海洋钻修机井架安全承载性能实时监测及预警

海洋钻修机井架的安全承载性能受到历史服役过程和实际运行状态等因素的影响,如何在井架实时监测的基础上开展安全承载性能评估和预警具有重要工程意义。在井架结构力学性能研究的基础上开展监测方案制定,并以南海某导管架平台钻机井架为对象首次开展井架钻井作业工况结构安全实时监测研究,同时将监测结果与有限元仿真结果进行了对比。研究结果表明,提出的基于井架多种工况有限元分析的监测方案制定方法,能够实现通过尽可能少的监测点反映井架结构的安全状态;有限元计算结果与现场监测结果的相对误差为2.53%,说明监测技术具有较高的精确性。所得结论可为井架检修决策的合理制定提供参考。     

在役石油井架安全预警系统研制及实验

为了实时监测钻井井架在钻井作业各个环节的应力,研制了在役石油井架安全预警系统,设计了长期监测应变传感器和数据采集模块,并进行了稳定性试验和线性度测定;编制了控制系统软件,各硬件和软件的稳定性均能满足监测系统设计需要。该预警系统在钻井井架进行了安装对比试验,与传统应变片检测的应力值相差在5%以内,实时监测数据满足工程测试的设计要求。     

海洋石油实时智能钻井辅助决策技术进展

近年来中国海洋石油集团公司积极进行数字化转型,引入了实时智能钻井辅助决策系统。基于该系统形成了作业效率实时统计分析、摩阻扭矩及水力学参数模拟预测、基于多源信息的地质工程一体化地层压力实时监测等数字化关键技术,为高难度复杂井提供了实时数据监测、工程风险模拟及作业方案优化服务,应用效果良好。结合当前现状,未来还需进行高阶的人工智能实时辅助决策技术研究,开展工程软件自主化研发,利用地震、钻井、录井、测井等资料建立更加全面、智能的地质工程一体化钻井工程管理平台,有效识别诸如卡钻、溢流、井壁坍塌、井漏等钻井工程问题,形成历史数据与实时数据联动的地质-工程-信息技术一体化的智能、安全、高效的钻井技术。     

钻井工程风险评估与控制系统的设计与软件研发

为了提高国内钻井风险评估水平、缩小与国外的技术差距,开发了一套集“钻前风险预测、钻进风险监控、钻后风险总结”于一体的钻井工程风险评估与控制系统,并完成了相关的软件研发。该系统包括5个子系统:含不确定度钻井地质力学参数钻前描述及随钻更新子系统、钻前工程设计风险评估与控制子系统、钻井作业过程动态风险评估与控制子系统、钻后工程风险总结与分析子系统以及钻井工程风险数据库子系统。该软件可以实现对井下复杂与事故的钻前工程风险预测和钻进过程中的工程风险监测以及钻后的风险总结,为钻前优化钻井工程设计方案、钻中规避钻进过程中的工程风险和后期待钻井工程设计方案的优化制定提供技术指导和科学依据。     

步进式自平衡井架电动修井机研究与应用

为满足月东油田修井作业需求,研制了步进式自平衡井架电动修井机。该修井机以步进式液压平车作为承载底盘,实现了在受限空间内整机的纵向行走、横向行走和回转。自平衡井架采用桁架式结构、全封闭的矩形截面设计,强度高,抗扭能力大;天车为两轴结构,井架垂直安装,不承受倾覆力矩,可在不安装井架绷绳的情况下安全起下钻;绞车制动采用液压盘式刹车装置,具有盘刹装置失压安全保护功能,工作钳与安全钳安全互锁、互为备份制动;绞车和游动系统设置了3套防碰防护装置系统。截至2019年12月,步进式自平衡井架电动修井机已完成修井作业290余井次,最大作业载荷650 k N,自平衡井架系统及整机电控、液控系统性能稳定;可在不拆抽油机、作业空间受限的条件下进行整体移机和回转操作,实现了不打地锚、无井架绷绳情况下的安全起下钻作业。该产品的研制成功为海上油田修井作业提供了新的技术装备。     

地质工程一体化理念在南海高温高压井的实践

中国南海西部高温高压区域油气资源丰富,该区块主要目的层埋深超过4000m,地层压力系数大于2.2,温度在200℃左右,勘探开发作业难度巨大,常规作业模式无法满足高温高压井作业要求。基于此,针对高温高压井地质及工程特征,从管理创新、技术优化和大数据等方面提出南海高温高压井地质工程一体化理念及技术体系。研究及实践表明:通过地质工程一体化管理与设计优化钻井流程和取资料方案,建立地质工程一体化大数据库实现多源信息共享,研究地质工程一体化预测、监测及有效控制技术,可有效解决南海高温高压井地质及工程问题。探索形成的"随钻声波、中途VSP和随钻前视组合技术""地震、钻井、随钻测井、录井、中途VSP、随钻前视组合技术六位一体预监测技术""地质工程智能监测、安全预警体系"等一体化特色作业体系在层位深度、异常高压、钻井情况等的精细预测、监测和控制方面取得了较好的应用效果。未来可通过进一步建设大数据平台和智能化勘探—开发—钻完井方案,深化地质工程一体化的应用,助力类似复杂油气资源的勘探与开发。     

