石油钻井工程技术应用与发展_刘丽.pdf

2023 年 第 4 期 化学工程与装备 2023 年 4 月 Chemical Engineering&Equipment 137 石油钻井工程技术应用与发展石油钻井工程技术应用与发展9 9 刘 丽1，王茂仁2（1克拉玛依职业技术学院；2克拉玛依金鑫油田环保工程有限公司，新疆 克拉玛依 834000）摘 要：摘 要：石介绍对石油钻井工程技术的应用现况与未来发展趋势进行研究，为石油钻井工程开采献言献策。关键词：关键词：石油钻井工程技术；应用现况；发展趋势 基金项目：基金项目：本文系克拉玛依职业技术学院院级课题项目“石油工程技术专业产教融合实训基地建设（项目编号：KZY-CJRH-01）”的资助成果 引 言 引 言“钻头不到、石油不冒”，钻井工程每一次技术革新，都将带动油气勘探开发踏上一个新台阶。新形势下，钻井工程采用大型钻井设备及一系列高精密测量仪器向地下钻进，在精细控压钻井技术、自动化井下控制技术、钻井液及水泥浆固井技术、随钻地层压力测试技术等研究方向上取得突破性进展，实现深水与超深水、深层与超深层、致密油气与海洋油气、页岩油气等资源的经济、有效开发，成功建立“油气战略通道”【1】。伴随一大批成熟的石油钻井工程技术的应用，石油钻井技术、装备水平得到迅速提升，勘探领域和勘探开发效果斐然，行业前景良好，能够满足石化工业在降本提效方面的高质量发展需求。1 我国石油钻井工程技术应用现况 1 我国石油钻井工程技术应用现况 1.1 精细控压钻井技术 精细控压钻井技术可以在产能井不关闭的前提下实施操作，能够控制井底压力与井下环空流量，有效预防地层流体无控制、连续涌入井筒或喷出、侵入低压层位，发生渗透性、裂缝性和溶洞性滤失和井壁垮塌等复杂故障，有利于保护油气层，为窄安全密度窗口地层安全钻井提供强劲技术支撑。由中石油工程院、中石化工程院针对性研发的“微流量控制+动态环空压力控制”方式，能够通过控制地面压力，进行井下压力随钻测量，在完成自适应闭环监控的同时，实现自动精细化控压，精度可达 0.2MPa。1.2 自动化井下控制技术 1.2.1 自动垂直钻井技术 我国机械式自动垂直钻井技术已经与国际先进水平接轨，具备现场试验能力。由位于天津市经济技术开发区的中国石油集团渤海钻探工程有限公司研发的垂直钻井BH-VDT5000 系统、中国石油集团西部钻探工程有限公司研发的 xd-AVDS 系统，通过在几十口井下成功应用，达到井斜角小于 0.5的技术效果。由宝石机械与西安石油大学，联合研发的全自动垂直钻井系统，能够通过全旋转推靠式钻井，现场使用后，井斜角控制小于 1。由中石化胜利石油工程有限公司钻井工艺研究院开发的捷联式自动垂直钻井系统(SL-AVDS)现场试验成功，该系统依靠捷联式自动垂直钻井系统动态推靠，主动防止斜角、矫正斜角，能够将斜角控制在小于 1的范围内。1.2.2 旋转导向钻井技术 旋转导向钻井技术（Rotary steerable drilling system）属于尖端自动化钻井新技术，代表全球钻井技术发展的最高水准，主要钻探复杂超深定向井。目前，我国中海油服自主知识产权 Welleader 旋转导向钻井系统，已经突破国际技术垄断，该系统通过推靠式导向钻井系统实时控制井下钻进方向，引导钻头类似“3D 版本贪吃蛇”般运行和调整轨迹，自动控制井眼轨迹，在旋转钻井造斜率上达7/30m，对降本增效，最大化开发资源产生显著价值【2】。1.2.3 电磁随钻测量系统（EM-MWD）电磁波传输式 EM-MWD 系统是我国石油钻井井下自动化技术的重大技术性突破成果，该系统属于气体钻井测量的先进技术之一，能够实现井下工程参数和地质参数的实时获取和传输，在钻井工程中得到广泛应用。在电磁波传输式EM-MWD 系统实际应用过程中，无线随钻监测具有信号传输速率高、测量时间短和成本低廉等显著特点，基本不受钻井液的干扰，十分适用于常规钻井液的随钻测量，同样适合在气体、泡沫等钻井过程中使用。伴随 EM-MWD 系统不断完善电磁技术和信号处理技术，系统测量深度、可靠性得到较大幅度提升，无需开泵既能够实现信息的传输，相对于 MWD拥有更胜一筹的技术优势。1.3 钻井液及水泥浆固井技术 1.3.1 钻井液技术 钻井液又称钻孔冲洗液，主要组分分为清水、泥浆、无黏土相冲洗液、乳状液、泡沫和压缩空气等。钻井液技术的研发重点关注耐受高温、强制抑制、强力封堵、环保防漏等方面的性能，例如，中国石油所研发的高温高密度钻井液，耐温可达 232，密度达 2.3g/cm3。由中石化石油工程技术研究院有限公司所研制的超高密度钻井液，最高密度可达DOI:10.19566/35-1285/tq.2023.04.099138 刘 丽：石油钻井工程技术应用与发展 2.87g/cm3。