20161028钻完井装备技术及发展趋势.ppt
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ModernDesignandSimulationLabforOil-GasEquipments钻完井装备技术及发展趋势王国荣王国荣二二一五年五月一五年五月油气装备现代设计与仿真实验室油气装备现代设计与仿真实验室油气装备现代设计与仿真实验室油气装备现代设计与仿真实验室1ModernDesignandSimulationLabforOil-GasEquipments一、钻井新装备技术一、钻井新装备技术二、完井新装备技术二、完井新装备技术三、钻完井装备发展趋势三、钻完井装备发展趋势汇报内容2ModernDesignandSimulationLabforOil-GasEquipments1521年之前人工掘井1835年人力顿钻人力顿钻1859年1901年机械顿钻1920年1948年1968年旋转钻井一、钻井技术装备1.1钻井的发展历程3ModernDesignandSimulationLabforOil-GasEquipmentsn旋转钻井旋转钻井特点:
特点:
l旋转过程破岩;l同时循环钻井液清洁井底;l破岩效率高;u发展历程:
发展历程:
1901192019481968至今概念时期发展时期科学化钻井时期自动化钻井时期1.1钻井的发展历程4ModernDesignandSimulationLabforOil-GasEquipmentsn旋转钻井旋转钻井自动化钻井时期:
自动化钻井时期:
电子仪表、自动测量及计算机的广泛应用l综合录井、随钻测量l地质和自动导向l自动化钻机、井口工具l井眼轨迹遥控、自动闭环控制l小井眼、欠平衡压力钻井l连续管钻井1.1钻井的发展历程5ModernDesignandSimulationLabforOil-GasEquipments1.2现代钻井装备n现代钻井系统现代钻井系统地面:
地面:
l钻机l固控系统l井控设备地下:
地下:
l钻柱l钻头现代钻井系统组成图6八大系统八大系统l起升系统l旋转系统l钻井液循环系统l传动系统l控制系统l动力驱动系统l钻机底座l钻机辅助设备系统ModernDesignandSimulationLabforOil-GasEquipmentsn先进钻井技术先进钻井技术综合技术综合技术l定向井、水平井、大位移井l分支井l深井、超深井l深海钻井专项技术专项技术l欠平衡钻井l小井眼钻井l地质导向钻井l挠性连续管钻井1.2现代钻井装备7ModernDesignandSimulationLabforOil-GasEquipmentsn新型钻井系统新型钻井系统地面:
地面:
l自动送钻系统l连续循环系统l液压顶驱驱动钻井系统l数字化自动钻井系统地下:
地下:
l井下防喷器l井下偏置导向工具l定向工具新型钻井系统组成图1.3新型钻井装备技术8ModernDesignandSimulationLabforOil-GasEquipmentsn自动自动排管排管系统系统1.3新型钻井装备技术自动排管系统自动铁钻工钻台排管机器人l通过井口自动化系统实现钻井的自动化和智能化,以提高作业效率,降低作业风险和运营成本。
9ModernDesignandSimulationLabforOil-GasEquipmentsn闭环连续循环钻井系统闭环连续循环钻井系统l不间断循环钻井系统实现了接单根或立根期间泥浆的不间断循环;l适用于窄密度窗口井、海洋深水钻井、大位移井、水平井、欠平衡井、高温高压井及天然气水合物的开采;l组成:
主机,分流装置,动力单元及控制系统组成;l主机:
动力钳、强行起下装置、防喷器组和动力卡瓦;l优势:
消除压力波动、改善ECD控制、消除岩屑沉降、气体聚集影响1.3新型钻井装备技术连续循环系统主机连续循环系统组成连续循环阀结构组成分流控制管路10ModernDesignandSimulationLabforOil-GasEquipments1.3新型钻井装备技术n全液压驱动的顶部驱动钻井系统全液压驱动的顶部驱动钻井系统顶部驱动钻井系统组成:
顶部驱动钻井系统组成:
l水龙头;l液控钻具防喷器;l钻井马达总成;l钻杆上卸扣装置;l液压动力系统;优势:
优势:
l全液压顶部驱动装置是当今石油钻井最前沿的技术与装备;l钻井效率高;l连续旋转和循环降低了钻井风险;l有利于井控、安全性高;l已用于2000米到9000米的井深;l代表着自动化钻井的发展方向;液压顶部驱动装置原理图安装布局11ModernDesignandSimulationLabforOil-GasEquipmentsn数字化自动钻井系统l钻井装置自动控制系统l自动防碰撞系统;l井场视频监控;l远程视频会议系统;lGPS定位;l实时数据传输系统;l实现对现场作业环节实时监测和动态管理;优势:
优势:
l提高了工作效率l降低了管理成本l提高了管理效能1.3新型钻井装备技术数字化、自动化司钻室12ModernDesignandSimulationLabforOil-GasEquipments智能钻杆技术智能钻杆技术1.3新型钻井技术装备l国外产品性能特点l传输速率:
57Kbit/s2Mbit/sl传输深度:
无深度限制l工作温度:
150l智能钻杆l信号接力与放大器l顶部旋转通讯短节l地面数据处理系统系系统统组组成成13ModernDesignandSimulationLabforOil-GasEquipmentsn井下偏置导向工具井下偏置导向工具组成:
组成:
l不旋转外套l旋转心轴优点:
优点:
l可实现钻井过程中结构弯角、特别是井斜角和方位角的精确控制应用:
应用:
l高难度定向井、水平井、大位移井和水平分支井等;1.3新型钻井装备技术井下偏执导向工具14ModernDesignandSimulationLabforOil-GasEquipments旋转导向系统旋转导向系统lBakerHughes公司的AutoTrak曲线旋转导向可一趟快速钻井井眼垂直段+曲线段+水平段,造斜率达15/100ft,提速提效显著;l高造斜率混合式旋转导向系统PowerDriveX6,钻井液推靠垫块与偏心导向轴结合,不受井下环境影响,可在任意井斜角完成高造斜率的造斜。
1.3新型钻井技术装备BakerHughes公司的AutoTrakSchlunberger公司的PowerDriveHalliburton的Geo-Pilo15ModernDesignandSimulationLabforOil-GasEquipments泥浆泵泥浆泵大功率、结构紧凑、压力平稳,能耗低、噪音小大功率、结构紧凑、压力平稳,能耗低、噪音小lNOV研制的Hex-240六缸泵结构紧凑,主要用于海洋平台,独特的六边形设计使得泥浆压力波动小,有利于LWD、螺杆钻具等井下工具的工作;lAkerWirth研制的WirthTPK-2200泥浆泵采用单电机结构,有效减轻了重量l液力端缸套和阀盖点的液压锁紧技术:
更换缸套或阀盖时只要打开泄压阀,排泄掉缸套螺母或阀盖螺母内的液压油,缸套或阀盖很容易拆卸,省时省力。
1.3新型钻井技术装备WirthTPK-2200泥浆泵NOVHex-240六缸泵16ModernDesignandSimulationLabforOil-GasEquipmentsn钻头优化设计动态分析软件钻头优化设计动态分析软件1.3新型钻井技术装备Halliburton公司PDC钻头动态仿真软件lSmith公司集成动态工程分析系统(IDEAS)钻头设计软件和钻头水力系统仿真软件。
lVarelInternational公司钻头闭环设计软件lHalliburtonSecurityDBS公司“DirectionbyDesign”钻头设计软件程序。
Varel公司SPOT4D软件CFD仿真软件17ModernDesignandSimulationLabforOil-GasEquipments1.3新型钻井技术装备NOVReedHycalog公司旋转导向钻头NOV公司超硬热稳定切削齿n高效率钻井的破岩钻头高效率钻井的破岩钻头新型钻头新型钻头l能量平衡、合力平衡钻头;l定向、旋转导向以及空气钻井钻头;l切削深度控制技术;l牙轮切削齿高能量抛光(HET)工艺;l高性能钻头切削齿;l钻头切削齿耐冲击、高抗磨性。
SE3000钻头18ModernDesignandSimulationLabforOil-GasEquipments1.3新型钻井技术装备BakerHughes公司KymeraHybridBitlBakerHughes公司开发出集牙轮和PDC钻头优点于一体的新一代KymeraKymera复复合钻头;合钻头;lSmith公司推出适应页岩钻进的钢体式聚晶PDC钻头Spear钻头,专为泥页岩页岩地层设计地层设计,能快速、有效地钻进弯曲段和长水平段弯曲段和长水平段;lHalliburdon公司的SteelForce钢胎体固定齿钻头,比碳化物合金更有韧性,新新型表面堆焊硬合金工艺型表面堆焊硬合金工艺延长了钻头寿命,切削齿提供抗研磨性和抗冲击性抗研磨性和抗冲击性。
Smith公司SpearbitsHalliburdon公司的SteelForce钻头19ModernDesignandSimulationLabforOil-GasEquipments1.3新型钻井技术装备MicroCOREBits微芯钻头微芯钻头(MicroCORE)(MicroCORE)l优势:
微芯钻头能随钻切取小直径岩心,提高破岩效率;l用于深部坚硬地层和高温高压井,现场应用提速40%80%。
l能够连续提供较大的高质量岩心碎块(直径1030mm微型岩心)。
20ModernDesignandSimulationLabforOil-GasEquipmentsn控压钻井控压钻井-钻井节流阀钻井节流阀组成:
组成:
l阀芯l阀座作用:
作用:
l提高井眼控制能力;l控制井口返出的钻井液,把套压值控制在设计范围内;l与常规钻井井控作业相比,其工作时间更长。
1.3新型钻井装备技术新泰液动/手动节流阀工作原理示意图T3EnergyServices现场应用21ModernDesignandSimulationLabforOil-GasEquipments1.3新型钻井技术装备宝石机械的ZJ120/9000DB钻机u宝石机械的ZJ120/9000DB钻机l钻深能力由1000-7000m发展到12000m;l驱动方式由机械驱动发展到电驱动;n国内新型钻机国内新型钻机u宏华钻机-电驱、直驱四川宏华的10000米钻机l高度智能化、自动化;l20层楼高、自重1000吨设计钻井深度10000米;l节约超过1/3的操作人员22ModernDesignandSimulationLabforOil-GasEquipments1.3新型钻井技术装备Huisman公司的LOC400套管钻机Tesco公司的CDR250HA套管钻机套管钻井技术主要用于漏失、易垮塌等复杂地层的特殊井段;与套管钻井工艺配套的套管钻机取消了常规的钻杆,用套管代替钻杆进行钻井;采用复合型液压动力,钻井效率提高20-50%;加拿大Tesco公司、荷兰Huisman公司的套管钻机为复合型液压动力套管钻机。
套管钻井钻机套管钻井钻机TESCO套管夹持器Tesco公司CRD250HA4000m12车Huisman公司LOC2503500m17车;LOC4006096m22车23ModernDesignandSimulationLabforOil-GasEquipments德国的Bentec公司ClusterSlider
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