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。

海洋钻井装备技术现状与发展思路研究

为了助推海洋钻井装备的持续发展,重点对发达国家钻井平台建造能力及建造水平、平台建造数量和钻探深度、高端钻井装备最新成果及我国在钻井平台自主设计、半潜式平台建造技术、钻井装备自主开发、水下关键装备研究等现状进行了详细分析。分析结果表明,我国在海洋装备研发设计能力、大型钻井平台配套开发能力、产品设计实践经验、水下关键装备开发研究、海工试验基础条件和平台整体集成控制研究等方面与国外仍存在着较大差距。在此研究基础上,提出了未来海洋钻井装备将逐渐向多类型和多领域、适应超深水高风险和复杂地层、向环境保护和绿色产品及智能化和水下钻井技术发展4点发展思路,并结合实际提出我国应认真做好海洋钻井装备发展规划、努力做好海洋装备基础研究工作、由浅入深做好钻井系统配套开发、集中攻克一批关键卡脖子技术等4点发展建议。

深水钻井防喷器系统关键设备技术研究

深水钻井防喷器系统在保障海上油气作业安全,保护海洋环境和人身安全中起着关键作用。目前,国内深水钻井防喷器系统研制正在起步阶段,为了能提高国产深水钻井防喷器系统关键设备技术水平,在介绍深水钻井防喷器系统中关键设备的国内外技术现状基础上,重点对典型深水防喷器系统中深水BOP组和控制单元的关键设备进行了研究。分析了深水防喷器系统中其关键设备的主要特征,并对其组成和功能进行了说明。结合国内实际情况,提出了深水钻井防喷器系统研究建议。

勘探三号平台钻井隔水管升级改造技术研究

为了进一步提高勘探三号钻井平台在海上的钻井作业能力,对勘探三号平台钻井隔水管进行了升级改造技术研究。对需要升级改造的钻井隔水管的技术特点、使用现状及其升级改造后所要达到的性能指标等进行了全面分析,重点介绍了需升级改造钻井隔水管单根和伸缩装置的性能检测方法、技术改造方案和试验研究内容,最后指出该项目性能检测方法合理,技术改造方案正确,试验结果达到了预期目的。研究内容为我国类似海洋装备国产化发展提供了理论依据,也为我国大力开发海洋水下装备奠定了基础。

海底勘探装备技术研究

在海洋资源勘探、调查以及水下相关装备与设施安装的设计处理过程中,需要对目标海域,尤其是沉积物层覆盖区域进行全面精准深层的勘探调查。为此,介绍了国外几种典型海洋勘探装备技术,归纳了其工作特点及适用范围。在此基础上,重点研究分析了一种可适应深海沉积物的新型海底勘探装置。论述了该装置的主体结构、工作原理、关键部件及主要技术优势。这对促进我国海洋资源勘探设备的技术发展与更新具有一定的指导意义。

伺服驱动技术及其在钻修井装备中的应用研究

针对钻修井装备中对降低人员劳动强度、提高作业安全性、提高装备自动化程度等要求的提高,提出了基于交流永磁同步伺服电机(PMSSM)驱动的钻修井装备解决方案,详细阐述了PMSSM的基本原理、主要特点、适用于钻修井装备的PID三闭环控制策略,并针对钻修井装备的工况特点提出了PMSSM的选型方法。最后,分析了基于防爆型PMSSM驱动的机械臂在油田的应用情况,结果表明,该驱动方式达到现场防爆、防护和连续作业的要求,可满足钻修井装备作业工艺需求,具有一定的应用前景。

钻井液冷却装置技术发展现状及展望

随着国内油气钻井向着万米深井开发,钻井过程中井底温度越来越高,因此需要对钻井液降温冷却以保护井下工具仪器。而国内钻井液冷却装置普遍存在设备超大、超高以及设备冷却降温幅度不大的现状。本文从介绍国外钻井液冷却装置技术现状出发,阐述了国外钻井液冷却装置技术现状;同时结合国内钻井工况,重点分析了国内自然冷却、开式冷却、闭式冷却和强制冷却4种钻井液冷却装置的工作原理、优缺点和适应范围。结合国内钻井技术发展现状,为保障冷却装置降温效果,结合道路运输和环保要求,分析了冷却装置降温机理研究、工程适应性、应用局限性和装置可靠性等关键技术难题,提出了冷却装置技术研发思路,为开发研制适应性强、可靠性高和冷却效果显著的装置提供参考。

