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業(yè)界首個(gè)真正集成的MPD控制系統(tǒng),提高了海上鉆井效率

   2021-01-22 船海裝備網(wǎng)5900
核心提示:鉆井承包商與OFS供應(yīng)商之間的合作關(guān)系將MPD系統(tǒng)(由鉆井承包商完全擁有和運(yùn)營(yíng))提升到具有獨(dú)特集成功能的下一個(gè)級(jí)別。國(guó)家油井Va
鉆井承包商與OFS供應(yīng)商之間的合作關(guān)系將MPD系統(tǒng)(由鉆井承包商完全擁有和運(yùn)營(yíng))提升到具有獨(dú)特集成功能的下一個(gè)級(jí)別。

國(guó)家油井Varco的Leonardo Correa;羅伯特·范·奎倫堡,來(lái)寶公司管理壓力鉆井(MPD)已成為在具有窄壓力窗口的地層中鉆井的一種廣泛接受的方法。盡管MPD是某些井的唯一鉆井選擇,但其他井也受益于MPD帶來(lái)的提高的成功率,減少的非生產(chǎn)時(shí)間(NPT)和改進(jìn)的障礙管理。

MPD操作通常需要旋轉(zhuǎn)控制設(shè)備(RCD或ACD),節(jié)流閥和計(jì)量橇。其他設(shè)備可能包括緩沖歧管,背壓泵和分流歧管。一旦確定某井為MPD候選井,當(dāng)前的做法是租賃設(shè)備(通常是從多個(gè)供應(yīng)商處租借),安排服務(wù)人員并制定流程以滿足該井的鉆井目標(biāo)。由于設(shè)備通常來(lái)自不同供應(yīng)商,具有不同的要求和操作流程,因此,在每口井上成功實(shí)施MPD通常需要大量的精力來(lái)計(jì)劃,培訓(xùn)和動(dòng)員設(shè)備和人員。

這些要求帶來(lái)了額外的安裝挑戰(zhàn),通常需要對(duì)鉆機(jī)進(jìn)行重大更改。設(shè)備和控制系統(tǒng)對(duì)于每個(gè)MPD供應(yīng)商而言都是唯一的,并且供應(yīng)商可能會(huì)因工作而異。但是,每次將不同的設(shè)備配置帶入船上時(shí),都會(huì)生成一套獨(dú)特的程序和過(guò)程來(lái)進(jìn)行作業(yè),導(dǎo)致鉆機(jī)人員無(wú)法從最佳實(shí)踐和經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)中受益。由于MPD特定活動(dòng)主要由合同人員執(zhí)行,因此通過(guò)將MPD角色分配給現(xiàn)有合格的鉆機(jī)人員來(lái)改善成本結(jié)構(gòu)受到限制。

面對(duì)這些挑戰(zhàn),當(dāng)前實(shí)施MPD服務(wù)的做法既耗時(shí)又昂貴,特別是在深水鉆井中。同時(shí),MPD的總體責(zé)任越來(lái)越從操作員轉(zhuǎn)移到鉆井承包商。結(jié)果,越來(lái)越多的承包商正在研究通過(guò)將MPD服務(wù)作為永久性安裝在其鉆機(jī)車(chē)隊(duì)上的機(jī)會(huì)來(lái)降低成本。通過(guò)將部分或全部MPD系統(tǒng)集成到鉆機(jī)的自動(dòng)化基礎(chǔ)架構(gòu)(包括硬件,過(guò)程,程序和培訓(xùn))中,承包商可以實(shí)現(xiàn)大幅降低成本,提高鉆井效率并提高安全性能。

集成解決方案

隨著越來(lái)越多的海上合同要求鉆井平臺(tái)和船只必須“完整”完成MPD,來(lái)寶公司(Noble Corporation)開(kāi)始了一個(gè)項(xiàng)目,為其鉆機(jī)車(chē)隊(duì)開(kāi)發(fā)下一代完全集成的MPD控制系統(tǒng)。海上鉆井承包商選擇NOV來(lái)合作開(kāi)發(fā)該系統(tǒng),該系統(tǒng)將包括一整套無(wú)縫,可擴(kuò)展和適合用途的MPD解決方案,這些解決方案將真正集成到鉆機(jī)的自動(dòng)化鉆井控制網(wǎng)絡(luò)中。

