挪威國家石油公司正在致力于各個子系統(tǒng)的研發(fā)，以便加裝到總系統(tǒng)中。他們相信通過一系列的技術(shù)努力，一種新的、全自動的鉆井系統(tǒng)會在不久的將來成為現(xiàn)實。兩種解決方案是Dri11tronics和econtrol/eDrilling(電子控制/電子鉆井)概念。

 

  該技術(shù)是一種技術(shù)集合，是技術(shù)綜合應(yīng)用的問題。設(shè)計自動鉆井系統(tǒng)是大勢所趨，因為它可加快鉆井進(jìn)程。未來鉆井概念的基礎(chǔ)是采用高速遙測鉆桿，高速遙測鉆桿正處在形成商業(yè)化產(chǎn)品的階段。自動鉆井系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具備優(yōu)化鉆井作業(yè)的功能，具體包括：能夠加快鉆進(jìn)/起下鉆的作業(yè)速度；能夠放慢鉆進(jìn)/起下鉆的作業(yè)速度；能夠更容易監(jiān)測溢流，有利于井控；實現(xiàn)自動開泵/停泵；實現(xiàn)自動鉆井液監(jiān)測；能夠高效應(yīng)用遙測鉆桿，即實時采集井下數(shù)據(jù)；實現(xiàn)鉆井過程的自動化，始終正確地處理井眼問題，減少人為失誤，使非生產(chǎn)時間降低到最低程度。

 

  1.Drilltronics

 

  該系統(tǒng)采用動態(tài)過程模型模擬井內(nèi)流動與鉆柱動力學(xué)，采用先進(jìn)的粘性恒溫物理流變動力學(xué)模型模擬固相輸送與狀態(tài)方程，扭矩與摩阻模擬則是基于“軟繩”模型，采用預(yù)先開發(fā)的鉆井?dāng)?shù)據(jù)完善系統(tǒng)對動力學(xué)測量數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，從而篩選并導(dǎo)出模型需要的輸入數(shù)據(jù)。流動模型解是一個半隱含矩陣解，明顯與水體轉(zhuǎn)移有關(guān)，從而可實時獲得復(fù)雜流動的解，通過采用卡爾曼濾波技術(shù)完成模擬計算，其中壓力校正采用了相似流動摩擦系數(shù)。

 

  2.現(xiàn)場測試

 

  挪威國家石油公司于2008年1月對一套用于優(yōu)化鉆進(jìn)控制的新系統(tǒng)進(jìn)行了一次全尺寸的現(xiàn)場測試，該試驗是在挪威國家石油公司位于挪威大陸架的Statfjord地區(qū)的C平臺上進(jìn)行的，此次測試則使用了主動式的。該系統(tǒng)的工作情況令人滿意，達(dá)到了預(yù)期的效果，在主動控制模式測試期間沒有發(fā)生HSE事故。同時表明，該系統(tǒng)的人-機(jī)界面需要進(jìn)行一些改進(jìn)。此后，對其它的主動控制模塊也進(jìn)行了測試。

 

  （1）摩阻測試模塊

 

  該模塊由許多編程的井內(nèi)摩阻自動測試組成，井內(nèi)摩阻與鉆柱上提、下放以及是否旋轉(zhuǎn)有關(guān)，對該模塊進(jìn)行編程還可使其具備自動擴(kuò)劃眼功能。對動力學(xué)測量數(shù)據(jù)的自動分析會給出井內(nèi)摩阻情況，摩阻變化趨勢分析則會表明鉆屑的聚集情況、井眼穩(wěn)定情況和井眼質(zhì)量狀況。該模塊在鉆進(jìn)期間的每次接單根時都得到了應(yīng)用。

 

  （2）起下鉆/擴(kuò)劃眼控制

 

