自动化、智能化——钻井技术发展大趋势

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87%
顶驱配置率
100%
自动化钻机占比
93%(FlexRig)
37%(ADR®)
与普通陆地钻机相比,自动化陆地钻机可明显提高作业效率。
CNPC Economics & Technology Research Institute
中国石油集团经济技术研究院
地面自动化——海洋自动化钻机
最具代表性的海洋自动化钻机是双作业钻机,其主要特点是正常 钻进、起下钻、下套管、固井等常规作业由主钻机完成,组装拆 卸钻柱、下放隔水管柱、下放与回收水下器具等辅助作业由辅钻 机完成,主辅作业可以同步进行,可显著提高钻井效率,缩短钻 井周期。双作业钻机市场几乎被NOV和挪威Aker Solutions公司 所垄断。
100
在此基础上发展起来的旋转导向钻井系统,
80
60
是定向钻井技术的一次革命,也是当今石油
40
钻井行业一项最尖端的井下技术,已成为水
20
0 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013e 年份
平井和大位移井钻井的重要利器。经过10多 年的发展,其应用规模不断扩大,越来越多
CNPC Economics & Technology Research Institute 7
中国石油集团经济技术研究院
汇报内容
一、钻井自动化现状 二、钻井智能化趋势 三、钻井无人化前景 四、结论与建议
CNPC Economics & Technology Research Institute
中国石油集团经济技术研究院
30 27.0
用导向泥浆马达钻水平段
用导向泥浆马达钻造斜段
17.3
25
4.6
22.1
造斜段+水平段
3.0
20
18.1
15.9
3.0
15
14.2 12.4 10.8 11.712.5
2.7
11.2
钻井用时对比
11.5 11.2
11.0
22.4
10
16.6
5.2
4.0
19.1
3.0
8.5
9.0
8.7 7.6 7.6 7.5
中国石油集团经济技术研究院
地面自动化——钻机自动化设备
钻机自动 化设备
多参数测量仪或综合 录井仪
自动排管设备
铁钻工
顶部驱动装置
自动排管设备
井口自动化设备,比 如铁钻工
配备自动送钻设备的 一体化司钻控制室
自动猫道或管具自动 传送装置等
一体化司钻控制室
CNPC Economics & Technology Research Institute
3500
用导向泥浆马达钻造斜段
3252
用AutoTrak Curve系统(HBRSS)钻水平段
3000
用AutoTrak Curve系统(HBRSS)钻造斜段
2841
2500
2619 2544
2581 2135
2359 2083 2146 2059 2079
2628 2637
2513
2637 2461
国际定向钻井市场构成
地取代常规定向钻井,国际市场份额已占国 际定向钻井市场的1/3。 CNPC Economics & Technology Research Institute
中国石油集团经济技术研究院
为适应高效开发页岩气等非常规油气的需要,斯伦贝谢和贝克 休斯公司相继推出了高造斜率旋转导向钻井系统,其最大造斜能 力范围15°—18°/30米,可缩短造斜井段的长度,从而缩短靶前 距,增加水平段长度,有利于提高油气产量。
地面半自动化 直流电动 钻机/ 液压 驱动 钻机/ 复合驱 动钻机 顶部驱动 装置 钻机自动 化设备 钻机自动 化仪表 井下半自动化 PDC钻头(TSP钻头) 泥浆马达/导 向钻井 系统 MWD/LWD 计算机技 术/通讯技 术 水平井、 大位移 井、分 支井
地面自动化 交流变频 电动钻 机 连续管钻 机 自动化钻 机 自动控压 钻井系 统
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自动化、智能化—— 钻井技术发展的大趋势
CNPC Economics & Technology Research Institute
中国石油集团经济技术研究院
前言
汽车制造业 先进的生产线早已实现了自动化、无人化。
CNPC Economics & Technology Research Institute 2
3.5 4.1
5.2 3.5
4.0 3.6
8.7
6.8
7.2
5.2
3.3
4.0
0
案例1 16口页岩气水平井造斜 段+水平段一趟钻完钻,平均钻 井周期锐减40%以上
2012年
Marcellus页岩气产区
贝克休斯公司的AutoTrak Curve系统
造斜段+水平段的平均钻井进尺 从1813.8米增加到了2508.5米。
未来展望 展望未来,双作业钻机将成为深水浮式钻井装置的标配钻机。在技 术上,双作业钻机将得到进一步发展,结构将更加多样化,钻深能 力、自动化水平、作业效率和安全性将进一步提升,有力地推动未 来深水油气勘探开发。
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中国石油集团经济技术研究院
地面自动化——陆地自动化钻机
国外一些大的钻井承包商也根据自身需要定制了一些陆地自动化钻机。
美国Patterson-UTI钻井公司APEX®钻机
美国H&P公司 FlexRig钻机
(就在用钻机数 而言,是美国 最大的陆地钻
井承包商)
CNPC Economics & Technology Research Institute
6.1
6.1
5.7
8.2 6.9
7.3 7.3 6.3 7.1 7.5
6.0
6.7 5.7
7.9
15.1
13.2
4.5
5
2.4 3.3
2.7 4.0
3.0 4.5
3.0 4.1
5.0
2.8 3.5
3.0 4.3
3.6 3.7
2.5 2.0
3.5 3.4
3.0 5.2
5.5
5.4
2.9 3.2
2.3 5.2
概念时期
发展时期
科学化钻井 时期
自动化钻井时期
智能化钻井时期
无人 智能钻井阶段 钻井
自动化wk.baidu.com井 完善阶段
技 术 进 步
旋转钻井+钻 井液 牙轮钻头 注水泥固 井
自动化钻井 初级阶段
牙轮钻头 、固井 工艺及 钻井液技 术进一 步发展
大功率钻 井设备
