自动化智能化钻井技术

自动化智能化钻井技术一、钻井技术发展历程二、自动化钻井技术三、智能化钻井技术四、结束语报告提纲‡1950年代以前‡从1950年代至上世纪末‡我国从1978年进入科学化钻井时期‡上世纪末以来‡我国2000年以来‡预计本世纪中叶经验钻井科学钻井自动化钻井智能钻井钻井技术发展历程‹开始使用了牙轮钻头和注水泥封固套管的工艺。‹这个时期的钻井工艺、固井工艺、牙轮钻头、钻井液等得到发展，同时出现了大功率钻井设备。‹主要依靠经验模式1、经验钻井阶段钻井技术发展历程（一）前期阶段‹喷射钻井和优选参数钻井‹地层压力检测、平衡压力钻井和井控技术‹定向井和丛式井钻井技术‹油气层保护技术2、科学化钻井阶段钻井技术发展历程（二）后期阶段‹水平井钻井技术‹大位移井钻井技术‹多分支井钻井技术‹欠平衡压力钻井技术2、科学化钻井阶段钻井技术发展历程地质导向钻井旋转导向钻井自动垂直钻井随钻地震技术井下自动化地面自动化钻井装备地面自动化3、自动化钻井阶段钻井技术发展历程具有可应用的执行机构和简单的识别决策能力‹地下挖掘机器人‹智能钻柱系统‹智能完井²达到“看着打，随意打”的理想目标4、智能化钻井阶段钻井技术发展历程具有完善的执行机构和控制机构。未来的发展目标一、钻井技术发展历程二、自动化钻井技术三、智能化钻井技术四、结束语报告提纲自动化钻井技术地质导向钻井随钻测井等测量技术井下执行机构：旋转导向钻井、自动垂直钻井等随钻地震技术未钻地层电阻率等控制机构控制机构初级挖掘机器人初级挖掘机器人地面自动化装备一、地面自动化装备自动化钻井技术自动化钻机自动化钻机动画动画管柱排放动画管柱排放动画地面自动化装备关键技术钻井液循环系统自动化固控设备自动化、固控专家系统钻井液性能在线测量驱动自动化顶部驱动钻井系统交流变频驱动:钻井泵/绞车/转盘(关键技术之二)钻柱操作自动化地面与钻台间钻柱输送钻台井口自动化工具二层台立根自动排放钻台面钻柱操作自动化(关键技术之一)控制系统自动化集多功能于一体的司钻自动控制系统(关键技术之三)关键设备监控系统一、地面自动化装备带液压吊卡的交流变频电驱动顶驱250t承载能力28000N.m额定扭矩‹美国NOV公司的自动化钻机敏捷的钻柱处理工具最大13套管尺寸范围最大8钻铤尺寸范围最大5-1/2钻杆尺寸范围2700kg（6000lbs）管件重量带对扣引鞋的铁钻工动力卡瓦兼数据处理、控制、监视于一体的司钻房一、地面自动化装备‹M-ISWACO公司钻井液自动管理系统一、地面自动化装备¾监测压力和固相控制参数¾自动进行钻井液性能调整胜利油田钻井院正在承担集团公司课题“自动化钻机方案设计”及“钻井液固相控制及钻屑零排放集成技术”研究，预计2010年底设计完成一套具有自动化钻机平台和自动化司钻操作系统、自动化钻井液处理系统的自动化钻机。一、地面自动化装备起下钻方案动画起下钻方案动画管柱输送方案动画管柱输送方案动画二、井下自动化钻井技术‹地质导向钻井‹旋转导向钻井‹自动垂直钻井‹随钻测井技术‹随钻地震技术自动化钻井技术底水油底油层夹层油层油顶气顶盖层标志层岩心录井岩屑录井泥浆录井综合录井钻进录井地质预告实钻深度实钻剖面钻头指标(进尺-时间)/钻速钻柱(分布式)传感器测力(拉压弯扭震)DDS短节钻井液参数Q、P泵、P环、ECD(实时钻井液当量密度)钻头工作参数(井底钻压、井底转速、井底扭矩、弯矩、纵横加速度)旋转导向工具(井斜角、方位角、工具面角、井斜变化率、方位变化率)PWD(P井底孔隙压力、气体含量、气体成份、P破裂)、TºcLWD(ρ、γ、N-D、方位…)、井径、NRWR防喷阀减震器震动器推进器反循环泵近钻头测斜SWD指令电力实时信息随钻测量信号实钻三维井眼轨迹实时井下压力剖面随钻气测井底扭矩井底钻压钻速/钻时邻井、地区、井史数据库知识库专家系统管理服务系统随钻实时确定实际地质剖面随钻实时确定实际地质剖面实时决策待钻井段轨迹三维井轨可视化(旋转平移)实时决策待钻井段轨迹三维井轨可视化(旋转平移)