自动化、智能化——钻井技术发展大趋势.pptx

中国石油集团经济技术研究院CNPC Economics & Technology Research Institute自动化、智能化钻井技术发展的大趋势中国石油集团经济技术研究院CNPC Economics & Technology Research Institute2前 言汽车制造业先进的生产线早已实现了自动化、无人化。中国石油集团经济技术研究院CNPC Economics & Technology Research Institute汽车驾驶在澳大利亚一些大型矿山，自动装卸重卡早就实现了无人驾驶。国内外公路小骄车无人驾驶已经试验成功。中国石油集团经济技术研究院CNPC Economics & Technology Research Institute4航空业大型民航客机可以全程自动飞行，只是出于安全考虑，起飞和降落仍由飞行员操作。中国石油集团经济技术研究院CNPC Economics & Technology Research Institute5航天业飞船（神舟）与空间站（天宫飞行器）能够自动交汇对接。中国石油集团经济技术研究院CNPC Economics & Technology Research Institute6军事领域美军无人机已投入实战。最近在航母上起飞、降落试验取得了成功。中国石油集团经济技术研究院CNPC Economics & Technology Research Institute7在众多行业的自动化、智能化和无人化大潮的推动下，石油钻井也在朝着自动化、智能化方向迈进，只是要滞后很多。中国石油集团经济技术研究院CNPC Economics & Technology Research Institute一、钻井自动化现状二、钻井智能化趋势三、钻井无人化前景四、结论与建议汇报内容中国石油集团经济技术研究院CNPC Economics & Technology Research Institute9 钻井自动化主要由地面自动化、井下自动化、钻井信息化构成。一、钻井自动化现状钻井信息化地面自动化井下自动化中国石油集团经济技术研究院CNPC Economics & Technology Research Institute10钻机自动化设备自动化钻机井口自动化设备，比如铁钻工配备自动送钻设备的一体化司钻控制室顶部驱动装置 自动排管设备 自动猫道或管具自动传送装置等海洋自动化钻机（双作业钻机）陆地自动化钻机多参数测量仪或综合录井仪地面自动化1、地面自动化中国石油集团经济技术研究院CNPC Economics & Technology Research Institute地面自动化陆地自动化钻机NOV的RAPID钻机为提高钻井效率和安全性，设备制造商推出了一些陆地自动化钻机。中深井钻机钻深能力3600米（12000ft）井架高度24米，可以处理单根钻杆电驱动钻机顶驱铁钻工全自动井口设备全自动钻杆处理装置一体化司钻控制室中国石油集团经济技术研究院CNPC Economics & Technology Research Institute美国H&P公司FlexRig钻机(就在用钻机数而言，是美国最大的陆地钻井承包商)美国Patterson-UTI钻井公司APEX钻机国外一些大的钻井承包商也根据自身需要定制了一些陆地自动化钻机。地面自动化陆地自动化钻机中国石油集团经济技术研究院CNPC Economics & Technology Research Institute地面自动化陆地自动化钻机与普通陆地钻机相比，自动化陆地钻机可明显提高作业效率。美国H&P公司和加拿大Ensign能源服务公司陆地钻机概况概况美国H&P公司（2012年底）加拿大Ensign能源服务公司（2012年底）陆地钻机数273台（在美国，大约一半用于开发页岩气、页岩油）299台电驱动钻机占比100%交流变频电驱动钻机占比87%顶驱配置率100%自动化钻机占比93%(FlexRig)37%(ADR)中国石油集团经济技术研究院CNPC Economics & Technology Research Institute最具代表性的海洋自动化钻机是双作业钻机，其主要特点是正常钻进、起下钻、下套管、固井等常规作业由主钻机完成，组装拆卸钻柱、下放隔水管柱、下放与回收水下器具等辅助作业由辅钻机完成，主辅作业可以同步进行，可显著提高钻井效率，缩短钻井周期。双作业钻机市场几乎被NOV和挪威Aker Solutions公司所垄断。地面自动化海洋自动化钻机中国石油集团经济技术研究院CNPC Economics & Technology Research Institute荷兰Huisman设备公司设计了一种结构独特的双作业钻机多功能箱式钻塔。地面自动化海洋自动化钻机HuisDrill 12000型钻井船Noble钻井公司已建造了4艘配备多功能箱式钻塔的深水钻井船，其中2艘的额定作业水深高达3657米，另2艘的额定作业水深为3048米。JBF14000型半潜式钻井平台（额定作业水深14000英尺，合4267.2米）中国石油集团经济技术研究院CNPC Economics & Technology Research Institute应用现状双作业钻机已在深水浮式钻井装置（深水半潜式钻井平台和深水钻井船）上得到广泛应用，已经成为深水钻井利器。未来展望展望未来，双作业钻机将成为深水浮式钻井装置的标配钻机。在技术上，双作业钻机将得到进一步发展，结构将更加多样化，钻深能力、自动化水平、作业效率和安全性将进一步提升，有力地推动未来深水油气勘探开发。