深井超深井钻井装备技术现状与发展趋势探讨

为助力我国深层超深层油气资源高效勘探开发,文章分析了深井超深井对钻井装备提出的挑战,论述了美国Nabors、斯伦贝谢和NOV等公司的自动化钻机、管柱自动化装备、储能节能与能源管理系统、司钻集成控制系统、智能决策与支持平台等7类产品的功能、特性;并对国内管柱自动化钻机、一键式人机交互7 000 m自动化钻机、12 000 m特深井自动化钻机、管柱自动化装备、储能节能与能源管理系统、司钻集成控制系统、钻井辅助决策与支持系统等产品发展和应用现状进行了阐述。通过技术对标分析得出：我国石油钻井装备取得了长足的进步,但从工程需求和应用上看还存在许多不足,与国外先进技术相比还有不小差距。建议国内各装备制造厂家顺应国家“碳达峰、碳中和”目标和数字化转型、智能化发展趋势,从参数强化、钻机全面自动化、装备运维数智化、司钻操控值守化和钻井作业绿色化等方面开展关键技术攻关。     

8 000 m四单根立柱自动化钻机研制

目前,石油钻机多采用三单根立柱进行钻井作业,管柱处理多以手动操作为主。为了提高钻井效率、降低钻井成本、改善工人作业环境、提高钻井作业安全性,研制了8 000 m四单根立柱自动化钻机。从钻机总体方案、关键系统方案、关键技术及试验等方面对该钻机进行技术分析。通过试验证明,8 000 m四单根立柱自动化钻机适应能力强、自动化程度高、作业效率高、作业安全。该钻机为石油勘探开发提质增效提供了有力的装备保障,具有良好的推广价值。     

四单根立柱钻机关键技术研究与提效分析

四单根立柱钻机采用四单根一立柱的钻井模式,通过加长钻柱立根,降低起下钻频次,增加立根高速运行时间,实现钻井综合作业效率的提高。与常规三单根钻机相比,四单根钻机在超长井架设计、大容绳滚筒缠绳技术保障及超长钻柱立根稳定排放等方面存在较多难题。鉴于此,详述了四单根立柱钻机所具备的各项关键技术,并结合9 000 m四单根钻机提出超深井四单根钻机关键技术和保障钻井效率提高的综合措施,措施后,与三单根立柱钻机相比,其钻井综合作业效率最高提速23. 97%,平均提速19. 00%。研究内容可为四单根钻机进一步推广应用和深井与超深井钻机钻井综合提效提供技术基础。     

陆地超深井四单根立柱高效钻机

目前传统陆地石油钻机多采用立柱长度为28. 5 m的三单根立柱进行钻井作业,为了实现超深井的钻井提速提效,采用立柱长度约38. 0 m的四单根立柱进行钻井作业,可以提高游车高速运行区段,减少钻机起下钻频次,提高钻井效率。从井架高度、绞车滚筒容绳量、井架起升系统、立根靠放可靠性及钻井钢丝绳选型等方面对四单根立柱钻机关键技术进行分析,得出解决关键技术的可行方法。现场应用结果表明:超深井四单根立柱钻机明显提高了钻井效率,缩短了钻机周期,比三单根立柱钻机全井起下钻综合提速15%左右。四单根立柱钻机的研制成功为复杂深井的钻井提速提效提供了新的技术支撑,其应用前景十分广阔。     

深井超深井钻完井技术现状、挑战和“十三五”发展方向

"十二五"期间,为解决塔里木、四川等盆地超深油气藏勘探开发所遇到的深井超深井钻完井难题,中石油研制了一批具有自主知识产权的重大装备、工具、仪器、工作液等,包括:①8 000 m钻机、四单根立柱超深井钻机、5 000/7 000 m钻机管柱自动化处理装置、精细控压钻井技术与装备、双燃料/高可靠性钻机动力机组、气体/欠平衡钻井装备等6项深井超深井核心装备;②自动垂直钻井工具、涡轮钻具、高效PDC钻头、系列复合钻头、水力脉冲提速工具、钻井井下安全监控系统、顶驱下套管装置等7项核心工具;③高温高密度水基钻井液、油基钻井液、高温大温差固井水泥浆、韧性水泥浆体系等4项钻井液和水泥浆体系。研究认为,"十三五"期间深井超深井钻完井所面临的挑战包括:深井超深井高温、高压、窄密度窗口、井筒完整性等,以及降本增效的巨大压力,亟待在深井超深井高效运移钻机、高效破岩钻头和辅助工具、井筒完整性、井下宽带信息传输技术等方面开展攻关并力争取得技术突破。结论认为:上述研究和试验成果有力地提升了中石油超深井钻完井的能力和水平,将对中石油油气勘探开发业务起到重要的支撑作用。     