井架及底座动态管理系统的应用及研究

为完整地掌握钻修井井架及底座的实时运行状态,及时发现钻修井井架及底座的故障并做出相应的决策和处理,实现对钻修井井架及底座的现代化运行管理,特开发了此井架及底座检测动态管理系统。     

基于随钻测井资料的地层压力监测系统

提出了一种基于随钻测井资料的地层压力监测方法,能在钻井过程中利用随钻测井资料实时监测地层孔隙压力。首先,以WITS数据格式和TCP传输方式为基础开发了随钻测井数据实时采集程序,实现了随钻测井数据的实时采集;其次,根据邻近地区的已钻井资料建立初始压力监测模型,然后利用实时采集的随钻测井数据对目标井进行压力监测;最后,利用钻井过程中获取的地层压力信息(实测压力、钻井液密度等)对初始模型和压力计算结果进行校正,进而获取较为准确的地层压力监测结果。在理论研究的基础上开发了一套随钻地层压力监测系统软件,介绍了其主要功能模块。该监测系统在南海莺琼盆地进行现场应用,结果表明,系统能够准确监测地层压力,运行稳定、操作方便、监测精度较高,可以满足工程需要。     

海洋钻井平台塔形井架整体安装方式探讨

海洋钻井作业环境复杂施工条件苛刻,海洋钻井井架通常选用强度高、稳定性好、底部开档大及司钻视野开阔的塔型井架。为缩短工期、降低成本,本文提出了塔形井架整体安装方案。通过对塔形井架吊装索具进行计算选取、对井架连接强度等进行校核计算,验证了井架整体安装的可行性。该整体安装方案成功应用于海洋石油282平台塔形井架的安装,为后续钻井平台塔形井架整体安装积累了经验。     

JJ450/45-K井架起放过程应力状况分析

通过采用无线遥测应变测试分析系统对JJ450/45K型石油钻机井架在起升和下放过程中关键点的应力变化过程进行监测,实现了数据的连续采集。通过对两种工况下井架的应力分布状况的分析,总结出井架在起放过程的不同阶段应力分布与变化规律,指出了井架起放过程中应力变化的趋势及危险阶段。通过该系统的应用,实现了对井架动态应力的适时监测和分析,保证了钻机井架起放过程的安全,同时,通过对钻机井架在处理一些特殊工况（如解卡等）需要对井架施加较大载荷时提供全程实时监控,以确保生产过程的安全进行。     

综合录井监测技术在ND1井的应用

综合录井对钻井安全监测、提速提效起到了重要的作用。本文结合ND1井钻井工程实例,重点阐述了综合录井监测技术在施工钻井过程中随钻实时监测的参数数据变化情况,总结了不同事故类型的判断经验。该技术在钻井作业过程中实时监测井下复杂情况,为华北地区油气田勘探开发做出了巨大贡献。     

起下钻自动灌浆系统在海洋修井机上的应用

为解决海洋修井机修井作业起下钻过程中人为操作失误问题高发、人员劳动强度大、作业效率低的问题,开发了起下钻自动灌浆系统,以确保作业安全,提高作业效率。由PLC、HMI及传感器组成的起下钻自动灌浆系统,进行数据采集、系统的故障自诊断、内部程序逻辑运算、异常工况声光报警提示等功能,实现计量泵的自动起停控制、井下工况自动判断、起下钻作业全程自动监控及事故报警功能。起下钻自动灌浆系统为海洋平台修井作业起下钻过程提供安全、科学、高效的设备保障。     

PI实时数据库在石化厂的应用

生产过程中实时数据的采集与存储,是工厂实施自动化管理和决策的重要组成部分,是实施CIMS工程的基础。介绍了为了进一步实施企业的现代化管理,加快企业的信息化建设,长岭炼油化工有限责任公司根据实际情况以PI实时数据库为基础,开发了生产过程实时监测系统。     

现役钻机井架仿真系统的研究和开发

现役钻机井架仿真系统包括现役井架模型数据库，完好井架和带缺陷杆井架的静力、动力特性和稳定性有限元分析，以及结构的可靠性分析和局部加固方案有限元分析等。系统开发应用面向对象有限元技术，利用C 面向对象语言实现整个系统的开发， 系统具有很好的可扩展性和维护性。将系统实际应用于F320-A型钻机井架的仿真，验证了系统的可靠性和应用的灵活性。     

