鉆井承包商與OFS提供商之間的伙伴關(guān)系正在將完全由鉆井承包商擁有和操作的MPD系統(tǒng)，以獨特和完整的功效推向更高水平的應(yīng)用。 MPD（控壓鉆井）正成為一種被人們廣泛接受的在壓力窗口狹窄地層鉆井作業(yè)的方法。雖然MPD是某些油氣井鉆井作業(yè)的唯一選擇，但其它油氣井也受益于提高成功率、減少非生產(chǎn)時間（NPT），以及提高MPD帶來的屏障管理。MPD作業(yè)至少需要一套旋轉(zhuǎn)控制裝置（RCD）、節(jié)流管匯和一些計量組件。其它設(shè)備可能包括一組緩沖管匯、回壓泵和分流管匯。對于每家MPD提供商，設(shè)備和控制系統(tǒng)都是獨特的，供應(yīng)商可能會因作業(yè)的不同而有所變化。但每次在采用不同設(shè)備配置時，都會為此次作業(yè)生成一套獨特的作業(yè)程序和流程，這樣一來，使鉆井作業(yè)人員無法從最佳實踐和經(jīng)驗教訓(xùn)中獲益。
所以，目前實施MPD服務(wù)的做法既耗時又昂貴，尤其是在深水鉆井方面。與此同時，MPD的總體責(zé)任正不斷從石油公司轉(zhuǎn)移至鉆井承包商一方。因此，越來越多的承包商正在研究通過將引入的MPD服務(wù)作為一種在其鉆機設(shè)備上永久安裝的產(chǎn)品來降低他們成本的機會。通過將部分或全部的MPD系統(tǒng)集成進鉆機的自動化設(shè)備中，承包商就能實現(xiàn)成本的大幅降低，提高鉆井效率和安全效能。
集成解決方案
隨著越來越多的海上鉆探合同要求鉆機和浮動鉆井船具備完整的MPD作業(yè)能力，Noble公司開始著手為其鉆機或鉆井平臺開發(fā)一個下一代的、完全集成的MPD控制系統(tǒng)的項目。海上鉆井承包商選擇NOV公司合作開發(fā)該系統(tǒng)，系統(tǒng)包括一套完整無縫集成、可擴展且適合用途的MPD解決方案，其設(shè)備和組件能真正并入一部鉆機的自動化的鉆井控制系統(tǒng)中。完全集成的MPD控制組件。非集成的控制系統(tǒng)會增加司鉆的勞動強度，司鉆不得不在設(shè)備控制功能與過程控制功能之間進行關(guān)聯(lián)，動用其綜合知識和經(jīng)驗來協(xié)調(diào)整個控制。司鉆還必須經(jīng)常與第三方MPD服務(wù)商的專家們進行溝通，這些牽涉精力的工作可能會延遲決策、降低生產(chǎn)效率，甚至?xí)磉\營商失誤的更高風(fēng)險。
因此，整個控制系統(tǒng)的構(gòu)建是為了與鉆機供應(yīng)商提供的原始鉆井控制系統(tǒng)建立起真正的系統(tǒng)集成。這些公司致力于將MPD設(shè)備與控制系統(tǒng)集成為一個完全的自動化的產(chǎn)品，使其無縫地集成到鉆機控制系統(tǒng)中。作為一家有經(jīng)驗的OEM，NOV公司運用了他在設(shè)計方面廣泛而豐富的知識，將專用的MPD鉆機控制系統(tǒng)并入了已有的網(wǎng)絡(luò)實地安裝環(huán)境中，確保了一個無縫的整體系統(tǒng)集成。
集成的MPD系統(tǒng)的操作被進一步優(yōu)化，以一種在鉆井過程中機械和水力學(xué)雙效能、考慮不同鉆井液壓縮性、密度和惰性的綜合瞬態(tài)模型下進行的優(yōu)化，還考慮了溫度和巖屑載荷的影響。該模型還包括一個內(nèi)置的早期井涌和漏失檢測模塊，該模塊分析和比較預(yù)期的返出流量，為了準確識別井涌和井漏事件，還考慮了鉆具移動、泵速、泥漿壓縮性和其它因素的影響。
由于流量變化、多流體操作以及鉆具移動（沖擊和抽吸效應(yīng)）的影響，井下壓力變化通過MPD控制系統(tǒng)進行建模和主動管控。模型經(jīng)過校準，以匹配作業(yè)期間的井下測量。綜合模型的能力是業(yè)內(nèi)獨特的。因為模型能從許多不同角度和應(yīng)用對油井和鉆機設(shè)備的動力學(xué)表現(xiàn)進行分析。NOV公司已在各種現(xiàn)場作業(yè)中驗證了該模型。它是多種產(chǎn)品供應(yīng)的一部分，包括SoftSpeed II 粘/滑卡鉆緩解器、有線鉆桿和MPD優(yōu)化應(yīng)用。
