó)民油井華高（NOV）公司研制的 NOVOS 自動(dòng)化系統(tǒng)，能夠按照預(yù)先輸入設(shè)定的鉆井參數(shù)執(zhí)行，自動(dòng)控制鉆井設(shè)備完成鉆井作業(yè)，直到鉆達(dá)設(shè)計(jì)井深，可以把鉆井工人從繁重的重復(fù)性工作中解放出來(lái)。鉆井技術(shù)員可以全程監(jiān)控并隨時(shí)中止自動(dòng)控制，改為人工操作模式。NOVOS 系統(tǒng)安裝簡(jiǎn)單快捷，只需要幾小時(shí)就可以安裝應(yīng)用于現(xiàn)有的鉆機(jī)上，也可以與現(xiàn)有的 NOV控制系統(tǒng)完全兼容，執(zhí)行控制、監(jiān)控、優(yōu)化等操作，保持作業(yè)連續(xù)性，提高工作效率，降低非生產(chǎn)時(shí)效。目前該系統(tǒng)的陸地版已在美國(guó)德克薩斯州西部地區(qū)應(yīng)用了幾十井次。NOV 公司計(jì)劃 2018 年一季度測(cè)試該系統(tǒng)的海上版。
控壓鉆井非旋轉(zhuǎn)主動(dòng)控制裝置
隨著油氣勘探開發(fā)向深層、復(fù)雜地區(qū)、新區(qū)和深海發(fā)展，由窄密度窗口導(dǎo)致的鉆井安全問(wèn)題也越來(lái)越突出，成為影響鉆井速度提高、制約勘探開發(fā)進(jìn)程的技術(shù)瓶頸。控壓鉆井技術(shù)是當(dāng)今世界鉆井工程前沿技術(shù)之一，通過(guò)對(duì)鉆井壓力的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與精確控制，減少井涌、井漏 等 鉆 井 復(fù) 雜 情 況， 保 障 鉆 井 安全，是當(dāng)前解決窄密度窗口鉆井難題的有效手段?？貕恒@井系統(tǒng)與傳統(tǒng)鉆機(jī)設(shè)備的連接密封關(guān)系到鉆井井控安全。
AFGlobal 公司推出的NControl 系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)鉆機(jī)和第三方控壓鉆井設(shè)備的安全連接，大大提高了鉆井作業(yè)安全。NControl 主動(dòng)控制設(shè)備，替代了傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)控制頭，它采用不旋轉(zhuǎn)的液壓密封環(huán)空，同時(shí)為井筒內(nèi)提供回壓。新裝置通過(guò)調(diào)整施加于密封件的液壓壓力，補(bǔ)償磨損，并容納工具接頭磨損造成的泄漏，當(dāng)套筒磨損時(shí)，膠芯元件主動(dòng)承壓，不斷調(diào)整朝鉆桿壓緊，以保證密封性能。NControl系統(tǒng)采用模塊化開放式設(shè)計(jì)，能夠與其它鉆井設(shè)備相兼容，實(shí)現(xiàn)節(jié)流閥的實(shí)時(shí)控制，根據(jù)井筒內(nèi)壓力變化控制節(jié)流閥的開關(guān)度，保證井底壓力恒定。
套管自動(dòng)上扣裝置
在 鉆 井 作 業(yè) 中， 鉆 柱 上 卸 扣需 要 多 人， 勞 動(dòng) 強(qiáng) 度 大、 安 全 風(fēng)險(xiǎn) 高、 工 作 效 率 低。 威 德 福 推 出了 AutoTong 管 柱 自 動(dòng) 化 連 接 系統(tǒng)。該系統(tǒng)是石油行業(yè)首個(gè)具有管柱自動(dòng)化上扣連接和評(píng)價(jià)功能的產(chǎn)品。AutoTong 系 統(tǒng) 可 以 根 據(jù) 管柱扣型標(biāo)準(zhǔn)自動(dòng)調(diào)整上扣參數(shù)，可實(shí)現(xiàn)管柱的一鍵自動(dòng)化接連，從而減輕鉆臺(tái)工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高上扣速度。這套系統(tǒng)可以對(duì)扭矩參數(shù)進(jìn)行連續(xù)監(jiān)控，并據(jù)此調(diào)整管柱的轉(zhuǎn)速以達(dá)到最佳扭矩。系統(tǒng)集成的AutoEvaluate 軟件可以根據(jù)系統(tǒng)提供的高精度數(shù)據(jù)自動(dòng)評(píng)價(jià)接頭的連接質(zhì)量，不需要人為解釋數(shù)據(jù)，有效消除了人為誤差，避免了上扣過(guò)緊或不夠的問(wèn)題，提高了管柱連接的可靠性和工作效率。
快速安裝套管頭