由我国中国海油旗下，中海油田服务股份有限公司自主研发的海洋深水钻井液技术，已经实现行业领跑，该钻井液突破最低和最高温度限制，为研发更高难度深海深层油气资源夯实技术壁垒。1.3.2 水泥浆固井技术 水泥浆固井技术属于通过高密度水泥浆、新型泡沫水泥及超低密度水泥浆、短候凝水泥浆、塑性水泥、防窜水泥浆和 MTC 固井技术形成的水泥浆体系，能够解决复杂问题，研发应用主要针对功能多样性、耐腐蚀、抗冲击、耐温变、保安全、提质量等方面，例如，中石化工程院所研发的超高密度水泥浆体系，已经在官深 1 井得到成功应用，最高密度可达 2.82g/cm3【3】。1.4 随钻地层压力测试技术 随钻地层压力测试技术在我国发展较快，现阶段，中海油服已经成功研发随钻地层压力测试仪（IFPT），可定点测量地层的压力、流度，最大工作温度为 150、最大工作压力时 138MPa，地层最大测量压力为 110MPa。由大庆油田钻探工程公司工程技术研究院研制的 DQ-1 型随钻测量地层压力和温度的测试器，测试器通过地面信息接收处理管理分发系统、井下微流量测量传输系统共同组成，在实际应用过程中能够实现随钻数据的实施上传，对负压钻井可以产生重要作用。另外，由中国石油集团工程技术研究院所研发的随钻井下环空压力测量系统，能够准确测量井底环空、柱内压力和温度，最高工作温度为 150、最大工作压力时 170MPa。2 石油钻井工程技术发展趋势 2 石油钻井工程技术发展趋势 2.1 增速提效技术仍处研发热点 石化工业始终致力于增速提效技术、装备的研发，例如，美国的 Veristic 公司所研发的步进式快速移动液压钻机、挪威油井系统技术集团研发的连续运动钻机、中国石油研制的四单根立柱 9000超深井钻机，均属于高性能的钻机设备。全球最大的油田技术服务公司 Schlumberger、Baker Hughes、DRECODRECO、Smith、NOV(National Oilwell Varco)等公司较为关注增速工具和钻头的研发，而 Statoil ASA（挪威国家石油公司）则较为关注提效降本技术，对于此类研发项目予以重点支持。2.2 深水技术装备备受关注 深水石油钻井技术装备在发展过程中不断升级，在增加石油资源数量的同时，主要针对海底地震、深海钻机和海底工程等方面着重进行试验。例如，我国深水超大台阶型沉井基础设计施工关键技术与装备及智能监控技术成果，已经达到国际领先水平，主要解决深水超大台阶型沉井建设难题。中集来福士自主设计建造的全球最先进“大国重器”，超深水双钻塔半潜式钻井平台“蓝鲸 2 号”获得巨大技术突破，最大作业水深深度大 3658m，最大钻井深度可达 15240m，相对于“蓝鲸 1 号”，更胜一筹【4】。现阶段，中国石油大学的国家重点研发项目“深水海底钻井系统关键技术和装备”的技术方案，瞄准深水开采工程需求，进行关键技术攻关的同时，研发具有我国自主知识产权的成套深水“电动钻具连续管钻井系统”，已经进入工程示用环节。2.3 地质工程一体化技术研发推进 随钻地层压力测试等技术的快速发展，对地质工程一体化技术的研发推进产生本质上的助力作用。Schlumberger所研制的 GeoSphere 岩石圈储层随钻测绘系统，能够进行实时的测量，解释地层深部的岩石电阻率，进而优化三维地质构造模型。同时，该公司所开发的储层地质建模技术和随钻高分辨率成像技术，均能够提供实时的高清地层成像，准确识别地层特征与变化。哈里伯顿 RezConnectT M 试井系统拥有全声波控制中途测试功能，可针对油气井做出准确的实时分析。2.4 智能化技术研发持续升温 石油钻井工程在技术发展伴随大数据、云计算、物联网、人工智能等信息技术的应用，呈现出智能化发展趋势。借助智能化技术手段，能够有效降低工程技术的人为作业风险，有效降低成本、提升效率，缩短钻井周期，在促进钻井动态实时把握的同时，拓宽钻井区域。例如，机器人、排管系统、控制室、井口设备的自动化应用，已经基本实现模拟人类专家解决问题的智能程序系统、智能井下工具、井下供电系统（underground power supply system）的发展，高速双向数据传输通讯网络系统得到大规模运用，在油气藏识别和智能控制井眼轨迹等方面，可以结合自动化井下控制技术促进钻完井技术的可视化、数字化，为精细化控制石油钻井工程技术应用创造优化环境【5】。其中，计算机系统通过模拟人类专家所编写的程序数据库进行数据接受、分析和发送指令执行，为实时井下数据分析提供基本运行反应。智能井下工具在钻井施工过程中通过传感器了解井下工况，执行检测数据和命令执行任务。