在涪陵頁巖氣開發(fā)中自動(dòng)化鉆機(jī)的現(xiàn)狀和發(fā)展
——“十三五”國家科技重大專項(xiàng)深層頁巖氣開發(fā)關(guān)鍵裝備及工具研制

劉小偉(中石化江漢石油工程有限公司鉆井一公司，湖北 潛江 433121)

在涪陵頁巖氣開發(fā)中自動(dòng)化鉆機(jī)的現(xiàn)狀和發(fā)展
——“十三五”國家科技重大專項(xiàng)深層頁巖氣開發(fā)關(guān)鍵裝備及工具研制

劉小偉(中石化江漢石油工程有限公司鉆井一公司，湖北 潛江 433121)

在涪陵頁巖氣開發(fā)過程中，應(yīng)用自動(dòng)化鉆機(jī)進(jìn)行鉆探施工，對自動(dòng)化鉆機(jī)的現(xiàn)狀和發(fā)展進(jìn)行研究。使其不斷滿足頁巖氣的鉆探，由于頁巖氣的致密性特點(diǎn)，有針對性就地優(yōu)選鉆機(jī)，能夠達(dá)到預(yù)期的鉆探效果。本文對涪陵頁巖氣開發(fā)中自動(dòng)化鉆機(jī)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢進(jìn)行分析研究，以期提供積極的參考作用。

涪陵頁巖氣開發(fā)；自動(dòng)化鉆機(jī)；現(xiàn)狀和發(fā)展

由于我國的頁巖氣分布比較廣泛，涪陵大型頁巖氣的開發(fā)，為我國頁巖氣的開發(fā)提供了經(jīng)驗(yàn)?；诟⒘觏搸r氣開發(fā)過程中的自動(dòng)化鉆機(jī)的應(yīng)用，適應(yīng)頁巖氣開發(fā)的特殊的地質(zhì)條件，不斷提高頁巖氣的開發(fā)效率。

1 涪陵頁巖氣開發(fā)過程中的鉆井技術(shù)

對中石化涪陵頁巖氣的開發(fā)實(shí)施井工廠模式，滿足頁巖氣鉆井的需要。應(yīng)用國產(chǎn)的鉆機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)頁巖氣井的鉆探施工需要。依據(jù)涪陵頁巖氣層的地質(zhì)特點(diǎn)，實(shí)施鉆井技術(shù)攻關(guān)，形成了空氣鉆井、泡沫鉆井、清水鉆井、PDC與復(fù)合鉆井技術(shù)的結(jié)合等形式，達(dá)到提高機(jī)械鉆速的效果。

針對頁巖氣開發(fā)的特殊情況，優(yōu)化設(shè)計(jì)井身結(jié)構(gòu)，如果預(yù)測溶洞比較深的話，增加一層導(dǎo)管，第二層導(dǎo)管應(yīng)用于空氣鉆井。對于鉆探水平井段的漏失問題，通過優(yōu)化設(shè)計(jì)鉆井參數(shù)，防止井漏及井噴事故的發(fā)生，保證安全鉆探，達(dá)到預(yù)期的頁巖氣井的鉆探效果。

采用油基鉆井液體系，實(shí)現(xiàn)正常的鉆井液的循環(huán)，保證井壁的穩(wěn)固，防止井壁坍塌，而影響到頁巖氣的開采。應(yīng)用地質(zhì)導(dǎo)向鉆井技術(shù)措施，合理控制井眼軌跡，防止長的水平井段產(chǎn)生坍塌的現(xiàn)象，合理設(shè)計(jì)鉆井液的密度，減少對頁巖氣層的傷害，達(dá)到清潔綠色施工的條件。

將旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)和地質(zhì)導(dǎo)向鉆井技術(shù)結(jié)合起來，有利于鉆探造斜井段、穩(wěn)斜井段和直井段，保證達(dá)到水平井段井眼軌跡，提高頁巖氣井的鉆井效率。

2 頁巖氣開發(fā)中的自動(dòng)化鉆機(jī)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢

通過對頁巖氣開發(fā)過程中應(yīng)用的鉆機(jī)進(jìn)行自動(dòng)化改造升級(jí)技術(shù)的分析，解決頁巖氣開發(fā)過程中鉆探的技術(shù)問題。地面的自動(dòng)化鉆井設(shè)備包括絞車和自動(dòng)送鉆裝置，頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置，鉆井管柱的自動(dòng)化操作裝置，一體化司鉆控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了頁巖氣鉆探的自動(dòng)化。

各種自動(dòng)化鉆機(jī)的應(yīng)用，促進(jìn)頁巖氣的開發(fā)進(jìn)度，適應(yīng)頁巖氣田生產(chǎn)的需要。隨著信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，鉆機(jī)的自動(dòng)化技術(shù)也得到進(jìn)一步的提高。

2.1 頁巖氣開發(fā)過程中自動(dòng)化鉆機(jī)的現(xiàn)狀

在頁巖氣鉆井施工過程中，應(yīng)用自動(dòng)化鉆機(jī)，達(dá)到最佳的鉆探效率。變頻傳動(dòng)技術(shù)在頁巖氣鉆井中的應(yīng)用，對于交流變頻鉆機(jī)的應(yīng)用方面，西門子公司的變頻器被應(yīng)用于鉆機(jī)的配置中，而國產(chǎn)的電動(dòng)機(jī)很難推廣使用，依據(jù)鉆機(jī)的特點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)單傳動(dòng)和多傳動(dòng)的模式，達(dá)到自動(dòng)鉆探的效果。