随钻动态诊断井下复杂情况随钻动态诊断井下复杂情况钻进过程优化参数钻进过程优化参数调控ECD随钻井控调控ECD随钻井控随钻确定套管鞋位置随钻确定套管鞋位置其它其它塌斜漏卡卡塌硬喷漏喷ρ孔ECD密度窗口VC进尺井下自动化钻井原理与功能示意图随钻测井地质导向钻井技术地质导向钻井技术是根据地质导向工具提供的实时井下地质信息和定是根据地质导向工具提供的实时井下地质信息和定向数据，辨明所钻遇的地质环境并预报将要钻遇的地下情况，引导钻头进向数据，辨明所钻遇的地质环境并预报将要钻遇的地下情况，引导钻头进入油层并将井眼保持在产层中。入油层并将井眼保持在产层中。地质导向钻井技术地质导向钻井技术以随钻测量多种井底信以随钻测量多种井底信息为前提，息为前提，以油气目的层为最终控制目标以油气目的层为最终控制目标，体现了体现了现代钻井技术与测井、现代钻井技术与测井、油藏工程技术的相融合。油藏工程技术的相融合。1、地质导向钻井技术地质导向模拟动画地质导向模拟动画国外的地质导向钻井技术在20世纪末已经相当成熟，能够实时测量近钻头处的多种地质参数和工程参数，进行钻井效率和风险管理的实时决策，地质导向至储层最佳部位。1、地质导向钻井技术¾¾具有自主知识产权的地质导向测量系统具有自主知识产权的地质导向测量系统¾¾地质导向钻井系统平台地质导向钻井系统平台¾¾地质导向钻井工艺配套技术地质导向钻井工艺配套技术¾¾地质导向薄层水平井钻井现场应用技术地质导向薄层水平井钻井现场应用技术1、地质导向钻井技术胜利钻井院瞄准国际前沿钻井技术，率先开展了适合中国国情的地质导向钻井技术研究与应用工作。地面系统井下仪器上位机系统软件++泵冲传感器司钻阅读器压力传感器地面接口箱计算机井下仪器串电源系统短节电子控制短节脉冲发生器MWD电子测量短节打印机伽马、电阻率接口箱伽马测量短节电阻率测量短接胜利油田地质导向钻井系统简介1、地质导向钻井技术指标能力测量参数SchlumbergerHalliburtonBakerHughesGEOLINK胜利钻井院井斜（精度）±0.1°±0.15°±0.1°±0.1°±0.1°方位（精度）±1.0°±1.5°±1.0°±1.0°±1.0°重力工具面（精度）±0.5°±2.5°±0.5°±0.5°±0.5°磁性工具面（精度）±1.0°±2.5°±1.0°±1.0°±1.0°最高工作温度（℃）150150150150150节能模式有有有有有电阻率（Ω·m）0.2～20000.2～20000.2～20000.2～20000.2～2000自然伽马（API）0～5000～5000～5000～5000～500胜利钻井院地质导向仪器与国外仪器主要技术经济指标对比表1、地质导向钻井技术‹连续的井眼轨迹控制，减少了起下钻次数；‹井斜传感器减少了大斜度井、水平井的井斜误差，减少了井眼曲折度，增强了井眼位移延伸能力，减少了摩阻对钻柱的磨损；‹方位伽马射线测量能在钻头处进行地层对比，这对于探测标志层、确定套管下深和取心层位具有重要作用，同时还可使司钻确知是否钻穿地层的顶部或者底部；‹随钻电阻率测量能够实时显示油气和岩性，这对地层对比和确定油气水界面是非常有用的；‹方位电阻率可使司钻得知油／水、油／气和其它液相界面流体边界的方向。胜利油田地质导向钻井技术的特点1、地质导向钻井技术‹‹在胜利、江苏、江汉、大庆、塔里木、冀东、华东分公司等油在胜利、江苏、江汉、大庆、塔里木、冀东、华东分公司等油田累计完成田累计完成100100多口水平井应用，水平段井眼轨迹的平均有效延多口水平井应用，水平段井眼轨迹的平均有效延伸率达伸率达90%90%以上；以上；‹‹能够有效开发的油层厚度能够有效开发的油层厚度0.8m0.8m以下；以下；‹‹研究成果整体达到国际先进水平，部分技术国际领先；研究成果整体达到国际先进水平，部分技术国际领先；‹‹产品出口俄罗斯等国；产品出口俄罗斯等国；‹‹荣获荣获20062006年度中国石油化工集团公司科技进步一等奖。