智能井下供电系统主要由多台柴油发电机（diesel generator）、应急发电机（emergency generator）共同组成，配电系统由高压、钻井配电盘与井下作业照明用电组成，全套装置能够保障电力系统正常运行。智能化通讯网络系统是智能化钻井成功实现钻进的关键系统，通过在控制中心和钻井现场智能化控制平台间进行双向传输钻井信息，实现远程控制和信息共享，全部通信网络技术均具备分析信息和做出辅助性决策的功能6。3 结束语 3 结束语 由上述论述可见，石油产业在经济发展中的作用在于不断优化基础建设，因而，石油钻井工程技术应用与发展关系到石油资源勘探开发。伴随精细控压钻井技术、自动化井下控制技术、钻井液及水泥浆固井技术及随钻地层压力测试技术的应用，石油钻井工程技术在增速提效技术、深水技术装备、地质工程一体化技术、智能化技术等方面的发展影响深远。为确保石油钻井施工的效率，提升石油钻井施工质量，需要最大限度发挥出石油钻井技术 （下转第 164 页）（下转第 164 页）164 尉成栋：水浴式汽化器换热管腐蚀原因分析（2）若短时内无法改变内部结构，且现场环境（如水质等）较为恶劣时，建议制造方采用无缝管进行制造，延长设备有效运行时间。参考文献 参考文献 1 马善军.凝汽器不锈钢管腐蚀特性及防控方法研究D.北京:华北电力大学(北京),2017.2 刘尔静,陈海峰.不锈焊管的制造工艺及热处理控制J.电站辅机,2008(1):13-15.3 压力容器第 4 部分:制造、检验和验收：GB150.4-2011 S.4 鲍其鼐.氯离子与冷却水系统中不锈钢的腐蚀J.工业水处理,2007(09):1-6.5 流体输送用不锈钢焊接钢管：GB/T 12771-2019S.6 不锈钢.第 1 部分:不锈钢的列表：EN10088-1:2005S.7 卢志明,金皋峰,黄六一,等.合金元素含量对 316不锈钢耐点蚀性能影响J.浙江工业大学学报,2019,47(03):243-249.8 石油化工有毒、可燃介质钢制管道工程施工及验收规范：SH 3501-2011S.9 周媛,蔡艳,衡昊坤,等.侧吹气体对奥氏体不锈钢激光焊缝组织和耐腐蚀性能的影响J.中国激光,2017,44(05):113-120.10 李慧心,李大朋,王毛毛,等.316L 不锈钢在南海环境中的缝隙腐蚀行为研究J.装备环境工程,2021,18(01):98-103.11 魏宝明.金属腐蚀理论及应用M.化学工业出版社,2004:149.Analysis on Corrosion Causes of Heat Exchange Pipe of Water Bath Vaporizer Wei Chengdong,Shen Shuyu,Yuan Xiaojing,Yu lingjun,Xu Xing(Testing Center of Hangzhou Oxygen Generator Research Institute Co.,Ltd.,Hangzhou 311305,China)Abstract:Abstract:The corrosion of the 316L stainless steel heat exchange tube was analyzed by means of chemical element analysis,metallography,SEM and simulation test.The results showed that the main reason of corrosion was crevices corrosion caused by many factors.Keywords:Keywords:heat exchange tube;corrosion;316L weld pipe （上接第 138 页）_（上接第 138 页）_ 的优势，满足石油生产技术要求，通过强化对技术发展的深入研判，提升技术设备进步，保持市场稳定。参考文献 参考文献 1 刘刚军,陈宇飞,吴家坤,等.探讨钻井工程技术现状及发展趋势J.中国石油和化工标准与质量,2022(10):146-148.2 陈曜东.海洋石油钻井工程施工质量管控分析J.中国石油和化工标准与质量,2022(02):15-17.3 陈昱秀.新时期下石油钻井工程项目成本的管理研究J.中国石油和化工标准与质量,2021(16):67-68.4 雷群,翁定为,熊生春,等.中国石油页岩油储集层改造技术进展及发展方向J.石油勘探与开发,2021(05):1035-1042.5 金景涛,隋成龙.石油钻井工程技术的应用现状及发展趋势探析J.中国石油和化工标准与质量,2021(21):184-185.6 张浩,毕雪亮,刘伟凯,等.EM-MWD 信号在钻柱中传输的影响因素研究J.石油钻探技术,2021,49(06):125-130.