完全集成MPD控件。非集成控制系統(tǒng)將迫使該人成為機(jī)器控制功能(用于泥漿泵,絞車(chē)和頂部驅(qū)動(dòng)裝置)和過(guò)程控制功能(用于節(jié)流閥和緩沖歧管以及背壓泵)之間的紐帶,從而增加了司鉆的工作量)。司鉆還必須經(jīng)常與第三方MPD提供商的MPD專家進(jìn)行簽到,這將延遲決策,降低生產(chǎn)率并帶來(lái)更高的操作員錯(cuò)誤風(fēng)險(xiǎn)。

因此,該控制系統(tǒng)旨在與鉆機(jī)供應(yīng)商的鉆井控制網(wǎng)絡(luò)提供真正的集成。兩家公司致力于將MPD設(shè)備和控制系統(tǒng)都集成到一個(gè)完全自動(dòng)化的產(chǎn)品中,該產(chǎn)品可以無(wú)縫地集成到鉆機(jī)的控制系統(tǒng)中。作為經(jīng)驗(yàn)豐富的OEM,NOV憑借在將專用MPD鉆機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)到現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施中并確保無(wú)縫集成方面的豐富知識(shí)。

集成的MPD系統(tǒng)的操作得到了進(jìn)一步的優(yōu)化,它具有一個(gè)綜合的瞬變模型,該模型將鉆井過(guò)程中的機(jī)械和液壓效應(yīng)耦合在一起,并考慮了不同鉆井液的可壓縮性,密度和慣性以及溫度和鉆屑載荷的影響。該模型還包括一個(gè)內(nèi)置的早期突跳和損失檢測(cè)模塊,該模塊分析流量和預(yù)期流出量,并考慮管道運(yùn)動(dòng),泵速,泥漿可壓縮性和其他影響,以準(zhǔn)確識(shí)別突跳或損失事件。

由MPD控制系統(tǒng)建模并主動(dòng)管理由于流速變化,多流體操作和鉆柱運(yùn)動(dòng)(浪涌和拖把)引起的井下壓力變化。校準(zhǔn)模型以匹配操作期間的井下測(cè)量。全面模型的能力是行業(yè)獨(dú)有的,因?yàn)樗軌驈脑S多不同的角度和應(yīng)用程序分析井和鉆機(jī)設(shè)備的動(dòng)力學(xué)。NOV已在各種現(xiàn)場(chǎng)機(jī)會(huì)中證明了該模型。它是多種產(chǎn)品系列的一部分,包括SoftSpeed II粘滯/滑差緩解器,帶有有線鉆桿和MPD的優(yōu)化應(yīng)用程序。

系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)

完全集成的MPD系統(tǒng)已經(jīng)在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了開(kāi)發(fā),試用和實(shí)施,在該領(lǐng)域中,它很快被證明是適用于司鉆程序的強(qiáng)大,堅(jiān)固且靈活的系統(tǒng)。通過(guò)將所有的扼流圈,泥漿泵,頂部驅(qū)動(dòng)器和其他設(shè)備完全連接并協(xié)同工作,可以在完全控制井下壓力并大大提高速度和效率的情況下進(jìn)行鉆井作業(yè)。

集成控制系統(tǒng)還使司鉆不再執(zhí)行常規(guī)的機(jī)器控制功能和重復(fù)的順序任務(wù)?,F(xiàn)在,實(shí)現(xiàn)其中許多功能的自動(dòng)化可以將司鉆提升到流程管理器的位置,而不是手動(dòng)控制許多任務(wù)。

通過(guò)單個(gè)集成的鉆探屏幕,司鉆現(xiàn)在可以以更高的效率和響應(yīng)時(shí)間來(lái)執(zhí)行MPD和鉆探操作,如下圖。
業(yè)界首個(gè)真正集成的MPD控制系統(tǒng)
從一個(gè)集成的屏幕上,司鉆現(xiàn)在可以完全控制MPD和鉆探操作,但工作量更輕。

新系統(tǒng)的訓(xùn)練模擬表明,司鉆的反應(yīng)時(shí)間縮短了33%至80%與以前的非集成式雙屏控制方案相比,MPD條件下的事件和更改有所改善。

鉆進(jìn)行的完全集成的MPD作業(yè)有助于解決組織間的一些因素,最近的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)這些因素是造成挪威大陸架海上事故的原因。其中包括:來(lái)自不同公司的人員之間的角色模糊;跨接口的能力崩潰;組織之間的質(zhì)量控制不足;以及公司之間的溝通差距。

