未来的全自动钻井技术

未来全自动钻井技术挪威国家石油企业正在致力于各个子系统研发,方便加装到总系统中。她们相信经过一系列技术努力,一个新、全自动钻井系统会在很快未来成为现实。两种处理方案是Dri11tronics和econtrol/eDrilling(电子控制/电子钻井)概念。该技术是一个技术集合,是技术综合应用问题。设计自动钻井系统是大势所趋,因为它可加紧钻井进程。未来钻井概念基础是采取高速遥测钻杆,高速遥测钻杆正处于形成商业化产品阶段。自动钻井系统应该含有优化钻井作业功效,具体包含:能够加紧钻进/起下钻作业速度;能够放慢钻进/起下钻作业速度;能够更轻易监测溢流,有利于井控;实现自动开泵/停泵;实现自动钻井液监测;能够高效应用遥测钻杆,即实时采集井下数据;实现钻井过程自动化,一直正确地处理井眼问题,降低人为失误,使非生产时间降低到最低程度。1.Drilltronics该系统采取动态过程模型模拟井内流动与钻柱动力学,采取优异粘性恒温物理流变动力学模型模拟固相输送与状态方程,扭矩与摩阻模拟则是基于“软绳”模型,采取预先开发钻井数据完善系统对动力学测量数据进行预处理,从而筛选并导出模型需要输入数据。流动模型解是一个半隐含矩阵解,显著与水体转移相关,从而可实时取得复杂流动解,经过采取卡尔曼滤波技术完成模拟计算,其中压力校正采取了相同流动摩擦系数。2.现场测试挪威国家石油企业于1月对一套用于优化钻进控制新系统进行了一次全尺寸现场测试,该试验是在挪威国家石油企业位于挪威大陆架Statfjord地域C平台上进行,此次测试则使用了主动式。该系统工作情况令人满意,达成了预期效果,在主动控制模式测试期间没有发生HSE事故。同时表明,该系统人-机界面需要进行部分改善。以后,对其它主动控制模块也进行了测试。（1）摩阻测试模块该模块由很多编程井内摩阻自动测试组成,井内摩阻与钻柱上提、下放以及是否旋转相关,对该模块进行编程还可使其含有自动扩划眼功效。对动力学测量数据自动分析会给出井内摩阻情况,摩阻改变趋势分析则会表明钻屑聚集情况、井眼稳定情况和井眼质量情况。该模块在钻进期间每次接单根时都得到了应用。（2）起下钻/扩划眼控制该模块用来限制钻柱起下速度与加速度,以避免产生过高激动压力与抽汲压力,即“跑出”孔隙/破裂压力窗口,起下钻控制有利于避免溢流、地层破裂与井漏发生;扩划眼控制可限制钻柱旋转速度从而避免倒扣/卡钻,将操纵杆“开到家”。该模块便会将起下钻/扩划眼速度控制在安全范围内。该模块在裸眼起下钻过程中和摩阻自动测试期间得到了应用。（3）开泵该模块可控制泵排量由小到大逐步增加到适宜值,以免井内压力超出地层破裂压力引发钻井液漏失。该模块包含半自动和手动两种模式,在此次先导试验中,每次接单根时都应用了半自动优化功效。3.窄压力窗口挪威国家石油企业供给商正在研发244.5mm与177.8mm旋转导向尾管钻井系统。该系统包含一个全套钻井工具包,经过带膨胀管导向尾管钻井技术和控制压力钻井技术联合应用,今天很多钻井疑难问题都能够得四处理。4.eControl/eDri11ing(电子控制/电子钻井)eDri1ling是一个新型钻井仿真系统,三维可视与来自远程钻井教授中心控制是eControl技术基础,它是一套钻机监视、优化与控制系统,利用优异钻井过程模型可实现井眼三维可视。实际上,Wellbore是该系统关键要素,它含有优异井下过程可视化功效,即它是能够显示全部钻井与钻井作业相关情况新、开放三维可视设备,下一代可视系统设计,可实现全部参与者共享,深入增强全球范围内全部钻井与钻井活动整体性。该系统开放结构许可设备供给商、服务企业、承包商与甲方经过标准界面联络沟通,因为能够采取带缆钻杆与类似技术,所以,将该系统设计为能够处理高流量数据流。整个钻井过程实时可视化具体包含:实时井眼轨迹、实时钻遇地层、实时随钻地震信息(还未完成)、经过观察计数器/BHA了解实时井深、“观察”钻头与工具经过类似BOP或套管鞋等限制区域,并将这些实时数据实时传输给实时处理软件,对钻井作业情况进行实时模拟、分析、优化,即在继续钻进过程中观察井眼压力剖面并进行压力估计,以三维方法统计、回放整个钻井作业情况。5.控制压力钻井(MPD)MPD是自动钻井不可或缺一个关键组成部分,正如我们所知道那样,MPD具体做法在全球各地存在一定差异,尤其在墨西哥湾地域这一现象更为突出,挪威国家石油企业现在没有在墨西哥湾开发项目,但已经形成了进入墨西哥湾地域大量意向性文件。自动MPD方案能够克服“人为原因”形成阻碍,她们也正在考虑接/卸单根期间连续循环可行性处理方案,现有经典双梯度系统需要输送相对大量液体来赔偿接单根期间ECD效应,如CircSub、NOV’sCCV或其它连续循环系统能够降低接单根时间。6.连续液体/钻屑测量钻井液与钴屑性能实时监视与测量对于全自动钻井系统也是十分必需,因为钻井液与钻屑性能实时监视与测量会影响到如ROP、ECD、MPD等实时钻井参数,并改善决议水平,另外,它对遥控钻井也是必不可少。地球物理服务股份有限企业正在联合挪威国家石油企业开发上述一套全自动系统,目是使该系统可靠程度深入增强。这一特殊系统将负责测量钻井液粘度、电稳定性、失水、密度、H2S、PH、固相颗粒级配与含量等。该系统还将测量:钻屑体积、井眼坍塌监视(形状特点)和钻屑矿物成份(采取拉曼光谱学原理)。7.钻井作业追踪系统(DOTS)挪威国家石油企业还在与TracIDSystemsAS企业合作开发一个全自动钻杆追踪系统,第一代产品关键任务是追踪钻杆进、出井眼,第二代产品还将包含每个钻杆单根应用历史追踪。该企业已经形成了一个ATEX-certi-fiedDOTS方案设计,包含常规海洋钻机钻台上集成RFID天线系统以及相关支持软件。RFID异频雷达收发安装技术是一项成熟技术,已经得到了一家大钻杆租赁企业使用与验证,异频雷达收发机已经依据ATEX规范取得了判定认证,每套异频雷达收发机都有自己ATEX证书。异频雷达收发机是被动形式,试验证实其可承受勘探开发油气井中温度与压力,对异频雷达收发机测试与验证采取了一套专门测试钻机。钻井作业追踪系统还包含了一个软件工具,负责每个钻杆单根全部技术数据、文件、应用历史统计、管理编码等信息通讯与汇总以及自动计数。8.尾管钻井钻穿地层压力改变巨大层段或者钻穿含有窄压力窗口层段一直是一项很棘手作业,旋转导向尾管钻井系统近期可望研制成功。挪威国家石油企业计划将上述简明介绍全部技