年度中国石油化工集团公司科技进步一等奖。1、地质导向钻井技术30'30'40'40'50'50'70'70'60'60'90'90'80'80'2000'2000'年代年代斜斜向向器器井井下下马马达达弯弯外外壳壳马马达达旋旋转转导导向向WLMWDWLMWDMWDMWDLWDLWD滑动导向滑动导向革命性革命性进步进步‹旋转导向系统（RSS）是在钻柱旋转钻进时随钻实时完成导向功能的一种导向式钻井系统。自20世纪90年代面世以来，掀起了一场定向钻井技术的革命。2、旋转导向钻井技术‹提高井身质量和钻井安全性‹可根据地质要求，钻出空间三维井眼（DESIGNERWELL），以达到绕障、穿过多油藏和精确钻穿薄油层的目的，从而大大提高了采收率和效率。‹减少开发投入，提高钻井效率旋转导向钻井技术优点英格兰WYTCHFARM油田M11井、M16井:水平位移均超过10000米，用RSS系统完成，滑动井段仅占5%1605m③③①①②②测量信息偏置导向执行机构CPUMWD地面控制指令地面监控系统地面监控系统井下旋转导向钻井系统井下旋转导向钻井系统井眼信息导向指令双向通讯双向通讯旋转导向钻井系统工作原理动态推靠式动态推靠式PowerDriveSRDPowerDriveSRD静态指向式静态指向式GeoGeo--pilotpilot静态推靠式静态推靠式AutoAutoTrakTrakRCLSRCLS具有代表性的三类旋转导向系统具有代表性的三类旋转导向系统斯伦贝谢斯伦贝谢PowerDrivePowerDriveSRDSRD系统系统导向方式：导向方式：动态推靠式动态推靠式调制式：调制式：整体旋转整体旋转动力：动力：钻井液压差钻井液压差井眼支撑翼肋控制机构偏置方向原理动画原理动画稳定平台（控制机构）三大部分：偏置机构（执行机构）盘阀机构（压力分配机构）斯伦贝谢斯伦贝谢PowerDrivePowerDriveSRDSRD系统系统组成组成导向原理：典型的调制式全旋转导向钻井系统，它安装在钻头的上方，是在控制机构的控制下，通过支撑翼肋的伸出推靠钻头产生偏置的原理来导向。BAKERHUGHESINTEQBAKERHUGHESINTEQ公司的公司的AUTOTRAKRCLSAUTOTRAKRCLS系统系统导向方式：导向方式：静态推靠式静态推靠式结构：结构：不旋转外筒式不旋转外筒式动力：动力：独立液压系统独立液压系统•AutoTrak系统的组成BAKERHUGHESINTEQBAKERHUGHESINTEQ公司的公司的AUTOTRAKRCLSAUTOTRAKRCLS系统系统Jotun油田B-11井套管程序和井眼轨迹为了能够在油藏中以需要的方向钻水平段，开发半径6km范围内的3个油藏，设计了复杂的三维井眼轨迹（见图）。Jotun钻井项目由于采用了旋转导向系统比计划减少了约100个钻机日。AutoTrak系统的现场应用实例BAKERHUGHESINTEQBAKERHUGHESINTEQ公司的公司的AUTOTRAKRCLSAUTOTRAKRCLS系统系统BAKERHUGHESINTEQBAKERHUGHESINTEQ公司的公司的AUTOTRAKRCLSAUTOTRAKRCLS系统系统HALLIBURTONSPERRYHALLIBURTONSPERRY--SUNSUN公司的公司的GEOGEO--PILOTPILOT系统系统导向方式：导向方式：静态指向静态指向式式结构：结构：不旋转外筒式不旋转外筒式导向机理：导向机理：偏置钻柱偏置钻柱该系统主要包括驱动心轴、不旋转套筒、偏心环偏置机构、悬挂轴承、聚焦轴承等；另外还包括测控部分、偏心环偏置机构驱动装置、不旋转套筒防旋转机构、旋转动密封及液压补偿系统等。‰到2002年该系统已完成了70口井次的商业应用。‰到2002年该系统已完成了70口井次的商业应用。HALLIBURTONSPERRYHALLIBURTONSPERRY--SUNSUN公司的公司的GEOGEO--PILOTPILOT系统系统‹‹19881988年，年