鉆井承包商與OFS提供商之間的伙伴關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)至少需要一套旋轉控制裝置（RCD）、節(jié)流管匯和一些計量組件。其它設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，設備和控制系統(tǒng)都是獨特的，供應商可能會因作業(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驗教訓中獲益。
所以，目前實施MPD服務的做法既耗時又昂貴，尤其是在深水鉆井方面。與此同時，MPD的總體責任正不斷從石油公司轉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服務作為一種在其鉆機設備上永久安裝的產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，司鉆不得不在設備控制功能與過程控制功能之間進行關聯(lián)，動用其綜合知識和經驗來協(xié)調整個控制。司鉆還必須經常與第三方MPD服務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、降低生產效率，甚至會帶來運營商失誤的更高風險。
因此，整個控制系統(tǒng)的構建是為了與鉆機供應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設備與控制系統(tǒng)集成為一個完全的自動化的產品，使其無縫地集成到鉆機控制系統(tǒng)中。作為一家有經驗的OEM，NOV公司運用了他在設計方面廣泛而豐富的知識，將專用的MPD鉆機控制系統(tǒng)并入了已有的網絡實地安裝環(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置的早期井涌和漏失檢測模塊，該模塊分析和比較預期的返出流量，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）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)內獨特的。因為模型能從許多不同角度和應用對油井和鉆機設備的動力學表現(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。它是多種產品供應的一部分，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，以及其它設備完全關聯(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。
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)進行的訓練模擬表明，司鉆對在MPD環(huán)境下的事件和變化的響應時間提高了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)調能力崩潰；組織與組織之間質量控制不佳；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備制造商的MPD專家溝通的情況下，即可承擔起額外的MPD監(jiān)控責任。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，包括第三方的服務人員和井隊從事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)的總人數(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技術人員的目標）。
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。由于早期采用了這種真正集成的MPD產品，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計，Noble公司完全擁有和運營的環(huán)球旅行者二號是業(yè)內一個真正的集成系統(tǒng)。另一個業(yè)內第一，環(huán)球旅行者二號自己的鉆井隊管理著整個的設備操作，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重要。由于地質問題，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構造，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)也面臨一些不可預見的挑戰(zhàn)。例如，井隊作業(yè)人員必須習慣該系統(tǒng)就位時他們需承擔的新角色和責任。此外，鉆臺上的各方人員必須熟悉該系統(tǒng)的設備響應和自動化流程，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驗。通過在多部鉆機上使用相同的集成系統(tǒng)，Noble公司已經能夠做到減少培訓要求，充分利用從各鉆井隊獲得的經驗。
建立在成功基礎上
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)有的網絡設施的安裝中，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產品帶來的切實的好處，NOV公司隨時準備提供幫助和技術支持，優(yōu)化全球以及每個鉆井應用項目的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)布于世界石油網站）
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