系統(tǒng)優(yōu)勢
完全集成的MPD系統(tǒng)已完成了開發(fā)、試驗和現(xiàn)場應(yīng)用，現(xiàn)場很快得到證明，它是一個可為司鉆提供完成鉆井作業(yè)的堅固、健全和靈活的系統(tǒng)。通過將所有節(jié)流、泥漿泵、頂驅(qū)，以及其它設(shè)備完全關(guān)聯(lián)在一起，并實現(xiàn)協(xié)同工作，鉆井作業(yè)可在完全控制井底壓力、大幅提高機械鉆速和鉆井效率的情況下受控進行。
集成的控制系統(tǒng)還能讓司鉆從執(zhí)行日常機械控制功能和重復(fù)性的連續(xù)工作中解脫出來。現(xiàn)在，這些功能中的許多已實現(xiàn)了自動化，將司鉆提升至一個鉆井進程的管理者的位置，而不是手動控制許多操作任務(wù)。
通過一個綜合信息的鉆井屏幕，司鉆現(xiàn)在可以執(zhí)行MPD和常規(guī)鉆井作業(yè)，其效率更高，響應(yīng)時間更快，見圖1（借助一個信息集成的屏幕，司鉆現(xiàn)在可以完全控制MPD和常規(guī)鉆井作業(yè)，而工作壓力減輕了不少）。與以前非集成的雙屏幕控制場景相比，使用這個新系統(tǒng)進行的訓(xùn)練模擬表明，司鉆對在MPD環(huán)境下的事件和變化的響應(yīng)時間提高了33%至80%。
一個由司鉆操控的全集成的MPD作業(yè)，有助于解決一些組織與組織之間的問題，最近的一項研究發(fā)現(xiàn)，這些問題導(dǎo)致了挪威大陸架的一些海上事件。其中包括：不同公司人員之間的角色含糊不清；銜接和協(xié)調(diào)能力崩潰；組織與組織之間質(zhì)量控制不佳；以及公司與公司之間的溝通出現(xiàn)問題等等。
集成的MPD系統(tǒng)所實現(xiàn)的效能改進表明，如果這一集成的控制系統(tǒng)將最相關(guān)的MPD詳細信息直接置于它們的屏幕上，那么司鉆就能在無需與原始設(shè)備制造商的MPD專家溝通的情況下，即可承擔(dān)起額外的MPD監(jiān)控責(zé)任。完全集成的系統(tǒng)還有助于司鉆實現(xiàn)一項行業(yè)需求，即最大限度地減少自升式鉆機或深水鉆井平臺上的作業(yè)人員。而一個非集成的MPD系統(tǒng)，其作業(yè)可能需要7-8名第三方的MPD專業(yè)人員才能操作，而這套完全集成的系統(tǒng)能幫助將作業(yè)人員減至兩人或三人，這些作業(yè)人員都是由鉆井承包商雇傭的，見圖2（傳統(tǒng)的MPD作業(yè)通常需要5至10名額外人員在井場提供服務(wù)，包括第三方的服務(wù)人員和井隊從事MPD作業(yè)的人員。但在實施了NOV公司全集成的自動化控制的MPD系統(tǒng)后，Noble公司使MPD作業(yè)的總?cè)藬?shù)降至了只有3人。其中包括他們自己的員工。這是一個顯著的成本節(jié)約，讓鉆井承包商更接近其只擁有兩名專業(yè)MPD技術(shù)人員的目標(biāo)）。
通過使用他們自己的員工來全面操作MPD系統(tǒng)（無需任何第三方團隊加入），鉆井承包商正在創(chuàng)建自己的領(lǐng)域知識和操作流程，他們還可在其它的鉆機上向MPD操作的其余部分進行拓展。此外，當(dāng)MPD處于脫機狀態(tài)時，司鉆自己的MPD代表可以很容易地被重新分派到井上其他的作業(yè)執(zhí)行任務(wù)。由于早期采用了這種真正集成的MPD產(chǎn)品，Noble公司是海上鉆井行業(yè)第一個優(yōu)化鉆井平臺上MPD作業(yè)人數(shù)的鉆井承包商。
