國(guó)際鉆井裝備與技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)與方向

　　隨著全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)油氣資源的需求量日益增加、油氣勘探開(kāi)發(fā)的不斷深入，能源行業(yè)對(duì)鉆井裝備與技術(shù)的要求越來(lái)越高。作為石油天然氣工業(yè)的核心施工環(huán)節(jié),鉆井是一項(xiàng)投資巨大的風(fēng)險(xiǎn)性工程，鉆井裝備的優(yōu)劣直接影響著鉆井速度、鉆井安全和鉆井經(jīng)濟(jì)效益，而勘探施工環(huán)境的復(fù)雜化對(duì)鉆井裝備適應(yīng)不同操作情況的能力也提出了更高要求。

　　目前，鉆井的投資占整個(gè)石油勘探開(kāi)發(fā)投資的50%以上，是影響油氣勘探開(kāi)發(fā)整體效益的關(guān)鍵因素。鉆井技術(shù)的進(jìn)步對(duì)石油天然氣工業(yè)的發(fā)展有著舉足輕重的作用。

　　針對(duì)鉆井行業(yè)對(duì)裝備可靠性、功能性與技術(shù)智能化越來(lái)越高的需求，世界各大石油公司紛紛以引進(jìn)或研發(fā)先進(jìn)技術(shù)和高端鉆井裝備的方式，提高鉆井完井的工作效率，促進(jìn)技術(shù)集成以實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目一體化解決方案，提高鉆井完井技術(shù)的自動(dòng)化、智能化及人性化水平，從而實(shí)現(xiàn)油田開(kāi)發(fā)的經(jīng)濟(jì)利益最優(yōu)化。

　　精悍化鉆機(jī)催生效率質(zhì)變

　　更小更緊湊的鉆機(jī)結(jié)構(gòu)，一直是各大石油公司致力于實(shí)現(xiàn)的發(fā)展構(gòu)想，也是當(dāng)今鉆機(jī)技術(shù)發(fā)展的探索方向。作為鉆井作業(yè)最重要的“重武器”，精悍化的鉆機(jī)能夠在適應(yīng)傳統(tǒng)鉆機(jī)同等的工作環(huán)境的情況下，達(dá)到減少能耗、加快施工速度的目的，同時(shí)能夠滿(mǎn)足復(fù)雜作業(yè)環(huán)境，如海上油井、灘涂等對(duì)技術(shù)與精度的要求，使鉆機(jī)的適應(yīng)能力進(jìn)一步提高，同時(shí)也降低了作業(yè)成本，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益優(yōu)化。

　　在促進(jìn)鉆井系統(tǒng)精簡(jiǎn)效率化的方案中，殼牌公司提出了一系列完整的構(gòu)想。殼牌開(kāi)發(fā)了地表防噴器系統(tǒng)，該系統(tǒng)是能夠在深水域及更加不穩(wěn)定的海況中工作的海底高科技裝置，使2至3代的鉆機(jī)能夠在需要4至5代鉆機(jī)的條件下進(jìn)行鉆井作業(yè)，從而顯著降低了隔水管的作業(yè)時(shí)間及巨大而復(fù)雜的常規(guī)海底防噴器組的安裝，可以用小規(guī)模作業(yè)的鉆井耗費(fèi)實(shí)現(xiàn)深水鉆井作業(yè)。

　　殼牌公司將無(wú)立管泥漿回收系統(tǒng)與地表防噴器結(jié)合構(gòu)成海底隔離裝置，使之在深水作業(yè)中實(shí)現(xiàn)比常規(guī)防噴器更加優(yōu)化的效率與能力。目前該系統(tǒng)工作的最大水深是5000英尺（約1500米）、配合套管尺寸達(dá)到45英寸。殼牌公司已經(jīng)在5個(gè)鉆井平臺(tái)的22口井使用了地表防噴器系統(tǒng)，累計(jì)水深已達(dá)到9400英尺。

　　同時(shí)，殼牌公司正在進(jìn)行一種高端慣性頭性鉆機(jī)、鉆井船的研發(fā)。該鉆機(jī)結(jié)構(gòu)相比傳統(tǒng)鉆機(jī)將更加緊湊，工作更有成效。而新型鉆井船在建造和作業(yè)耗費(fèi)遠(yuǎn)低于第五代鉆井船的情況下，依然能夠?qū)崿F(xiàn)與第五代作業(yè)鉆井船相當(dāng)甚至更好的作業(yè)績(jī)效。另一方面，該鉆井船具有適應(yīng)從熱帶到極地作業(yè)環(huán)境的能力，能大幅降低燃料消耗，節(jié)省作業(yè)時(shí)間。該鉆井船使用罐頭式鉆井平臺(tái)，節(jié)約井架的大量空間，可以用做準(zhǔn)備工作、鉆機(jī)配套設(shè)施的安放。這種鉆井船集中體現(xiàn)了殼牌在鉆井作業(yè)上輕捷精悍并高效的發(fā)展構(gòu)想。

