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快来了解钻机的最新发展趋势(下)

快来了解钻机的最新发展趋势(下)

随着油气行业稳步走出油价低迷的黑暗时期,钻机的数量以及日费逐渐攀升。越来越多的钻井公司正部署更高级的钻机,以满足作业者的需求。本文将从五个方面,介绍五家公司的最新钻机技术。

来自丨DC
编译丨TOM

尽管钻机在油价低迷期间处于闲置状态,但许多承包商却没有这样做,抓住机会通过升级设备以及采用前所未有的技术,为新一轮的钻井浪潮做好准备。

强大的钻机,智能的系统

Nabors是页岩热潮初期交流电钻机的首批开发商之一,该公司已经定义了一种新的高规格钻机,Nabors SmartRig系列。该系列中的PACE X750,X800,M750,M800以及M1000钻机均采用了更多的钻杆盒子、高压泥浆系统以及集成式移动套件。美国运营副总裁Edgar Rincon解释称:“除了钻机的能力之外,这支队伍之所以‘智能’,还在于其严密的控制系统。该系统可以自动执行地面上的重复性任务,也可自动执行复杂任务,从而提高井下作业效率。”

最新设计是PACE M1000钻机,其中四台在Permian与Eagle Ford区块中作业。全部配备三台1600马力的泥浆泵;7500 psi额定压力的泥浆系统;四台发动机,每台发动机额定功率为1476马力;1000千磅的钩载能力;多平台移动能力;高功率绞车,以提供更快的起下钻速度;以及900千磅承重能力的钻杆盒子,能排列30000英尺的5.5寸钻杆与35000英尺的5寸钻杆。

Rincon表示:“除了安全性之外,作业者还关注两个优先事项:交付油井所需的时间(通常从开钻到拆卸钻机),以及井位质量(与设计轨迹的对比以及最小扭曲度)。解决方案必须具有可扩展性,并严格控制成本。我们认为,仅靠扩大设备资产的能力根本无法解决目前油井面临的挑战。提高安全、一致以及可靠的性能,需要设备、复杂的软件与控制系统、自动化、数据汇总与处理以及合格人员的结合。”

司钻们面临着各种各样的问题,这些问题因油藏而异。这些因素包括井下温度高、溢流与井漏、更长的水平段、间距更小的轨迹、井眼清洁需要更高的水马力、井眼就位困难。Rincon表示:“成功的关键在于操控钻机,使其能够保护底部钻具组合,在长水平段中避免过早失效。”

模块化控制系统可以为所有SmartRig设备提供标准化以及扩展现有与未来的自动化功能。他说:“例如,随着控压钻井(MPD)系统变得愈发普遍,我们已经将控压钻井系统整合到控制系统平台中。这迎合了不断增长的服务需求,以解决溢流与井漏,控制气全量,优化机械钻速,缩短调节泥浆的时间,并减少憋扭憋卡与卡钻事故。”

Nabors的移动式MPD-ready钻机集成了钻机控制、地面传感器以及软件,可确定井下压力环境限制,并在钻井时控制环空液压。

该公司的CRT-Ready系统使下套管更加方便,而且无需独立的下套管工具系统。Directional-Ready钻机集成了井下设备与钻机控制,以确保大位移水平井的精确井位。结合Navigator定向钻井平台,SmartRigs得到了进一步的增强,能够实现更精确的定向钻井决策,还配备有ROCKit Pilot系统,现已进行了最终测试。后者将自动执行自动、闭环的导向决策。

复杂:新常态

集成众多自动化钻机系统以优化钻井作业,这是很多承包商的首要任务。Ensign能源服务公司Well Site技术集团副总裁Sean Halloran表示:“钻机的自动化与控制系统一直处于落后地位。然而,油价的低迷给公司的发展提供了机会。复杂是常态。凭借数据与分析的有效性,我们可以围绕可能的方式,与客户进行更丰富的对话。”

五年前,该公司着手开发Ensign EDGE,它集成了钻机控制、数据分析与通信,以优化整个建井作业周期的性能,最终目的是改善机械钻速与其他参数。Halloran说:“将这些自动化功能集成到一个有凝聚力的系统,可以带来更多价值。在非常规油藏中,我们在相同时间内钻进进尺达到之前的两倍。目前面临的挑战是保持可重复性,这样我们才能达到关键的绩效指标。”