傳統(tǒng)套管安裝前需要拆卸防噴器，然后必須重新連接，且每個(gè)法蘭連接需要 3~4 小時(shí)。另外，操作人員還必須等待水泥凝固，才能將防噴器提升并移動(dòng)到下一個(gè)井口設(shè)備，手動(dòng)設(shè)置滑動(dòng)和修整外殼以匹配下一個(gè)閥芯，這個(gè)過(guò)程可能就需要長(zhǎng)達(dá) 18 小時(shí)，而且需要在一個(gè)不穩(wěn)定的環(huán)境里進(jìn)行火焰切割，焊接和研磨。為縮短套管頭安裝時(shí)間，Weir公 司 設(shè) 計(jì) 一 款 新 型 套 管 頭， 它 采用 Seaboard 專利組合式鎖緊環(huán)設(shè)計(jì)（ULR），內(nèi)部鎖定密封組件消除了傳統(tǒng)井口設(shè)備上的多個(gè)泄漏路徑， 減輕現(xiàn)場(chǎng)安裝的工作量和風(fēng)險(xiǎn)。
ULR 在單件式外殼內(nèi)采用了嵌套式系統(tǒng)，縮短了整體堆疊高度，減輕了重量，使安裝更容易，安裝風(fēng)險(xiǎn)更小。技術(shù)人員可以使用心軸套管懸掛器，在不需要切割、焊接或研磨的情況下，通過(guò)旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)和防噴器來(lái)下入和連接套管。內(nèi)部鎖環(huán)組件和油管掛可為每套管柱節(jié)省 6~8 小時(shí)。通過(guò)快速連接頭，可以比傳統(tǒng)的法蘭連接更快地將井口上的防噴器對(duì)準(zhǔn)和固定，安裝時(shí)間從 2 小時(shí)減少到 30 分鐘以內(nèi)。另外，在恢復(fù)操作之前不再需要等待水泥漿凝固。
錯(cuò)列堆疊式防噴器
防噴器是控制井內(nèi)壓力以及防止井噴失控的關(guān)鍵設(shè)備。傳統(tǒng)的防噴器組合依靠多個(gè)閘板堆疊，造成井控裝備尺寸和重量增大，由于鉆臺(tái)高度原因?qū)е戮谂渲玫姆绹娖鲾?shù)量受限，可能導(dǎo)致鉆具不居中無(wú)法正常剪斷等問(wèn)題。AXON 公司的X-treme 防噴器閘板采用獨(dú)特的錯(cuò)列堆疊設(shè)計(jì)模式，重量和高度減小25% 以上，提高了產(chǎn)品的剪切性能和安全性，延長(zhǎng)了裝備服務(wù)壽命，使其可能成為未來(lái)油田普遍使用的新一代產(chǎn)品。
傳統(tǒng)的閘板防噴器呈線性堆疊，一般排列 2~4 個(gè)閘板，AXON 防噴器采用交錯(cuò)排列模式，這種錯(cuò)列堆疊的設(shè)計(jì)，使相鄰的兩個(gè)閘板腔之間距離更近，但具有相同的性能和安全性。閘板腔錯(cuò)列堆疊后，可以同時(shí)維護(hù)多個(gè)腔，而且很容易拆卸內(nèi)部零件，減輕重量后有利于降低應(yīng)力水平，從而使防噴器組的整體壽命得以延長(zhǎng)。剪切閘板采用新型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，4 個(gè)接觸點(diǎn)可在局部區(qū)域產(chǎn)生很大的應(yīng)力，減小操作所需的壓力，從而可以在低操作壓力下剪斷管柱。這種新型防噴器設(shè)計(jì)除了保持舊設(shè)計(jì)的功能參數(shù)外，最大的特點(diǎn)是占用空間更小和重量更輕，降低了高度和重量，設(shè)計(jì)改造后可以安裝在舊鉆機(jī)上。
頁(yè)巖氣批量化鉆井專用鉆機(jī)
Drillmec 公 司 研 制 的Striker-800 頁(yè)巖氣井鉆機(jī)，采用超高標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，用于頁(yè)巖氣平臺(tái)批量化鉆井，可以降低鉆井的盈虧平衡成本。鉆機(jī)標(biāo)準(zhǔn)配備包括 41m 高的井架、9.7m 高的鉆臺(tái)、360 噸大鉤、500 噸頂驅(qū)、1,500 馬力絞車和 1,600 型泥漿泵。該鉆機(jī)提升了安全性，同時(shí)減少了鉆機(jī)搬遷安時(shí)間，提高了叢式鉆井的效率和可靠性。
鉆機(jī)的設(shè)備布局采用節(jié)省空間的設(shè)計(jì)，配備多向移動(dòng)裝置，能夠滿足 75m×45m井場(chǎng)范圍內(nèi)不同方向井位的平移要求，提升了多排批量鉆井作業(yè)的效P+E率。井架起升和回收僅采用一次液壓 安 全 起 升 操 作， 頂 驅(qū)、 扭 矩 管和輔助管束回路永久安裝在井架下部。另外，該鉆機(jī)還集成了井控設(shè)備包和智能供電管理系統(tǒng)。該鉆機(jī)采用模塊化設(shè)計(jì)，由多個(gè)獨(dú)立模塊組成，能夠與其它鉆井設(shè)備兼容使用，鉆井承包商可以選取其中一個(gè)模塊，如頂驅(qū)、泥漿泵等，也可以使用整體設(shè)備，滿足承包商的不同需求。
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