  該模塊用來限制鉆柱起下的速度與加速度，以避免產(chǎn)生過高的激動壓力與抽汲壓力，即“跑出”孔隙/破裂壓力窗口，起下鉆控制有助于避免溢流、地層破裂與井漏發(fā)生；擴(kuò)劃眼控制可限制鉆柱的旋轉(zhuǎn)速度從而避免倒扣/卡鉆，將操縱桿“開到家”。該模塊便會將起下鉆/擴(kuò)劃眼的速度控制在安全的范圍內(nèi)。該模塊在裸眼起下鉆過程中和摩阻自動測試期間得到了應(yīng)用。

 

  （3）開泵

 

  該模塊可控制泵排量由小到大逐漸增加到合適的值，以免井內(nèi)壓力超過地層破裂壓力引發(fā)鉆井液漏失。該模塊包括半自動和手動兩種模式，在此次先導(dǎo)試驗中，每次接單根時都應(yīng)用了半自動優(yōu)化功能。

 

  3.窄壓力窗口

 

  挪威國家石油公司的供應(yīng)商正在研發(fā)244.5mm與177.8mm旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向尾管鉆井系統(tǒng)。該系統(tǒng)包含一個全套的鉆井工具包，通過帶膨脹管的導(dǎo)向尾管鉆井技術(shù)和控制壓力鉆井技術(shù)的聯(lián)合應(yīng)用，今天的許多鉆井疑難問題都可以得到解決。

 

  4.eControl/eDri11ing(電子控制/電子鉆井)

 

  eDri1ling是一種新型的鉆井仿真系統(tǒng)，三維可視與來自遠(yuǎn)程鉆井專家中心的控制是eControl的技術(shù)基礎(chǔ)，它是一套鉆機(jī)監(jiān)視、優(yōu)化與控制系統(tǒng)，運(yùn)用先進(jìn)的鉆井過程模型可實現(xiàn)井眼的三維可視。

 

  事實上，Wellbore是該系統(tǒng)的關(guān)鍵要素，它具備先進(jìn)的井下過程可視化功能，即它是能夠顯示所有鉆井與鉆井作業(yè)有關(guān)情況的新的、開放的三維可視設(shè)備，下一代的可視系統(tǒng)設(shè)計，可實現(xiàn)所有參與者共享，進(jìn)一步增強(qiáng)全球范圍內(nèi)所有鉆井與鉆井活動的整體性。該系統(tǒng)的開放結(jié)構(gòu)允許設(shè)備供應(yīng)商、服務(wù)公司、承包商與甲方通過標(biāo)準(zhǔn)界面聯(lián)系溝通，由于可以采用帶纜鉆桿與類似技術(shù)，因此，將該系統(tǒng)設(shè)計為能夠處理高流量數(shù)據(jù)流。

 

  整個鉆井過程的實時可視化具體包括：實時井眼軌跡、實時鉆遇地層、實時隨鉆地震信息(尚未完成)、通過觀察計數(shù)器/BHA了解實時井深、“觀察”鉆頭與工具通過類似BOP或套管鞋等限制區(qū)域，并將這些實時數(shù)據(jù)實時傳輸給實時處理軟件，對鉆井作業(yè)情況進(jìn)行實時模擬、分析、優(yōu)化，即在繼續(xù)鉆進(jìn)過程中觀察井眼壓力剖面并進(jìn)行壓力預(yù)測，以三維的方式記錄、回放整個鉆井作業(yè)情況。

 

  5.控制壓力鉆井(MPD)

 

  MPD是自動鉆井不可或缺的一個重要組成部分，正如我們所知道的那樣，MPD的具體做法在全球各地存在一定的差異，尤其在墨西哥灣地區(qū)這一現(xiàn)象更為突出，挪威國家石油公司目前沒有在墨西哥灣的開發(fā)項目，但已經(jīng)形成了進(jìn)入墨西哥灣地區(qū)的大量的意向性文件。

 