该控制系统目前安装在该公司的35台大型交流电与小型液压钻机上。目前,Ensign的170个全球钻机队伍中约有90个正在作业。随着闲置钻机重新投入使用,SCR钻机改装了交流电顶驱,它们将配备EDGE系统。

Halloran表示:“随着这种演变,我们在模块化软件包中拥有了钻机的大脑,允许不同学科以共同语言进行交流。通过引入过程自动化与可重复性,我们将接扣时间缩短至不到三分钟,在某些情况下提效了100%,在大多数情况下提效了50%以上。”

在Permian区块,Ensign的高规格交流电移动式钻机的需求量最大,因为作业者需要在顶驱上获得更高的扭矩,从泥浆泵获得更高的泵压,以及在井架中排立更多钻杆。一口Permian的井中,控制系统将钻井时间从14天缩短至8天。今年年初,Alberta一台配备有EDGE控制系统的ADR超规格钻机,在14天内钻出加拿大最深的陆上井,井深为25492英尺(7770米)。该系统还被用于阿根廷Vaca Muerta地层的作业。

Ensign的ADR 200与300钻机系列,包括灵活与高度自动化的液压钻机,这些钻机在致密地层中具有优势,可钻出浅层水平井。这些钻机在加利福尼亚、阿曼、加拿大西部与澳大利亚作业,钻探煤层气井与传统油井。在加利福尼亚州贝克斯菲尔德,ADR 300钻机通常在一天内钻2000英尺,并在24小时内移至下一口井。这些钻机易于在城市地区运输,具有高度自动化的钻台,自动起升臂可将管柱移动至与井中心对齐,并使用自动铁钻工进行接扣。

目前一个新趋势是大型钻机使用电池与天然气发动机,它不像柴油发动机那样快速地加速。Halloran表示:“电池能立即加速,然后退回,这样发动机就能接管,提供更稳定的动力。”他还指出,Ensign曾经拥有最大的天然气钻机。在油价低迷期间,这种做法有所下降,但今年该公司计划重新推出一种混合动力钻机,以证明其节省燃料、减少排放、更好地控制钻机的经济模式。

升级老式钻机

对于传统市场,Norton能源公司正在改造其8台800马力与1000马力的机械钻机,以适应Permian区块北部San Andres地层的水平井钻井作业。那里的水平段长度通常为1至1.5英里,井深为10000至13500英尺,垂深为4800至5300英尺。

Norton解释道:“越往北,Permian区块变得更浅,它的白云岩地层与Midland和Delaware区块的堆叠页岩层形成对比。我们的客户不需要7500psi的超级规格钻机来钻这些浅层水平井与直井,也不需要移动系统,因为每口井都有自己的平台。”Eagle Ford与Oklahoma区域的浅部含气地层,情况也是如此。

他继续说道:“五年前,我们意识到我们传统的折叠井架钻机将会被淘汰,因此我们建造了新的桅杆式井架,可以立更多的钻杆,用于钻水平井。”桅杆式井架拥有一个固定的顶驱,即使在移动时也能保持在井架上。机械泥浆泵能力也从1000马力与3500 psi额定泵压增加至1600马力与5000 psi额定泵压,以增加水平段钻进时的排量。事实证明,900马力的绞车足以钻这些井,最大压力约为3500 psi。

Norton表示:“这些钻机从上世纪40年代至本世纪头十年中期一直存在,因为它们效率很高,移动起来也很方便。在现有的框架中添加一些更高规格的设备与更好的技术,我们就会拥有一台能够胜任更多工作的钻机。”

作业者也确实需要快速高效的钻井平台,Norton表示:“我们试图保持灵活、快速的装配。我们所有的钻机都不需要一天以上的时间来移动,甚至我们的双排架也可以在半天内移动与装配。我们每隔10到11天就会移动至下一口井。”

展望未来,Norton能源公司有望根据市场需求,进行进一步的升级。Norton说:“我们最终将进入交流电钻机市场,甚至可以添加移动系统。目前正在整合铁钻工与液压猫道,并且在某个时候,我们将添加电动泵与交流电绞车。”

“在过去的六年中,该行业已经从勘探/开发模式转变为钻出长水平段的模式,这种井段需要大量的技术才能钻至‘油藏甜点’。我们需要研究如何才能高效的钻出水平段。”

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