證明其海上作業(yè)的潛力。經(jīng)過近兩年的密切合作和聯(lián)合開發(fā)，鉆井承包商將完全集成的MPD系統(tǒng)配備到了他的Noble公司環(huán)球旅行者二號鉆井船上的鉆機控制系統(tǒng)中，這是一部額定水深3050m、鉆井深度12200m的深水鉆井船。由于鉆機的集成以及并入了先進的自動化設(shè)計，Noble公司完全擁有和運營的環(huán)球旅行者二號是業(yè)內(nèi)一個真正的集成系統(tǒng)。另一個業(yè)內(nèi)第一，環(huán)球旅行者二號自己的鉆井隊管理著整個的設(shè)備操作，沒有NOV公司的員工或第三方團隊的人員在鉆井船上協(xié)助作業(yè)。迄今為止，該鉆井承包商已使用Noble公司環(huán)球旅行者二號上的鉆井系統(tǒng)鉆了5口MPD油氣井，其中一口井位于保加利亞的近海，另外4口井位于墨西哥灣。所有這些油氣井都是深水鉆井作業(yè)。
作為該井的所有者在MPD團隊中信任的證明，在集成的系統(tǒng)安裝在鉆井船上后，Noble公司在保加利亞鉆的第一口井直接采用了MPD作業(yè)。采用MPD鉆這口井對鉆至總井深至關(guān)重要。由于地質(zhì)問題，包括壓力窗口狹窄（孔隙壓力與破裂壓力接近），以及許多未知的地質(zhì)構(gòu)造，該油田早期鉆的井大都無法鉆至總井深。盡管面臨這些挑戰(zhàn)，第一次采用MPD鉆的這口井比計劃鉆的更深，被認為是一口鉆的成功的井。這個MPD系統(tǒng)還不斷地在墨西哥灣的油氣鉆井作業(yè)中證明了它的效率和性能，包括許多新的MPD作業(yè)，如控壓固井作業(yè)。
與任何新舉措一樣，現(xiàn)場使用的這種集成的MPD系統(tǒng)也面臨一些不可預(yù)見的挑戰(zhàn)。例如，井隊作業(yè)人員必須習(xí)慣該系統(tǒng)就位時他們需承擔(dān)的新角色和責(zé)任。此外，鉆臺上的各方人員必須熟悉該系統(tǒng)的設(shè)備響應(yīng)和自動化流程，這需要時間，而且，需通過打更多的井才能提高技能和積累經(jīng)驗。通過在多部鉆機上使用相同的集成系統(tǒng)，Noble公司已經(jīng)能夠做到減少培訓(xùn)要求，充分利用從各鉆井隊獲得的經(jīng)驗。
建立在成功基礎(chǔ)上
環(huán)球旅行者二號鉆井船上完全集成的MPD系統(tǒng)的早期成功，給了兩家公司以及他們其它的鉆井船和北海其它地區(qū)的鉆井平臺繼續(xù)他們項目實施的信心。NOV和Noble公司目前正致力于在2021年夏季為北海一家大型石油公司實施3口井鉆探計劃之前，將這一集成的MPD系統(tǒng)整合到
Noble Lloyd Noble 自升式鉆井平臺中。MPD系統(tǒng)將被集成到鉆機現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施的安裝中，與NOV公司的工藝自動化平臺建立起無縫協(xié)作，創(chuàng)建更多的改進機會和作業(yè)績效。
該系統(tǒng)高度集成，讓鉆井承包商們能夠完全依靠他們自身的能力來實施MPD作業(yè)，也是如何實施傳統(tǒng)MPD作業(yè)的一種方式的改變。隨著北海以及全球其他超大型石油公司所聽到的該集成的MPD產(chǎn)品帶來的切實的好處，NOV公司隨時準備提供幫助和技術(shù)支持，優(yōu)化全球以及每個鉆井應(yīng)用項目的MPD作業(yè)，無論是深水還是陸上，以及全球任何地方的鉆探作業(yè)。（文章作者：萊昂納多·科雷亞，國民油井Varco；羅伯特·范·庫倫堡，Noble公司；2021年1月發(fā)布于世界石油網(wǎng)站）
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