钻井新装备 助推油气田增油上产

时间:2022-06-06 15:54 来源:《石油与装备》 作者:朱益飞
近几年来,随着国产钻井装备新技术攻关和成熟技术集成应用,中国钻井技术装备提速提效技术发展迅速,带动中国钻井装备技术整体速度不断提高。油田钻井的投资占整个石油勘探开发投资的50%以上,是影响油气勘探开发整体效益的关键因素。目前,中国已成为世界石油钻井大国,特别是我国自成功研制出具有自主知识产权的1.2万米大型成套钻机及其配套装备后,我国已具备万米超深井钻井能力,不断扩大油气资源可利用范围。
 
我国石油工业要保持油气生产的持续稳定增长,必须向陆地深层和海洋进军,向复杂地层和低丰度、低渗透率油气层要产量要效益,而钻井是成败的关键。这就要求钻井工程通过技术攻关,优化钻井设计,采用新技术、新材料、新方法和新装备,加快钻井速度,缩短建井周期,降低钻井成本。
 
模块化新型钻机
 
该模块化新型钻机志为海上平台设计,与其它模块钻机相比,该新型钻机更轻便和紧凑,3周便可完成组装,可进行控压钻井和连续管钻井等作业。该钻机包括钻台及相关设备、钻井液系统和电力系统。钻机及钻井液系统占地面积168平方米,质量约890吨,钻机桅杆式井架高28米,钻台质量220吨,可容纳直径63.5毫米至508毫米的管材150吨。钻机驱动采用齿轮齿条传动系统,最大提升能力3630千牛,最大加载900千牛,最大提升速度45米/分,防喷器和井控设备最大压力68.95MPa。钻井液系统包括4个9.5吨559千瓦的钻井泵,4个98立方米的钻井液罐,2台流量振动筛。此外,还包括1个950毫米的液压驱动转盘和1个自动下入套管/油管系统,最大钻井深度6534米。
 
快速移动钻机
 
快速移动钻机是一种步进式液压钻机,具有便携、快速、灵活和安全的特点,其液压系统可使钻机稳定、可靠、精准地移动和举升。钻机提升能力1089吨,可钻丛式水平井和大位移井。移动系统能使钻机在8个方向上移动,速度达0.2米/分,可实现钻机整体从一口井移动到下一口井,缩短了钻机搬迁时间。该钻机可完成丛式水平井组的井工厂钻井作业。
 
自动化钻机
 
自动化钻机分为交流变频电驱动和液压驱动两大类,主要特点是:一是实现包括传送、上卸扣、送钻、排放、堆放在内的所有管子操作的自动化;二是大幅度减少钻井作业人员,钻台和二层台上不再有钻工;三是明显减轻司钻的劳动强度和减少人为失误;四是运移性好,安装、拆卸方便;五是陆地自动化钻机占地面积小;六是显著提高作业效率和安全性。自动化钻机代表当今石油钻机的最高水平,是石油钻机的重要发展方向,正在陆地和海上得到推广应用。
 
微井眼技术
 
微井眼就是直径不超过31/2英寸的井眼,当前研究和试验的微井眼技术适合的最大井深约1500米。微井眼技术是一项系统工程,涵盖钻井、测井、生产等领域。在钻井领域着重研究全新的小型化地面设备——小型化混合型连续管钻机及相应的小型化泥浆循环处理系统等以及超小尺寸的井下钻具和仪器——井下动力钻具(包括导向泥浆马达)、地质导向仪、MWD和LWD等。微井眼钻井的主要特点一是是可以大幅度提高钻机搬迁效率,减少井场占地面积,减少泥浆、套管和水泥的消耗以及动力消耗,减少钻井作业人员,提高钻井效率,降低钻井完井成本、综合开发成本和勘探开发风险,减少钻井对环境的影响。
 
钻杆轻型化
 
钻杆的发展历程表明,钻杆存在轻型化的趋势。碳纤维钻杆就是由碳纤维-环氧树脂制成,两端有钢接头的钻杆。由于碳纤维不如钢耐磨,因此需要对碳纤维管的表面进行打磨,并涂上极耐磨的涂层。碳纤维钻杆最大的技术难点是如何实现碳纤维钻杆本体和钢接头的可靠粘结。
 
