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【2017 OTC】油氣亂世 唯技術革新者稱英雄(三)

【2017 OTC】油氣亂世 唯技術革新者稱英雄(三)

2017年OTC會議已過。尾聲之后,給石油天然氣工業留下的不僅是行業現狀,更給從業者留下了對未來技術發展的思考。

來自 | OTC
編譯 | 二丫

在當前的行業背景下,深水領域的發展如何呢?由于深水領域獲得收益的周期更長,因而將面臨更大的挑戰。一些深水油井鉆探長達六個月的時間,海底設備交付期長達三年,再加上技術和其他方面的復雜性,自2014年以來成本呈指數增長。

美國墨西哥灣是世界上較早且較成熟的深水油氣作業區(預計盈虧平衡價格50美元/桶左右),仍將是北美深水開發的主要來源。目前已為度過油價寒冬期做了很多工作,預計近兩年的深水需求量將有所增長。所以,對于深水鉆井來說,“降本增效”絕不止是某個階段的熱門詞匯。

新型鉆井碎屑管理方案

平均30%的NPT由鉆井碎屑引起,“罪魁禍首”需盡早斬草除根。

鉆井作業中,尤其是在復雜底層條件、斜井鉆進過程中會產生大量鉆井碎屑,若不能及時將碎屑分離、移除,鉆井設備將受到不可彌補的損傷,作業時間和成本也會大幅增加。針對此種情況,斯倫貝謝子公司M-I SWACO推出了一系列的新型鉆井碎屑處理方案,以下為簡要介紹。

據統計,無論是在陸地還是海上的斜井鉆井作業中,平均有30%的NPT是由鉆井碎屑誘發井下工具故障產生的。
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就目前來說,盡管斜井鉆井碎屑問題沒有垂直井那樣嚴重,但隨著復雜地質條件、深水井數目日益增加,深水鉆井碎屑控制和污染問題已經到了必須解決的地步,尤其是鉆井難度高、采用電子智能BHA作業的深水井。如果碎屑大量混入循環鉆井液,旋轉導向系統(RSS)及其他敏感BHA工具將受到嚴重損害。此外,若金屬類碎屑混入循環鉆井液中,LWD/MWD測量的準確性會大幅降低。在鉆井過程中,如果地面泥漿槽磁鐵和井下過濾裝置設計不合理,將造成設備過度磨損,唯一的彌補方式就是更換受損工具,增加NPT和作業成本。
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鑒于以上提到的鉆井碎屑導致的高成本問題,M-I SWACO推出了高效鉆井碎屑管理策略。

技術可靠

作為該策略最重要的模塊之一,MAGNOGARD裸眼井磁鐵技術在復雜鉆井作業中對高硬度、高磨蝕性碎屑的回收非常有效。在應用過程中,MAGNOGARD在裸眼井中進行旋轉、往復模式運動,主要收集破碎鉆齒及其他金屬碎屑。

Texas的測試證明了該技術的有效性。在Texas某油田的水平井鉆井中,由于地層磨蝕性較大,鉆井過程產生了含鐵碎屑,RSS、MWD等工具的穩定性受到了極大影響。在隨后的作業中,作業商在BHA上安裝了MAGNOGARD磁鐵工具,最終成功回收并分離33lbm含鐵碎屑。

在M-I SWACO的新型系統中,輔助MUDGARD鉆桿過濾器直接安裝在BHA上部,在碎屑對BHA造成破壞前將循環液體中的碎屑過濾排除。與同類產品相比,以MUDGARD為代表的內置過濾器使用壽命要比傳統過濾器長10倍以上。

MUDGARD過濾器性能在阿根廷某陸地油田的多口小井眼水平井中得到了驗證。該油田鉆井過程中鉆井液被多種碎屑污染,包括密封O形環、動力皮帶碎屑、固體碎屑、纖維等。在安裝MUDGARD后,循環液體測試結果表明,在液體通過MWD時其信號沒有受到干擾,MUDGARD共分離得到0.965lbm碎屑,只需一次下鉆即可鉆達預定深度。在之后的作業中,MUDGARD過濾器共分離得到0.21~3.30lbm鉆井碎屑,提高鉆井效率作用明顯。鉆循環液密度13.0lbm/gal的條件下,MUDGARD過濾器經過1500小時以上的使用并沒有出現明顯的濾網磨損痕跡。

