智能控压钻井关键技术研究进展与展望

随着油气勘探开发快速向深层、深水、非常规等复杂难动用领域发展,涌、漏、塌、卡等井下风险显著增加,亟需研发自动化程度更高、且具有智能化操控能力的精细控压钻井技术与装备,加速由半自动化、自动化到智能化的发展进程,实现早期精准复杂工况预测,更快、更准地控制并消除钻井风险。在调研国内外控压钻井技术与装备的智能化发展现状的基础上,阐述了智能控压在智能控制、数据采集与处理等装备方面,以及井下复杂深度学习识别方法、智能决策分析软件等关键技术的研究进展,试验初步验证了其显著的技术优势,但仍有待现场充分验证与完善。建议进一步加速控压钻井技术与智能技术的跨界融合,建立支撑复杂油气高效勘探开发的智能控压钻井技术体系,助力我国油气工程技术高水平自立自强。

精细控压钻井技术及装备研究进展

精细控压钻井技术可使复杂地层普遍存在的井涌、漏失、坍塌、卡钻等井下复杂,特别是“溢漏同存”的窄密度窗口钻井难题得到有效解决,并提高复杂地层钻井成功率,实现安全、高效、快速钻井作业。实践证明,精细控压钻井技术越来越多地体现出常规钻井技术无法比拟的技术优势。文章介绍了精细控压钻井技术及装备的发展过程,重点介绍了笔者研究团队研发的控压钻井工况模拟装置及评价方法、精细控压钻井成套装备、集“钻、录、测”于一体的控压钻井方法以及欠平衡精细控压钻井工艺技术等核心技术,分析了精细控压钻井技术现场应用效果与适用性,提出了下步发展方向。精细控压钻井技术作为一项先进钻井技术,将是未来闭环钻井技术发展的重要基础。

自适应控制压力钻井关键技术及研究现状

为了减少钻遇压力敏感或安全压力窗口狭窄等复杂地层所产生的非生产时间,提出了对井底压力进行精确控制的自适应控制压力钻井的技术思路。探讨了控压钻井技术的井底压力控制机理,集成了所需关键技术装备,绘制了自适应控压钻井技术的关键技术路线图。系统地介绍了地层压力随钻检测技术、随钻井底环空压力测量、钻井液连续循环装置、井口回压检测与控制、数据传输技术的国内外技术现状。最后提出建议:国内相关单位应联合攻关,尽快研发具有自主知识产权的自适应控压钻井技术及相关装备,缩短与国际先进钻井技术间的差距。

国内外新型钻井设备技术新进展

为适应在各种地理、地质条件下钻井,国外研制了许多新型钻井设备。采用这些新设备可提高钻井速度,降低钻井成本,经济效果显著。总结出空气钻井设备、控制压力钻井设备、套管钻井设备、钻柱自动化排放系统等4种主要新型钻井设备的最近技术进展和现状。指出世界石油钻井设备的发展趋势:钻井设备品种更趋向多样化、系列化;通过新材料应用、液压驱动、自动控制和人工智能等先进技术的交叉结合,并随着计算机、通讯和网络技术的广泛应用,钻井设备的机械化、自动化、智能化发展显示出更大的优越性;新型钻井设备特别注重HSE(健康、安全、环保)方面的考虑,最大程度地采用遥控设备,通过钻井设备的自动化设计,尽量避免人工作业。对我国石油技术设备的发展提出建议,特别强调把我国石油钻井设备作为石油战略装备来对待,抓紧重点钻井设备的研发,加强生产厂家与高等院校、科研院所等单位的合作,建立开放型的技术合作体系。

国产精细控压钻井系列化装备研究与应用

针对国内深部复杂地层普遍存在的窄密度压力窗口控制难题,形成了具有独立知识产权的PCDS-Ⅰ、PCDS-Ⅱ和PCDS-S系列化精细控压钻井装备。高端PCDS-Ⅰ型装备井底压力控制精度0.2 MPa;中端PCDS-Ⅱ型装备实现了模块化设计,自动识别外部设备工况,工艺工况自动匹配;低端PCDS-S型装备达到了低成本安全、优化钻井作业的要求。针对不同需求可进行不同控压装备组合,在欠/近/过平衡控压钻井工艺自由转换,并实现9种工况、4种控制模式和13种应急转换的精细控制。现场应用结果证明:该系列装备与技术有效提升了油气勘探发现率,大幅延长了水平井水平段长,提高了单井产量,降低了钻井复杂度,对带动国内钻井装备制造技术进步具有重大意义。

控压钻井技术与装备现场试验

精细控压钻井技术是解决窄安全密度窗口地层、压力敏感性地层安全钻井问题的关键技术。国外已有成熟技术与装备,但服务价格高昂,国内"十一五"期间已完成样机研制,但未进行现场试验和规模化应用。为推进该钻井技术与装备的国产化和工业化,低成本解决国内塔里木、川渝等油气战略接替区类似安全钻井难题,中国石油天然气集团公司设立了精细控压钻井技术与装备现场试验项目。通过顶层设计"4511"目标,建立合理高效的项目组织,强化节点控制,加强过程监管,完成了精细控压钻井技术与装备的完善定型,实现了由工程样机到工业应用的重大跨越,打通了控压钻井创新成果向生产力转化的快车道。该技术和装备在川渝、冀东、塔里木油气田和海外区块规模化推广应用,支撑了相应区块的勘探开发,创造了显著的经济效益,彰显了集团公司的技术创新能力,提升了工程技术水平和海外市场的竞争力。

单通道控压钻井装备压力控制方法与应用

为进一步提高钻井效率和降低钻井成本,研制了单通道控压钻井装备。该装备去除了冗余通道和辅助通道,优化设计了自动节流控制系统,降低了控压钻井作业成本;加强了模块化设计和自动控制软件功能设计,既可与自带回压泵配合,也可用钻井泵进行控压起下钻和接单根等作业,并开发了井口憋压接单根的专家模式以及进行欠平衡控压钻进作业的欠平衡模式;可与井下作业和固完井作业相结合,实现全过程控压作业。应用结果表明:单通道控压钻井装备在钻进过程中能够自动精确控制井口回压,自动监测钻井液进出口流量和立管压力,有效解决钻井过程中的漏失和溢流等问题。单通道控压钻井装备压力控制方法为安全快速钻井提供了保障。