地面自动化海洋自动化钻机中国石油集团经济技术研究院CNPC Economics & Technology Research Institute地面自动化钻机自动化设备一体化司钻控制室铁钻工自动排管设备钻机自动化设备井口自动化设备，比如铁钻工配备自动送钻设备的一体化司钻控制室顶部驱动装置 自动排管设备 自动猫道或管具自动传送装置等多参数测量仪或综合录井仪中国石油集团经济技术研究院CNPC Economics & Technology Research Institute井下自动化MWD、LWD、近钻头地质导向仪自动垂直钻井系统旋转导向钻井系统2、井下自动化随钻地震（井下“眼睛”）（井下“望远镜”，有助于实现随钻前探）（井下“方向盘”）国际定向钻井市场构成 自动垂直钻井系统能够自动钻成垂直井眼，是高陡构造的克星，高难度直井钻井的利器。在此基础上发展起来的旋转导向钻井系统，是定向钻井技术的一次革命，也是当今石油钻井行业一项最尖端的井下技术，已成为水平井和大位移井钻井的重要利器。经过10多年的发展，其应用规模不断扩大，越来越多地取代常规定向钻井，国际市场份额已占国际定向钻井市场的1/3。中国石油集团经济技术研究院CNPC Economics & Technology Research Institute 为适应高效开发页岩气等非常规油气的需要，斯伦贝谢和贝克休斯公司相继推出了高造斜率旋转导向钻井系统，其最大造斜能力范围1518/30米，可缩短造斜井段的长度，从而缩短靶前距，增加水平段长度，有利于提高油气产量。斯伦贝谢的PowerDrive Archer系统 贝克休斯的AutoTrak Curve系统 中国石油集团经济技术研究院CNPC Economics & Technology Research Institute造斜段+水平段钻井进尺 造斜段+水平段钻井用时对比 案例1 16口页岩气水平井造斜段+水平段一趟钻完钻，平均钻井周期锐减40%以上2012年Marcellus页岩气产区贝克休斯公司的AutoTrak Curve系统造斜段+水平段的平均钻井进尺从1813.8米增加到了2508.5米。平均钻井用时从15.8天减至7.6天，锐减51.9%，均实现了“造斜段+水平段”一趟钻完钻。平均日进尺从114.5米/日增至328.7米/日，提高178%。加上直井段钻井用时，平均钻井周期锐减40%以上。中国石油集团经济技术研究院CNPC Economics & Technology Research Institute案例2 一口大约4019米深的水平井，二开“直井段+造斜段+水平段”一趟钻完钻2012年初Eagle Ford页岩气水平井中（一口三维水平井，造斜井段的设计造斜率为8/30米）贝克休斯公司6-3/4英寸AutoTrak Curve系统，长度11.58米，最大造斜率15/30米8-3/4英寸PDC钻头一次下井钻开表层套管的套管鞋，从801.9米钻至总井深4019.7米，共钻进3217.8米，实现了二开“直井段+造斜段+水平段” 一趟钻完钻，减少了两次起下钻。共用时5.95天，平均机械钻速27.43米/小时，比邻井缩短2.5天。中国石油集团经济技术研究院CNPC Economics & Technology Research Institute2013年初Eagle Ford 页岩气水平井斯伦贝谢公司6-3/4英寸PowerDrive Archer，长度5.06米，最大造斜率15/30米为页岩层定制的8英寸 Spear SDi513 钢体PDC钻头一趟钻完成进尺3277.8米，实现了二开“直井段+造斜段+水平段” 一趟钻完钻平均机械钻速16.76米/小时钻井用时8天，比邻井节省4天时间案例3 一口大约4527米深的水平井，二开“直井段+造斜段+水平段” 一趟钻完钻大约1250米中国石油集团经济技术研究院CNPC Economics & Technology Research Institute未来展望 迄今为止，在美国页岩气钻井中，“造斜段+水平段”一趟钻已经司空见惯，“直井段+造斜段+水平段”一趟钻还只是个案，但它能够简化井身结构、缩短钻井周期和降低钻井成本，因此我们认为，它代表着水平井钻井技术未来的一个发展方向。随着钻头、钻井液、旋转导向钻井等技术的不断发展，相信“直井段+造斜段+水平段”一趟钻完钻未来有望成为主流。只用两只钻头中国石油集团经济技术研究院CNPC Economics & Technology Research Institute钻井信息化钻井工程软件包远程实时作业中心井下实时信息地面实时信息多学科专家团队 钻前方案设计 钻中决策支持通过远程实时分析，实时优化调整作业方案，比如实时优化地质导向；预判即将发生的井下复杂情况或钻井事故，及时采取措施防患于未然，降低作业风险，减少非生产时间，缩短钻井周期；对已发生的井下复杂情况或钻井事故进行快速、恰当的处理；减少专家长途奔波，提高决策效率和质量，减少现场作业人员，提高作业安全性。 钻后评估 降低综合成本远程实时作业中心是钻井信息化的重要组成部分。3、钻井信息化中国石油集团经济技术研究院CNPC Economics & Technology Research Institute贝克休斯壳牌在全球有6个远程实时作业中心斯伦贝谢在全球共建了10多个远程实时作业中心。这是一个工厂化钻井专家团队哈里伯顿国际油公司和技术服务公司在全球建立了多个远程实时作业中心。中国石油集团经济技术研究院CNPC Economics & Technology Research Institute远程实时作业中心是钻井信息化的一个重要组成部分，正发挥越来越重要的作用。壳牌、斯伦贝谢、威德福、NOV等公司正在开发更加智能的下一代自动化钻井软件包，将更好地支持自动化钻井，进一步推动钻井智能化。中国石油集团经济技术研究院CNPC Economics & Technology Research Institute汇报内容一、钻井自动化现状二、钻井智能化趋势三、钻井无人化前景四、结论与建议中国石油集团经济技术研究院CNPC Economics & Technology Research Institute二、钻井智能化趋势钻井智能化主要由地面智能化、井下智能化和智能钻井专家系统构成。智能钻井专家系统地面智能化井