海洋钻井隔水管系统用挠性装置技术研究及发展趋势

深水海洋钻井隔水管系统用挠性装置是海洋钻井隔水管系统中的关键装置之一,能够有效补偿隔水管系统在波、浪、流等环境载荷作用及船体运动时产生的较大局部偏转角度,有效减少该处局部弯曲应力。针对海洋钻井隔水管系统用挠性装置的功能和技术现状进行了介绍;重点对国外专业公司所研制的上、中、下3种不同类型的挠性装置进行了深入研究和分析,剖析了其结构特点、性能参数和适用范围。给出了海洋钻井隔水管最大设计指南及提高挠性装置使用寿命的工程方法。提出了海洋钻井隔水管挠性装置的发展趋势及若干建议。

陆地石油钻井装备技术现状及发展方向探讨

为了促进我国陆地石油钻井装备的持续发展和技术进步,对国内外钻井装备的典型产品和先进技术进行了分析与论述,包括国外的全液压自动化钻机、连续运动钻机、高效自动化钻机、未来智能钻机,以及我国近年来研制的深井超深井四单根立柱钻机、系列管柱自动化石油钻机、超长单根和双单根立柱自动化钻机、稳压力大排量钻井泵、大吨位直立移运钻机、丛式井轨道式极地钻机等。研究结果表明,国产钻井装备与发达国家相比仍然在钻井工具配套研究、自动化产品应用研究、智能化装备深层次开发以及核心元器件攻关研究等方面存在着较大差距。在此基础上,提出了未来石油钻井装备将逐渐向标准化配置、深井特深井钻井、特殊地层地貌钻井、快捷绿色环保节能钻井和高效自动化及智能化方向发展等5点建议。

海洋天然气水合物降压开采装备现状与技术探讨

在南海神狐海域采用降压法成功实施了2次天然气水合物试采,在深水浅软地层水合物钻采技术上取得了多项重大技术突破,但仍面临单井产量低、开采配套装备复杂及经济适用性弱等问题。为了配套神狐海域第3次降压法试采开采方案,系统梳理了降压法开采技术对开采装备的影响因素,对比分析了常规油气开采的水下采油树结构适应性,提出了一套适用于深水天然气水合物开采的水下卧式采气树关键技术理论;形成的“一体式”集成化采气树本体、双穿越结构水下穿越器、失效安全型液控水下阀门及驱动器、复合电液控制系统等技术,可满足海洋天然气水合物开发装备质量轻、水合物二次结冰封堵干预、井下作业工况监测和远程控制等要求。所得结果可为海洋天然气水合物长期稳定、可控开采的配套装备开发提供借鉴。

液压钻井泵关键技术的研究

钻井泵主要用于高压下输送高粘度、大密度和高腐蚀性的钻井液。传统钻井泵由于其固有的曲柄连杆结构存在体积大、重量重、压力和流量脉动大的问题,限制了现有钻井泵向大排量、低波动方向发展的极限。该文提出一种液压驱动的直线式钻井泵,经过分析研究,解决了液压钻井泵换向冲击和流量稳定特性的关键技术方案,为我国液压钻井泵的设计、制造及工程化应用提供理论基础。

MR 6C型钻井隔水管维修改造技术研究

某平台配置的MR 6C型钻井隔水管单根已服役多年,存在主管管体壁厚不足、隔水管单根间连接互换性差等问题,需进行维修升级改造。经检测评估,改造时重新利用了原有旧隔水管主管接头,切割更换了壁厚不足的主管管体。针对大直径异种壁厚的主管接头与主管管体间的组焊,制定了特殊的焊接工艺。以节流压井管线长度确定实际更换的每根主管管体长度,改造了10根老旧MR 6C型钻井隔水管单根。静水压试验表明维修改造后的MR 6C型隔水管单根满足高压密封和互换性等应用要求。

深水油气装备材料应力腐蚀开裂敏感性研究

海洋深水油气装备长期工作在海水环境中,由于海水和高压的双重作用,电化学腐蚀中应力腐蚀开裂成为装备最主要的腐蚀失效形式之一。以深水油气装备材料为载体,基于慢应变速率拉伸的试验方法,进行水下材料应力腐蚀开裂试验研究。根据水下油气装备材料环境,采用“环境+电位模拟+材料”比对的方式,综合评判对比,利用试验数据优选材料为海洋油气装备防腐技术发展提供了支持。

