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【2017 OTC】油气乱世 唯技术革新者称英雄(三)

【2017 OTC】油气乱世 唯技术革新者称英雄(三)

2017年OTC会议已过。尾声之后,给石油天然气工业留下的不仅是行业现状,更给从业者留下了对未来技术发展的思考。

来自 | OTC
编译 | 二丫

在当前的行业背景下,深水领域的发展如何呢?由于深水领域获得收益的周期更长,因而将面临更大的挑战。一些深水油井钻探长达六个月的时间,海底设备交付期长达三年,再加上技术和其他方面的复杂性,自2014年以来成本呈指数增长。

美国墨西哥湾是世界上较早且较成熟的深水油气作业区(预计盈亏平衡价格50美元/桶左右),仍将是北美深水开发的主要来源。目前已为度过油价寒冬期做了很多工作,预计近两年的深水需求量将有所增长。所以,对于深水钻井来说,“降本增效”绝不止是某个阶段的热门词汇。

新型钻井碎屑管理方案

平均30%的NPT由钻井碎屑引起,“罪魁祸首”需尽早斩草除根。

钻井作业中,尤其是在复杂底层条件、斜井钻进过程中会产生大量钻井碎屑,若不能及时将碎屑分离、移除,钻井设备将受到不可弥补的损伤,作业时间和成本也会大幅增加。针对此种情况,斯伦贝谢子公司M-I SWACO推出了一系列的新型钻井碎屑处理方案,以下为简要介绍。

据统计,无论是在陆地还是海上的斜井钻井作业中,平均有30%的NPT是由钻井碎屑诱发井下工具故障产生的。
 
就目前来说,尽管斜井钻井碎屑问题没有垂直井那样严重,但随着复杂地质条件、深水井数目日益增加,深水钻井碎屑控制和污染问题已经到了必须解决的地步,尤其是钻井难度高、采用电子智能BHA作业的深水井。如果碎屑大量混入循环钻井液,旋转导向系统(RSS)及其他敏感BHA工具将受到严重损害。此外,若金属类碎屑混入循环钻井液中,LWD/MWD测量的准确性会大幅降低。在钻井过程中,如果地面泥浆槽磁铁和井下过滤装置设计不合理,将造成设备过度磨损,唯一的弥补方式就是更换受损工具,增加NPT和作业成本。
 
鉴于以上提到的钻井碎屑导致的高成本问题,M-I SWACO推出了高效钻井碎屑管理策略。

技术可靠

作为该策略最重要的模块之一,MAGNOGARD裸眼井磁铁技术在复杂钻井作业中对高硬度、高磨蚀性碎屑的回收非常有效。在应用过程中,MAGNOGARD在裸眼井中进行旋转、往复模式运动,主要收集破碎钻齿及其他金属碎屑。

Texas的测试证明了该技术的有效性。在Texas某油田的水平井钻井中,由于地层磨蚀性较大,钻井过程产生了含铁碎屑,RSS、MWD等工具的稳定性受到了极大影响。在随后的作业中,作业商在BHA上安装了MAGNOGARD磁铁工具,最终成功回收并分离33lbm含铁碎屑。

在M-I SWACO的新型系统中,辅助MUDGARD钻杆过滤器直接安装在BHA上部,在碎屑对BHA造成破坏前将循环液体中的碎屑过滤排除。与同类产品相比,以MUDGARD为代表的内置过滤器使用寿命要比传统过滤器长10倍以上。

MUDGARD过滤器性能在阿根廷某陆地油田的多口小井眼水平井中得到了验证。该油田钻井过程中钻井液被多种碎屑污染,包括密封O形环、动力皮带碎屑、固体碎屑、纤维等。在安装MUDGARD后,循环液体测试结果表明,在液体通过MWD时其信号没有受到干扰,MUDGARD共分离得到0.965lbm碎屑,只需一次下钻即可钻达预定深度。在之后的作业中,MUDGARD过滤器共分离得到0.21~3.30lbm钻井碎屑,提高钻井效率作用明显。钻循环液密度13.0lbm/gal的条件下,MUDGARD过滤器经过1500小时以上的使用并没有出现明显的滤网磨损痕迹。