射流理论 “三合一 ”牙轮 钻 头 喷射钻井 技术 最优化钻 井技术 螺杆钻具 单、多点 测斜仪 定向井、 丛式井
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2、井下自动化
井下 自动化
MWD、LWD、近 钻头地质导向仪
随钻地震
(井下“眼睛”) (井下“望远镜”,有助于实现随钻前探)
亿美元
自动垂直钻井系统 旋转导向钻井系统
(井下“方向盘”)
160
常规导向 140
旋转导向
120
自动垂直钻井系统能够自动钻成垂直井眼, 是高陡构造的克星,高难度直井钻井的利器。
为提高钻井效率和安全性,设备制造商推出了一些陆地自动化钻机。
NOV的RAPID钻机
中深井钻机 钻深能力3600米(12000ft) 井架高度24米,可以处理单根钻杆 电驱动钻机 顶驱 铁钻工 全自动井口设备 全自动钻杆处理装置 一体化司钻控制室
CNPC Economics & Technology Research Institute
2311
2515 2408
2774
2377
1951
2000
1678 1661 1733
1735
1588
1699
1829
1859
1646
1798
1829
1859
2103
1585
1733
1250
2042
975
2042
1981
1500
1386
1276
1172
1006
1585
1585
1585
1067
914
1219
军事领域
美军无人机已投入实战。 最近在航母上起飞、降落试验取得了成功。
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中国石油集团经济技术研究院
在众多行业的自动化、智能化和无人化大潮的推动下,石油钻井 也在朝着自动化、智能化方向迈进,只是要滞后很多。
1000
1219
1341
914
945
732
1159
686
762
818
663
777
890
579
684
693
777
874
774
834
525
494
474
561
539
668
818
500
502
638
442
458
471
247
331
440
0
40
35 33.9
用AutoTrak Curve系统(HBRSS)钻水平段 用AutoTrak Curve系统(HBRSS)钻造斜段
斯伦贝谢的 PowerDrive Archer系统
贝克休斯的 AutoTrak Curve系统
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造斜段+水平段钻井进尺,米
造斜段+水平段钻井进尺
4000
用导向泥浆马达钻水平段
3592
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航天业
飞船(神舟)与空间站(天宫飞行器)能够自动交汇对接。
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中国石油集团经济技术研究院 汽车驾驶 在澳大利亚一些大型矿山,自动装卸重卡早就实现了无人驾驶。 国内外公路小骄车无人驾驶已经试验成功。
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航空业
大型民航客机可以全程自动飞行,只是出于安全考虑,起飞和 降落仍由飞行员操作。
井下自动化 地质导向 自动垂直 钻井系 统 旋转导向 钻井系 统 智能钻杆 智能完井
钻井专家决 策支持 系统
地面智能化 智能钻机(集 成智 能控压钻 井系统)
井下智能化 超级钻头 或智能 钻头 智能钻杆 智能钻井 液 井下智能 导向钻 井系统
智能钻井专 家 系统
无钻
机钻探
无人
钻机
海底
钻机
1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020 2030 2040 2050
平均钻井用时从15.8天减至7.6 天,锐减51.9%,均实现了“造 斜段+水平段”一趟钻完钻。
平均日进尺从114.5米/日增至 328.7米/日,提高178%。
加上直井段钻井用时,平均钻 井周期锐减40%以上。
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地面自动化——海洋自动化钻机
荷兰Huisman设备公司设计了一种结构独特的双作业钻机——多功能箱式钻塔。 HuisDrill 12000型钻井船 Noble钻井公司已建造了4艘配备多功 能箱式钻塔的深水钻井船,其中2艘的 额定作业水深高达3657米,另2艘的额 定作业水深为3048米。
造斜段+水平段钻井用时,天
JBF14000型半潜式钻井平台 (额定作业水深14000英尺,合4267.2米)
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地面自动化——海洋自动化钻机
应用现状 双作业钻机已在深水浮式钻井装置(深水半潜式钻井平台和深水钻 井船)上得到广泛应用,已经成为深水钻井利器。
多参数测量仪或综合录井仪
顶部驱动装置
钻机自动化设备
自动排管设备 井口自动化设备,比如铁钻工
配备自动送钻设备的一体化司 钻控制室
自动猫道或管具自动传送装置等
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中国石油集团经济技术研究院
地面自动化——陆地自动化钻机
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地面自动化——陆地自动化钻机
美国H&P公司和加拿大Ensign能源服务公司陆地钻机概况
概况 陆地钻机数
美国H&P公司
加拿大Ensign能源服务公司
(2012年底)
(2012年底)
273台(在美国,大约一半用 于开发页岩气、页岩油)
299台
电驱动钻机占比
100%
交流变频电驱动 钻机占比
一、钻井自动化现状
钻井自动化主要由地面自动化、井下自动化、钻井信息化构成。
地面 自动化
钻井 信息化
井下 自动化
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1、地面自动化
地面 自动化
自动化钻机
陆地自动化钻机
海洋自动化钻机 (双作业钻机)
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