　　效率與成本一直是鉆井技術(shù)研究人員致力于加以控制的因素。哈里伯頓公司推廣的多分支井技術(shù)，適用于輕質(zhì)原油水下裝置、利潤(rùn)微薄的稠油開(kāi)采、腐蝕性高溫或超壓油氣藏等不同作業(yè)條件的多種項(xiàng)目開(kāi)采，并且具有低風(fēng)險(xiǎn)及節(jié)省作業(yè)成本的特點(diǎn)。而套管鉆井，被威德福公司定義為“挑戰(zhàn)未來(lái)的先進(jìn)技術(shù)”，通過(guò)將套管當(dāng)作鉆柱的方式，采用一個(gè)可鉆碎的鉆頭鉆進(jìn)，達(dá)到目的深度之后把鉆頭留在井眼內(nèi)，從而省略了起鉆工序即可進(jìn)行固井作業(yè)。使昂貴的鉆機(jī)費(fèi)用得以節(jié)省，建井成本全面降低，停鉆時(shí)間也大大縮短。威德福公司也對(duì)鉆井工作的靈活性進(jìn)行了全方位的探索，該公司將惡劣環(huán)境定向設(shè)備與緊湊型測(cè)井系統(tǒng)相結(jié)合，使系統(tǒng)能夠適應(yīng)不同溫度、不同作業(yè)環(huán)境、不同軌道面及不同壓力狀況下的鉆井條件，進(jìn)一步提高測(cè)井質(zhì)量，構(gòu)成靈活的傳輸方式流程。各大公司正通過(guò)不同方式推進(jìn)技術(shù)革新，使鉆機(jī)作業(yè)向輕質(zhì)高效的方向不斷發(fā)展。

　　自動(dòng)化鉆機(jī)促進(jìn)智能生產(chǎn)

　　隨著計(jì)算機(jī)、通訊及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，鉆井作業(yè)的自動(dòng)化逐漸成為可能并持續(xù)發(fā)展。自動(dòng)化鉆機(jī)更高的智能水平，能夠減少人工作業(yè)，提高鉆井生產(chǎn)的精確性，還能保證生產(chǎn)的安全系數(shù)，提供成熟的一體化鉆完井的解決方案，使鉆井技術(shù)更加有價(jià)值地得到使用。

　　自動(dòng)化是殼牌鉆井發(fā)展的核心方向，而實(shí)時(shí)作業(yè)中心則是殼牌智能化發(fā)展的集成。殼牌鉆井自動(dòng)化智能化系統(tǒng)示意圖清晰表明了殼牌如何將先進(jìn)技術(shù)與遠(yuǎn)程監(jiān)控相結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)鉆井流程的自動(dòng)化、智能化。

　　殼牌在其全球鉆井業(yè)務(wù)中廣泛推廣了可控壓鉆井和機(jī)械比能優(yōu)化的理念。其中比能優(yōu)化技術(shù)能夠計(jì)算出鉆井時(shí)破巖的能量消耗，通過(guò)優(yōu)化措施，使破巖能量消耗降到最低，實(shí)現(xiàn)最大鉆井效率。這一技術(shù)可以降低人為偏好的影響，從而選擇鉆井最優(yōu)方案，使鉆井工序最大程度減少人為的干擾，也使時(shí)間得到最大程度的節(jié)約。

　　貝克休斯也廣泛推行套管鉆井和隨鉆擴(kuò)眼技術(shù)，簡(jiǎn)化擴(kuò)眼工具部件，減少鉆井過(guò)程中的振動(dòng)，從而提高鉆井系統(tǒng)的可靠性。挪威NOV公司最新研發(fā)的海洋鉆井升沉補(bǔ)償技術(shù)中所包含的主動(dòng)浪涌補(bǔ)償絞車(chē)和主動(dòng)浪涌補(bǔ)償?shù)鯔C(jī)，也大幅度提高了鉆井工序的效率，減少鉆井施工耗時(shí)，并提出了在海洋鉆井中諸多困難的合理解決方案。

　　威德福公司對(duì)控制壓力鉆井技術(shù)進(jìn)行了深度開(kāi)發(fā)，并推廣了特殊精確控制鉆井。相比標(biāo)準(zhǔn)精確控壓鉆井，特殊精確控壓鉆井能更好地控制井筒內(nèi)的當(dāng)量循環(huán)密度，使其在更惡劣情況下仍小于破裂壓力梯度，使泥漿比重低于孔隙壓力梯度的情況下仍控制井筒內(nèi)壓力待于地層孔隙壓力，從而消除泥漿比重過(guò)高對(duì)鉆井精確性的影響。同時(shí)威德福還使用一整套控制壓力鉆井設(shè)備，最大限度的提高鉆井的自動(dòng)化水平，通過(guò)井涌自動(dòng)檢測(cè)和控制、精確測(cè)定地層孔隙壓力、精確測(cè)定地層破裂壓力梯度，使鉆井工序?qū)щy的檢測(cè)與解決能力進(jìn)一步提高，減少誤差所帶來(lái)的對(duì)能量與裝備的損耗。