通常情况下,在斜井钻井过程中作业人员会提高环空循环速率,以此来促进碎屑的移除。在此类应用中,WELL COMMANDER投球激活循环阀可以发挥巨大作用,该阀门安装于BHA上方,当其打开时会产生钻柱—环空循环旁路,防止钻井过程中碎屑积累等危险情况的发生。

在Sakhalin岛的一口井中,斜井段直径为12-1/4in、斜度80°,开发商要求安装阀门产生一条液体绕过井下BHA的回路,防止钻井设备受损,最终,M-I SWACO的新型技术完美地完成了此次作业,证明了其在大斜度井中的应用性能。随后,作业商通过安装的循环阀门高速泵入了多个高粘度、高比重碎屑清洗球,井筒清洗和碎屑分离效果完全满足作业要求,当循环阀门完全投入使用后,通过对地面循环液体样品分析,发现碎屑的回收率是之前的1.5倍,钻井NPT和成本都得到有效降低。

UPS系统保障海上钻机的电力供应

海上钻机的电力供应,真的需要那么多人力?

当涉及海上钻井平台的电力供应时,员工值班变化并不涉及电源开关的切换。出于安全方面以及运行和生产效率方面的考虑,必须全天候供应电力,同时还要完全避免因频率波动或雷击过电压引起的主电源停电和故障。

用于确保平台平稳运行的功能信号灯需要日夜运行,对附近船舶、飞机和平台本身的安全至关重要。这就是为什么为每台钻机设计、定制并装配坚固耐用的不间断电源(UPS)系统。

对海上钻机现场的UPS系统来说,能够承受风暴、高盐空气、强烈振动、高温或极冷等环境是特别重要的。上述环境条件,再叠加上腐蚀、灰尘、大气气体、电气故障和其他不可预见的问题,可能会导致电网故障。

海上UPS系统必须符合严格的国家和国际行业标准,其中包括国际船级社协会、美国船级社以及劳埃德船级社等。

UPS系统工程师首先确定安装需求。UPS系统有多少可用空间?海上平台的建筑价值约为50,000美元/平方英尺。需要多少电池充电容量?UPS系统在备份过程中能够承担多大电力负载?系统重量使多少?平台在哪里部署?

其他因素包括平台移动时的设备运行能力。设备必须能够承受平台倾斜和偏航。装有UPS系统的机柜必须更加坚固,特别要注意防腐和过热。为了给平台的照明提供电力供应,,每个UPS系统都使用了来自标准电力供应和应急电网的平行馈电配电盘。

维护UPS系统

维护海上UPS系统是一种微妙的平衡措施。当出于安全原因被迫放弃海上平台时,即使电池所储备的四小时电量已被用光,同时发电机的发电能力也被消耗殆尽之后,导航信标还必须保持工作。这意味着UPS系统必须增加充电功率。

受环境高温影响的关键UPS部件是UPS电池,但是其他UPS内部部件(如直流总线滤波电容器)可能会因环境高温缩短使用寿命,除非选用特殊的高温部件。

混合静态开关

UPS系统的另一个关键部件是混合静态开关。只有静态开关的旁路极配有用于电源开关的逆并联硅控整流器对。混合静态开关的变频器侧,使用常开触点式电源继电器,在正常静态开关的临界负载传输操作期间,将变频器与旁路断开。

如果UPS混合静态开关接触器触点无法打开,UPS输出将持续地连接到旁路源。UPS系统的平均无故障时间与静态开关的可靠性,直接相关-逆变器与临界负载之间的电力路径。

UPS电池

钻探现场使用的UPS系统采用较低的直流连接电压(60节,每个电池125V),其优点是,所使用的UPS电池具有更少的电池内部连接和更高可靠性。通常情况下,充电器容量必须是稳健的,因为电池的工作时间需要在1~8+小时范围内浮动。此外,非常重要的一点是,在每个UPS系统中,配置于充电器内部的电池需要有足够的充电容量。

与其它商业化UPS不同,海上安装的UPS具有更长的电池工作时间,并且使用的每个电池的终端电压要高出1.75V。

总的来说,海上UPS系统的预期寿命为10~15年。包括冷却风扇和直流滤波电容器在内的设备,在正常工况下的平均无故障运行时间可超过10万小时。

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