深水钻井隔水管在海洋动态载荷下的密封试验技术研究

对深海钻井隔水管的密封问题进行研究,此种密封问题的研究在国内外尚属首次,对相关的试验方法进行了研究探索。通过建立力学模型、ANSYS仿真计算,对现有情况下隔水管的密封性能进行了分析,可以获得主管与边管疲劳寿命的大至关系,并计算出在各种可能情况下运用弯曲共振试验原理所需的数据。为现实试验提供理论依据,在国产深海钻井隔水管的质量提升方面具有非常重大的意义。

海底多金属硫化物勘探取样技术与装备研究

海底多金属硫化物因富含多种金属元素和稀有元素,已逐渐引起了人们重视,并开展了一系列的勘探活动。本文在前人研究的基础上,对国内外已经开展的多金属硫化物调查勘探作业中使用的取样技术与设备进行了介绍,并对取样技术的发展提出了一些建议。

增材制造技术在油气装备制造业的应用现状与展望

增材制造技术是一种能够快速实现数字模型实体制造的先进制造技术,在复杂小批量零件生产方面具有优势,已经在制造业中得到广泛应用。介绍了增材制造技术的分类,分析了增材制造技术在油气装备制造业中的应用现状,并对未来发展进行了展望。

海洋平台吊机关键技术及发展趋势研究

海洋平台吊机是海洋钻采平台及工程船舶配套的特种起吊作业设备,在海洋工程和海上油田开发中有着重要作用。概述了海洋平台吊机国内外发展现状,详细描述了海洋平台吊机的产品分类与特点。海洋平台吊机依据其应用场所和作业载荷工况的不同,可派生出多种形式和种类。载荷工况及动态载荷分析、综合承载能力及载荷曲线研究、安全性及可靠性分析、高度集成、高度智能化的控制系统研究、液压系统设计、载荷实时监控及信号处理、主动波浪补偿及恒张力技术等是海洋平台吊机设计与制造的关键技术。提出海洋平台吊机今后应向多样化、高安全可靠性和智能化、集成化趋势发展。

海洋钻井隔水管张紧器技术分析

从海洋钻井隔水管张紧器的技术现状入手,深入研究了滑轮钢丝绳式和直接液缸式2种典型隔水管张紧器,重点介绍了2种张紧器结构和技术特点,并结合国内实际情况,建议选择滑轮钢丝绳式张紧器作为初期研发目标,从小到大,由浅入深,循序渐进,最终达到自行开发研制目的,实现海洋隔水管张紧器系统国产化、系列化,并进一步满足海洋石油勘探开发需要。

海洋水下井口装置密封技术研究

密封技术是水下井口装置的关键技术之一,密封性能的优劣直接影响并决定整个海洋石油开采系统的安全性和可靠性。介绍了国内海洋水下井口装置密封技术现状,尤其对美国VetcoGray公司的VX、VX-2、VGX、VGX-2、VT、VT-2等垫环密封和SG-LTR环空密封、DrilQuip公司的环空密封以及Aker公司的环空密封的结构技术参数和性能特点进行了重点分析研究。同时阐述了海洋水下井口装置密封的设计与制造关键技术。指出井口头密封的双密封面结构和球面密封面结构技术先进;环空密封的全金属密封、压入安装方式具有承压高、工作可靠、寿命长的优点。最后建议借鉴国外海洋水下井口装置密封的结构特点,加大科研力度,做好试验设施建设,以推进海洋水下井口装置国产化进程。

石油钻机自动化、智能化技术研究和发展建议

为了提高钻井速度,缩短钻井周期,开展了石油钻机自动化和智能化技术研究,形成了一整套管柱自动处理系统技术,实现了管柱输送、建立根、立根排放和井口作业的自动化和智能化。同时进行了钻机集成控制系统的研究,采用现代先进技术,将石油钻机变频系统、仪表系统、顶驱系统、视频监控系统和管柱处理系统等组成集成控制系统。应用"一键多能,多键协作"的理念实现钻机所有关键设备的集中控制与监视,完成了双司钻集成控制平台开发。克服了常规钻机配套的各子系统相互独立、配置重复的缺点,搭建了石油钻机自动化和智能化控制平台。最后对石油钻机未来的发展方向提出了几点建议。