　　自動(dòng)化生產(chǎn)所推進(jìn)的智能化生產(chǎn)方式，是鉆井施工的必然發(fā)展趨勢(shì)，也是石油天然氣工業(yè)發(fā)展的更高層次要求。對(duì)工作流程和結(jié)果誤差率的控制，能使鉆井生產(chǎn)變得更加可控，生產(chǎn)效率和HSE水平也得到顯著增強(qiáng)。

　　人性化促進(jìn)HSE水平提升

　　人工作業(yè)及高難度、高風(fēng)險(xiǎn)作業(yè)內(nèi)容的比重，是衡量現(xiàn)代油氣工業(yè)安全水平高低的重要標(biāo)準(zhǔn)。鉆井作業(yè)的人性化是鉆井生產(chǎn)自動(dòng)化、智能化水平發(fā)展的必然結(jié)果，自動(dòng)化技術(shù)水平能夠縮減人工作業(yè)量，并最大程度規(guī)避高風(fēng)險(xiǎn)作業(yè)可能帶來(lái)的對(duì)施工人員的人身傷害。

　　殼牌目前正極力推行的集成鉆井優(yōu)化方案，是通過(guò)自動(dòng)化推動(dòng)整體鉆井工序人性化的典型之一。鉆井自動(dòng)化技術(shù)的引入和自身作業(yè)運(yùn)作能力的提高，是集成優(yōu)化方向的技術(shù)支持，而廣泛且高素質(zhì)的作業(yè)人員，是推動(dòng)鉆井集成的基礎(chǔ)。加強(qiáng)人員素質(zhì)培訓(xùn)，提高員工能力，能夠加速實(shí)現(xiàn)鉆井的效率優(yōu)化和裝備的自動(dòng)化，而提供完善的培訓(xùn)教材和對(duì)職工角色與職責(zé)的重新定義，同時(shí)完善作業(yè)工具及醫(yī)療配備等措施，為系統(tǒng)的自動(dòng)化發(fā)展提供支持之余，也帶動(dòng)了HSE整體水平的提高，使工作環(huán)境的衛(wèi)生及安全條件更加完善，實(shí)現(xiàn)了人性化-自動(dòng)智能化-效率化的激發(fā)式一體化發(fā)展，“把難活重活交給技術(shù)，把智力活簡(jiǎn)易活交給員工”的目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)。

　　殼牌的實(shí)時(shí)作業(yè)中心，則實(shí)現(xiàn)了人與技術(shù)在鉆井工序中的角色置換。實(shí)時(shí)作業(yè)中心在充分利用自動(dòng)化技術(shù)、利用人工智能的力量在施工前線的同時(shí)，也讓人類(lèi)的決策與操控能力在后方得以充分發(fā)揮，同時(shí)也提高了施工安全系數(shù)，以遠(yuǎn)程操控的方式實(shí)現(xiàn)人與裝備的互動(dòng)，使人在鉆井施工中處于更高的統(tǒng)領(lǐng)作用，達(dá)到與技術(shù)的一體化和諧運(yùn)作。

　　其他國(guó)際石油公司，在推行人性化鉆井生產(chǎn)方式方面，也進(jìn)行了有益且具有突破性的探索。貝克休斯開(kāi)發(fā)了實(shí)時(shí)隨鉆數(shù)據(jù)測(cè)量和處理系統(tǒng)，在下鉆之前對(duì)井下鉆井環(huán)境進(jìn)行全面勘測(cè)，在提高鉆井效率、減少無(wú)謂的鉆頭磨損之余，也將前期工作做充分，減少了可能的安全事故，并讓作業(yè)人員盡可能遠(yuǎn)離可能出現(xiàn)危險(xiǎn)的現(xiàn)場(chǎng)。

　　以效率為根，以人性為本。隨著油氣勘探環(huán)境的進(jìn)一步復(fù)雜化，鉆井裝備與技術(shù)的更新?lián)Q代也會(huì)由此不斷加速，鉆井工具的分工將會(huì)向著輕簡(jiǎn)化和自動(dòng)化的方向進(jìn)一步細(xì)化。而高度自動(dòng)化的鉆機(jī)，能夠最大程度地減少人工作業(yè)的工作量與工作風(fēng)險(xiǎn)，從而實(shí)現(xiàn)以自動(dòng)化促進(jìn)效率化，以效率化提高人性化的發(fā)展構(gòu)想。