  自動MPD方案能夠克服“人為因素”形成的阻礙，他們也正在考慮接/卸單根期間連續(xù)循環(huán)的可行性解決方案，現(xiàn)有典型的雙梯度系統(tǒng)需要輸送相對大量的液體來補(bǔ)償接單根期間的ECD效應(yīng)，如CircSub、NOV’sCCV或其它連續(xù)循環(huán)系統(tǒng)能夠減少接單根時間。

 

  6.連續(xù)液體/鉆屑測量

 

  鉆井液與鈷屑性能的實時監(jiān)視與測量對于全自動鉆井系統(tǒng)也是十分必要的，因為鉆井液與鉆屑性能的實時監(jiān)視與測量會影響到如ROP、ECD、MPD等的實時鉆井參數(shù)，并改善決策水平，此外，它對遙控鉆井也是必不可少的。

 

  地球物理服務(wù)股份有限公司正在聯(lián)合挪威國家石油公司開發(fā)上述的一套全自動系統(tǒng)，目的是使該系統(tǒng)的可靠程度進(jìn)一步增強(qiáng)。這一特殊的系統(tǒng)將負(fù)責(zé)測量鉆井液的粘度、電穩(wěn)定性、失水、密度、H2S、PH、固相顆粒級配與含量等。該系統(tǒng)還將測量：鉆屑體積、井眼坍塌監(jiān)視(形狀特點)和鉆屑礦物成分(采用拉曼光譜學(xué)原理)。

 

  7.鉆井作業(yè)追蹤系統(tǒng)(DOTS)

 

  挪威國家石油公司還在與Trac ID Systems AS公司合作開發(fā)一種全自動鉆桿追蹤系統(tǒng)，第一代產(chǎn)品主要任務(wù)是追蹤鉆桿進(jìn)、出井眼，第二代產(chǎn)品還將包括每個鉆桿單根的應(yīng)用歷史追蹤。該公司已經(jīng)形成了一種ATEX-certi-fied DOTS方案設(shè)計，包括常規(guī)海洋鉆機(jī)鉆臺上的集成RFID天線系統(tǒng)以及相關(guān)的支持軟件。

 

  RFID異頻雷達(dá)收發(fā)安裝技術(shù)是一項成熟技術(shù)，已經(jīng)得到了一家大的鉆桿租賃公司的使用與驗證，異頻雷達(dá)收發(fā)機(jī)已經(jīng)根據(jù)ATEX規(guī)范獲得了鑒定認(rèn)證，每套異頻雷達(dá)收發(fā)機(jī)都有自己的ATEX證書。異頻雷達(dá)收發(fā)機(jī)是被動形式的，試驗證明其可承受勘探開發(fā)油氣井中的溫度與壓力，對異頻雷達(dá)收發(fā)機(jī)的測試與驗證采用了一套專門的測試鉆機(jī)。

 

  鉆井作業(yè)追蹤系統(tǒng)還包含了一個軟件工具，負(fù)責(zé)每個鉆桿單根所有技術(shù)數(shù)據(jù)、文件、應(yīng)用歷史記錄、管理編碼等信息的通訊與匯總以及自動計數(shù)。

 

  8.尾管鉆井

 

  鉆穿地層壓力變化巨大的層段或者鉆穿具有窄壓力窗口的層段一直是一項很棘手的作業(yè)，旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向尾管鉆井系統(tǒng)近期可望研制成功。      挪威國家石油公司計劃將上述簡要介紹的所有技術(shù)全部集成到自動鉆井系統(tǒng)中，靈活的適應(yīng)性是一個關(guān)鍵的事情，這項任務(wù)的難點之一是系統(tǒng)應(yīng)該具備兼容未來新的發(fā)展的能力，從而可覆蓋原有的系統(tǒng)顯而易見。該系統(tǒng)的中心計算機(jī)必須基于INTERNET界面，確保所有的數(shù)據(jù)與信息得到正確的處置，他們正在規(guī)劃這樣的一套系統(tǒng)，計劃在2009年進(jìn)行先導(dǎo)試驗，最為關(guān)鍵的問題是將不同的系統(tǒng)整合到一起。