通常情況下,在斜井鉆井過程中作業人員會提高環空循環速率,以此來促進碎屑的移除。在此類應用中,WELL COMMANDER投球激活循環閥可以發揮巨大作用,該閥門安裝于BHA上方,當其打開時會產生鉆柱—環空循環旁路,防止鉆井過程中碎屑積累等危險情況的發生。

在Sakhalin島的一口井中,斜井段直徑為12-1/4in、斜度80°,開發商要求安裝閥門產生一條液體繞過井下BHA的回路,防止鉆井設備受損,最終,M-I SWACO的新型技術完美地完成了此次作業,證明了其在大斜度井中的應用性能。隨后,作業商通過安裝的循環閥門高速泵入了多個高粘度、高比重碎屑清洗球,井筒清洗和碎屑分離效果完全滿足作業要求,當循環閥門完全投入使用后,通過對地面循環液體樣品分析,發現碎屑的回收率是之前的1.5倍,鉆井NPT和成本都得到有效降低。

UPS系統保障海上鉆機的電力供應

海上鉆機的電力供應,真的需要那么多人力?

當涉及海上鉆井平臺的電力供應時,員工值班變化并不涉及電源開關的切換。出于安全方面以及運行和生產效率方面的考慮,必須全天候供應電力,同時還要完全避免因頻率波動或雷擊過電壓引起的主電源停電和故障。

用于確保平臺平穩運行的功能信號燈需要日夜運行,對附近船舶、飛機和平臺本身的安全至關重要。這就是為什么為每臺鉆機設計、定制并裝配堅固耐用的不間斷電源(UPS)系統。

對海上鉆機現場的UPS系統來說,能夠承受風暴、高鹽空氣、強烈振動、高溫或極冷等環境是特別重要的。上述環境條件,再疊加上腐蝕、灰塵、大氣氣體、電氣故障和其他不可預見的問題,可能會導致電網故障。

海上UPS系統必須符合嚴格的國家和國際行業標準,其中包括國際船級社協會、美國船級社以及勞埃德船級社等。

UPS系統工程師首先確定安裝需求。UPS系統有多少可用空間?海上平臺的建筑價值約為50,000美元/平方英尺。需要多少電池充電容量?UPS系統在備份過程中能夠承擔多大電力負載?系統重量使多少?平臺在哪里部署?

其他因素包括平臺移動時的設備運行能力。設備必須能夠承受平臺傾斜和偏航。裝有UPS系統的機柜必須更加堅固,特別要注意防腐和過熱。為了給平臺的照明提供電力供應,,每個UPS系統都使用了來自標準電力供應和應急電網的平行饋電配電盤。

維護UPS系統

維護海上UPS系統是一種微妙的平衡措施。當出于安全原因被迫放棄海上平臺時,即使電池所儲備的四小時電量已被用光,同時發電機的發電能力也被消耗殆盡之后,導航信標還必須保持工作。這意味著UPS系統必須增加充電功率。

受環境高溫影響的關鍵UPS部件是UPS電池,但是其他UPS內部部件(如直流總線濾波電容器)可能會因環境高溫縮短使用壽命,除非選用特殊的高溫部件。

混合靜態開關

UPS系統的另一個關鍵部件是混合靜態開關。只有靜態開關的旁路極配有用于電源開關的逆并聯硅控整流器對?;旌响o態開關的變頻器側,使用常開觸點式電源繼電器,在正常靜態開關的臨界負載傳輸操作期間,將變頻器與旁路斷開。

如果UPS混合靜態開關接觸器觸點無法打開,UPS輸出將持續地連接到旁路源。UPS系統的平均無故障時間與靜態開關的可靠性,直接相關-逆變器與臨界負載之間的電力路徑。

UPS電池

鉆探現場使用的UPS系統采用較低的直流連接電壓(60節,每個電池125V),其優點是,所使用的UPS電池具有更少的電池內部連接和更高可靠性。通常情況下,充電器容量必須是穩健的,因為電池的工作時間需要在1~8+小時范圍內浮動。此外,非常重要的一點是,在每個UPS系統中,配置于充電器內部的電池需要有足夠的充電容量。

與其它商業化UPS不同,海上安裝的UPS具有更長的電池工作時間,并且使用的每個電池的終端電壓要高出1.75V。

總的來說,海上UPS系統的預期壽命為10~15年。包括冷卻風扇和直流濾波電容器在內的設備,在正常工況下的平均無故障運行時間可超過10萬小時。

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