碳纤维材料无磁性,不导电,容易制成有缆碳纤维钻杆。碳纤维钻杆和有缆碳纤维钻杆目前还处于现场试验阶段,经过不断的试验与改进,有望在5年后投入商业应用。一旦投入商业应用,必将给钻井带来一系列的变革。碳纤维钻杆和有缆碳纤维钻杆由于具有重量轻、韧性好、耐腐蚀等优点,特别适合钻短曲率半径和超短曲率半径水平井,重钻井,并有望在大位移井、深井钻井以及深水钻井中得到应用。
 
新型钻头
 
两级双径PDC钻头。该钻头信其配套的低速高扭矩马达,为火山岩地层(主要由玄武岩、凝灰岩、粘土岩和砂岩混层组成)钻进提供了新的解决方案。该钻头是同心两级钻头,由先导段和扩眼段两部分组成,距离只有几英尺,钻头与井壁的接触面积加大可有效减少钻柱的振动,避免了常规双径钻头不稳定的问题,且无需调整。
 
新型混合式钻头。该钻头兼具剪切和研磨两种破岩机理。钻进时,首先是PDC切削龄剪切破碎岩石,严重磨损后,采用金刚石混合孕镶块高转速研磨破碎岩石继续钻进。与传统PDC钻头和TCI牙轮钻头相比,该钻头涡轮钻具可显著减少起下钻次数,提高机械钻速,改善井眼质量。
 
双倒角PDC切削齿钻头。该钻头采用双倒角结构设计,增加了一条脊线,并将所受压力分散到更大面积上,增强了切削齿在研磨性地层或受到冲击载荷时碎裂掉齿失效的抗力,大大延长了钻头使用寿命。现场应用结果表明,采用双斜面PDC切削齿的钻头反扭矩更小,切割产生的岩屑更细,井眼清洁也更容易。
 
TM孕镶钻头。该钻头其切前齿由金属基金刚石复合材料制成,采用全新结构设计,更好地平衡了工作载荷,可承受更大的钻压,有效地利用了井下高速马达系统的强劲扭矩和动力,切削岩石更快而自身磨损更慢,适用于极硬及研磨性极高地层。
 
新型井下振动测量工具
 
井下振动随钻测量系统。该系统在钻井过程中可实时测量底部钻具的冲击和振动,实时调整和修正钻进参数,以提高作业效率,降低作业成本。该系统以数值和色标谱两种形式对底部钻具的冲击和振动进行描述,色标谱设定了8级离散冲击水平和振动水平。若冲击加速度小于20克,则为微小冲击,标示绿色,司钻无需采取任何修正措施;若冲击加速度在20克至40克之间,则为中等冲击,标示为橙色,司钻应采取修正措施,具体调整措施取决于引起振动的主导因素类型。传感器套件能连续工作于175℃和137.9 MPa环境中,其稳定性是行业标准的四倍,用四通道探测器将测量模块简单化为单主板设计。
 
高频钻井动力学测量工具。在钻井过程中,井下振动会损坏MWD/LWD仪器等BHA组件和钻头,而高频钻井动力学测量工具可获得高品质的井下振动数据。该工具可测量和记录井下温度、转速、横向和轴向加速度等数据,数据采集和记录频率高达2 kHz。分析结果证实,相比低频数据高频数据可获得更详细的井下动态特性资料。该工具采用电池供电,可连续工作120小时,外观与接头极为相似。现场测试结果表明,高频钻井动力学测量工具与基于时间的动态模拟系统配合使用,有助于更好地了解并解决井下动力学问题。
 
钻井技术装备的快速发展,极大地推动了钻井的实时化、信息化、数字化、可视化、集成化、自动化、智能化,钻井技术的进步使石油开发企业,向陆地深层和海洋进军,向复杂地层和低丰度、低渗透率油气层要产量要效益成为现实,各油田随着钻井新装备的不断应用,钻井开发成本进一步降低,有力地助推了油气田增油上产工作。
战略合作
战略合作 全球石油化工网 世伟洛克 北京石油展 API 斯伦贝谢