综合录井技术在实时监测钻井事故中的应用

综合录井技术在钻井作业过程中实时采集地质参数、钻井液参数、工程参数等信息,进行快速数字化处理,直观地展现随钻过程中的钻井情况,并实时监测钻井事故。结合大庆地区的钻井工程实例,重点阐述了综合录井技术在实时监测井漏、井涌、油气水侵、井塌、溜钻、顿钻、放空、卡钻、遇阻、刺钻具、刺泵、掉水眼、堵水眼、掉钻具等钻井事故中的重要作用。结果表明．该技术在钻井作业过程中实时监测井下复杂情况的准确性较高。     

随钻超声井眼成像可行性实验研究

随着油气勘探开发难度的不断增大,地质与工程条件日趋复杂,施工风险日益加大,井壁失稳、垮塌等问题制约钻完井工程效益及安全,随钻超声井眼成像技术可以在随钻工况下实时测量高精度的井径大小与井壁特征,获取高质量的井眼图像,为钻进过程中井眼工程状况和质量的监测提供了解决方案。为研发随钻超声井眼成像工具并对图像进行准确解释,进行了随钻超声井眼成像可行性实验研究。设计搭建了实验装置与实验平台,制定了实验方案,进行了室内模拟实验,分析了不同测量距离、不同待测物、不同传输介质对超声波传输时间与回波幅值的影响。实验结果表明：超声波传输时间与测量距离呈线性正相关,可以用于井径的测量及井眼形状的识别;超声波回波幅值对井壁特征敏感,可以用于井壁缝隙、孔隙等特征的识别与成像;随钻超声井眼成像方法可以适用于高密度油基钻井液中。     

海洋钻机井架振动检测及评估——以ZJ50/3150DB钻机为例

渤海某海洋平台配置的ZJ50/3150DB海洋钻机在钻井作业时井架振动幅度较大,为了评估井架在钻井作业时的安全性,对井架进行了振动检测,并建立了井架结构有限元模型,结合现场检测数据和模型计算结果分析井架振动对井架结构安全的影响。分别进行了井架固有频率检测、钻进作业工况井架幅频响应检测、井架振动幅值检测和井架振动加速度检测;依据井架图纸及现场井架实际情况,采用ANSYS软件建立了井架结构有限元模型。使用该模型计算出的井架第1阶固有频率为0.555 8 Hz,与现场检测结果较吻合,验证了模型的正确性。分析现场检测数据和模型计算结果发现:顶驱转速为36 r/min时,井架易发生共振;井架C型开口抗扭强度低;井架底座2个前撑杆为关键构件,其结构安全性影响整个井架安全;各种工况下的井架振动和顶驱通过二层台时引起的井架冲击振动均符合安全要求。     

钻修机井架承载能力评估系统软件开发

针对现有钻修机井架承载能力和稳定性计算软件存在的不足,结合现场测试数据以及有限元分析软件,开发了钻修机井架承载能力评估系统软件。该评估系统软件采用VB设计用户界面,采用菜单框架结构,包括登陆界面、模块选择主菜单以及各功能模块界面。该软件可以后台调用ANSYS软件,实现井架的有限元计算,并将分析结果实时显示在界面中;同时可以结合现场加载应力测试数据对井架进行稳定性分析和承载能力评估。实例验证结果表明,钻修机井架承载能力评估系统软件可以很好地实现预定功能,界面简洁,操作方便。     

基于大数据分析技术的钻井提效实践

为了提高渤海油田的钻井效率、保障作业安全,建立了数据准备、数据处理、数据可视化及深度分析为一体的钻完井大数据分析平台,选取渤海P油田首批作业井录井参数,自动判别13种钻井作业工况,并与日报系统结合制作工况及3D井轨迹等可视化面板。结合数据关系与最小二乘法预测模型深度分析,优选钻井参数并进行实时监测,提高了第2批次井的钻井效率,实现了大数据分析与钻完井作业的深度融合。由于平台自身的可扩展性及搭建后使用者的易操作性,该技术推广性较强,可为钻完井工程的智能化转型提供宝贵经验。     

渤海油田裂缝性油藏地质工程一体化井漏预警技术

为了解决渤海油田裂缝性油藏钻井过程中因断层、裂缝引起的井下漏失等问题,提出了地质工程一体化井漏预警技术。在叠后地震大中尺度断层刻画的基础上,通过滤波、断裂增强等特殊处理,进行属性优选及多属性融合,精细刻画中小尺度裂缝,建立了多尺度裂缝三维空间分布模型,设计井眼轨道时避开漏层,进行钻前风险提示,指导钻井作业采取相应的防漏堵漏措施;钻进过程中开展井漏风险随钻跟踪,实时调整并反馈井漏风险预测结果,及时优化井眼轨道,形成了随钻过程中漏层动态避钻技术,以充分保障钻井作业安全,降低钻井成本。钻前风险预测、钻进中井漏跟踪及随钻井眼轨迹实时优化等技术在旅大X油田应用后,实现了一趟钻规避断层漏失段。地质工程一体化井漏预警技术能够降低钻井风险,保障裂缝性油藏的钻井安全,为渤海油田增储上产提供了技术支撑。