自動(dòng)化鉆機(jī)動(dòng)力源的發(fā)展技術(shù)，采用柴油發(fā)電機(jī)的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)方式，通過發(fā)電控制電網(wǎng)的電能傳輸，滿足頁巖氣鉆井設(shè)備的用電需求。通過數(shù)字或者模擬發(fā)電機(jī)的應(yīng)用，解決發(fā)電的自動(dòng)化問題，提高功能發(fā)電的自動(dòng)化程度。也有的地區(qū)采用燃?xì)鈾C(jī)組發(fā)電的模式，應(yīng)用功率補(bǔ)償?shù)姆绞?，滿足頁巖氣鉆探用電的需要。

鉆機(jī)自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用，PCL控制技術(shù)成為自動(dòng)化鉆機(jī)的核心組成部分，我國采用的是西門子的控制器，應(yīng)用備用設(shè)備組織生產(chǎn)，一旦正常鉆井施工過程中，設(shè)備出現(xiàn)故障，及時(shí)啟用備用設(shè)備，減少頁巖氣鉆探過程中的損失，不斷提高頁巖氣鉆探的效率。有望對控制系統(tǒng)的處理器進(jìn)行改進(jìn)，提高自動(dòng)控制的能力。在自動(dòng)化鉆機(jī)使用過程中，不斷改進(jìn)自動(dòng)化的鉆井工具，輸送設(shè)備為主，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，減少頁巖氣鉆探過程中故障的發(fā)生率，不斷提高頁巖氣鉆探的機(jī)械鉆速，縮短鉆井周期，才能更好地節(jié)約頁巖氣鉆井的成本，提高頁巖氣井鉆探的經(jīng)濟(jì)效益。

2.2 頁巖氣開發(fā)過程中自動(dòng)化鉆機(jī)的發(fā)展趨勢

為了更好地開發(fā)頁巖氣田，對自動(dòng)化鉆機(jī)進(jìn)行研究，預(yù)測發(fā)生趨勢，更好地適應(yīng)頁巖氣生產(chǎn)的需要。不斷開發(fā)自動(dòng)化的工具，通過控制系統(tǒng)的指揮和協(xié)調(diào)，自動(dòng)化的工具能夠進(jìn)行動(dòng)作，完成頁巖氣井的鉆探，降低崗位員工的勞動(dòng)強(qiáng)度，而且能夠滿足井控的需要，有效地防止井噴等事故的發(fā)生，保證安全鉆進(jìn)。

提升鉆井設(shè)備的安全性，研制地面及管柱的自動(dòng)化設(shè)備，實(shí)現(xiàn)鉆井液的自動(dòng)循環(huán)，通過自控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測和管理，達(dá)到自動(dòng)鉆探的效果。強(qiáng)化對集成控制技術(shù)的應(yīng)用，目前采用的是電動(dòng)機(jī)、儀表和監(jiān)控技術(shù)措施，未來的發(fā)展趨勢就是利用集成技術(shù)措施，實(shí)現(xiàn)鉆井信息的共享，加強(qiáng)科學(xué)研究，使集成技術(shù)發(fā)揮更大的作用。

不斷開發(fā)節(jié)能技術(shù)措施，對于頁巖氣的開發(fā)，屬于高成本的開發(fā)項(xiàng)目，研制變速絞車的應(yīng)用，順利進(jìn)行起下管柱，利用超級(jí)電容補(bǔ)償作用，避免電阻發(fā)熱而損失電能，導(dǎo)致電能的過多消耗，達(dá)到節(jié)能的技術(shù)要求。需要開發(fā)故障診斷系統(tǒng)，當(dāng)自動(dòng)化鉆機(jī)運(yùn)行過程中，一旦出現(xiàn)故障，能夠及時(shí)判斷故障所在，通過故障數(shù)據(jù)的采集，及時(shí)發(fā)送給控制計(jì)算機(jī)，通過計(jì)算機(jī)程序的分析，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，快速解決故障問題，恢復(fù)頁巖氣井的鉆探施工，大大提高鉆探的效率。

3 結(jié)語

通過對涪陵頁巖氣開發(fā)中自動(dòng)化鉆機(jī)的現(xiàn)狀和發(fā)展的研究，解決頁巖氣開發(fā)的鉆探問題，為了更好地開發(fā)頁巖氣奠定了基礎(chǔ)。由于涪陵的頁巖氣田具有壓力高，氣井的產(chǎn)量高，二氧化碳含量低，不含有硫化氫的特點(diǎn)，具有非常廣闊的開采前景。應(yīng)用自動(dòng)化鉆機(jī)對頁巖氣井進(jìn)行鉆探，分析自動(dòng)化鉆機(jī)的應(yīng)用現(xiàn)狀，分析其發(fā)展前景，對頁巖氣的開發(fā)具有推動(dòng)作用。

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