我国石油钻机控制技术现状与后续发展思考

从电力拖动技术、逻辑程序控制技术、管柱自动化技术、网电及直驱传动技术和司钻远程集中操作技术等方面阐述了目前国内石油钻机控制系统在自动化、智能化和信息化方面的技术现状。对照国外钻机新技术发展对控制系统的新功能要求,提出了国内钻机存在的融合集成化水平不高、"软扭矩"等核心技术掌握不深入、信息化程度有待提升以及管柱自动化装备原始创新不足等问题。最后,结合未来钻井作业对石油钻机高效和智能等趋势要求,提出了加快管柱自动化装备创新研究、开展钻井专家优化系统研究及建立大数据故障诊断系统等后续发展建议。     

国内外石油钻机现状及我国钻机发展探讨

在介绍国内外石油钻机发展现状及趋势,并分析我国钻机与国外的主要差距及原因的基础上,提出了发展我国石油钻机的建议:(1)在相关技术方面,按3个层次发展钻井技术,即成熟技术产业化、在研技术集成化和高新创新技术自主化。(2)在设备方面,遵循深井钻机自动化,中深井钻机模块化,浅井钻机车装化原则,即大型钻机在重点提高自动化、智能化的基础上兼顾其移运性,中小型钻机在考虑其移运性和降低移运成本的同时考虑智能化。(3)在其他方面,面向国际市场建立石油钻机协调机制;建立科研-生产-应用相结合的钻井装备研发体系;充分利用国内市场资源,以市场换技术促进装备水平和制造水平尽快提高;筹措资金用于创新项目及技术改造;重视基础部件及与主机相配套辅机的开发,提高钻机成套生产能力;培养高素质石油钻机专门人才。     

我国超深井钻机研发技术再跃新台阶

2012年10月22日,我国首台具有自主知识产权的4单根立柱9 000m超深井钻机在宝鸡石油机械有限责任公司(以下简称宝石机械)通过出厂验收。4单根立柱9 000m超深井钻机的研制成功,填补了我国陆上4单根立柱钻机的空白,标志着我国超深井钻机研发技术再上新台阶。此钻机是宝石机械为"新疆大庆"建设量身打造的"尖兵利器"。该钻机有2项技术和装备实现创新,填补了国内空白,拥有18项专有技术和专利技术。新疆塔里木盆地库车山前地区是天然气的富集区,也是中国石油天然气集团公司建设"新疆大庆"的主战场之一。该地区地     

石油钻井平台装备电动化进程及趋势

针对国内外电驱动管柱自动化作业装备开展技术研究,分析了美国Canrig公司钻台机器人、排管机器人、电动铁钻工、输管机器人,美国NOV公司钻台机器人及其相关自动化作业系统,法国道达尔公司巡检机器人7类产品的功能、特性等;论述了国内电动扶管手、二层台机械手、指梁、巡检机器人等技术和应用现状。通过技术对标分析得出：国内外石油钻机装备均向智能、高效、绿色化发展,钻井作业由传统人力操作逐步向自动化、智能化转变;国外装备在小体积大功率驱动、防尘防水、防爆防盐雾、多轴协同等关键技术突破方面优于国内,而其在产品多样性以及应用推广方面与国内差距明显。建议国内基于电传动系统的特点,突破传统理念,研发新型高效装备;以及在装备自主决策、故障诊断等方面加大技术攻关力度。研究结果可为我国石油钻井装备技术发展提供参考。     

现代先进技术在石油钻机中的应用及展望

为了推动我国钻机技术的不断进步和钻机配套技术的快速发展,在阐述电力拖动技术、自动化控制技术、传感检测技术、机器人技术、网络信息化技术和计算机集成控制技术在国内外钻机上的应用现状后,指出未来钻机的新技术研究主要围绕智能钻井、集散控制、远程司钻和在线故障检测及诊断展开;环境恶劣、工作载荷大、危险系数高等是钻井作业的特点,随着各种新技术在钻机中的应用,钻机将朝着自动化、智能化和信息化的方向发展。石油钻井装备制造企业应加大科研投入,联合钻井作业单位加快新技术在钻机中的应用。