集成MPD系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的性能改進(jìn)表明,如果集成控制系統(tǒng)將最相關(guān)的MPD詳細(xì)信息直接放在他們的屏幕上,則司鉆可以承擔(dān)額外的MPD監(jiān)控職責(zé),而無(wú)需與OEM的MPD專家進(jìn)行溝通。完全集成的系統(tǒng)還可以幫助鉆井人員滿足行業(yè)需求,以最大程度地減少自升式鉆井平臺(tái)或深水鉆井平臺(tái)上的人員數(shù)量。雖然非集成式MPD操作可能需要七到八名專用MPD第三方人員進(jìn)行操作,但完全集成的系統(tǒng)有助于將鉆井承包商所雇用的人員數(shù)量減少到只有二到三人,如圖2所示。
業(yè)界首個(gè)真正集成的MPD控制系統(tǒng)
傳統(tǒng)的MPD服務(wù)需要在鉆機(jī)上再增加5至10個(gè)人,包括第三方和鉆機(jī)MPD人員。但是,在利用NOV的自動(dòng)控制實(shí)施完全集成的MPD系統(tǒng)之后,來(lái)寶將總?cè)藬?shù)增加到只有三人,包括他們自己的員工。這是顯著的成本節(jié)省,使承包商更接近僅擁有兩個(gè)專用MPD技術(shù)的目標(biāo)。

通過(guò)使用自己的人員完全操作MPD系統(tǒng)(船上沒(méi)有任何第三方),鉆井承包商正在創(chuàng)建自己的領(lǐng)域知識(shí)和操作流程,他們可以將其傳播到其他鉆機(jī)上的其余MPD操作中。此外,當(dāng)MPD脫機(jī)時(shí),司鉆自己的MPD代表可以輕松地重新分配到鉆機(jī)上的其他操作。由于早日采用了這種真正集成的MPD產(chǎn)品,因此來(lái)寶(Noble)是海上鉆井行業(yè)中第一個(gè)優(yōu)化鉆井平臺(tái)MPD人員數(shù)量的鉆井承包商。

在海上證明其潛力。經(jīng)過(guò)不到兩年的密切合作和共同開(kāi)發(fā),鉆井承包商將完全集成的MPD系統(tǒng)安裝到了其N(xiāo)oble Globetrotter II鉆井船的鉆機(jī)控制裝置中,該鉆井船的深水鉆機(jī)額定水深為10,000英尺,鉆探深度為40,000英尺。得益于鉆機(jī)的集成和先進(jìn)的自動(dòng)化設(shè)計(jì),由來(lái)寶(Noble)完全擁有和運(yùn)營(yíng)的Globetrotter II MPD系統(tǒng)是業(yè)內(nèi)第一個(gè)真正的集成系統(tǒng)。在業(yè)界首創(chuàng)的情況下,Globetrotter II的鉆機(jī)組負(fù)責(zé)整個(gè)操作,沒(méi)有NOV人員或鉆探船上的第三方。迄今為止,鉆井承包商已使用Noble Globetrotter II鉆了5口MPD井系統(tǒng)—保加利亞近海一個(gè),墨西哥灣四個(gè)(GOM)。所有這些都是深水鉆井應(yīng)用。

為了證明油井所有者對(duì)MPD團(tuán)隊(duì)的信任,在將集成系統(tǒng)安裝到鉆井船上之后,來(lái)寶直接在MPD鉆了保加利亞的第一口井。這是一口井,MPD對(duì)于鉆至總深度(TD)至關(guān)重要。由于地質(zhì)問(wèn)題,包括狹窄的鉆窗和地層中的許多未知物,該油田的早期井無(wú)法完全完工至TD。盡管面臨這些挑戰(zhàn),但第一口MPD井的鉆探卻比計(jì)劃的要深,并且被認(rèn)為是完全成功的。MPD系統(tǒng)還始終如一地證明了在GOM井中鉆井效率和性能的提高,包括許多新的MPD操作,例如加壓固井操作。

與任何新計(jì)劃一樣,在現(xiàn)場(chǎng)使用集成MPD系統(tǒng)存在一些無(wú)法預(yù)見(jiàn)的挑戰(zhàn)。例如,鉆機(jī)人員必須習(xí)慣使用現(xiàn)有系統(tǒng)后的新角色和新職責(zé)。此外,鉆機(jī)平臺(tái)上的所有各方都必須精通系統(tǒng)的設(shè)備響應(yīng)和自動(dòng)化過(guò)程,這需要時(shí)間并隨著鉆探更多的井而得到改善。通過(guò)在多個(gè)鉆機(jī)上使用相同的集成MPD系統(tǒng),來(lái)寶能夠減少培訓(xùn)需求并利用整個(gè)車(chē)隊(duì)獲得的經(jīng)驗(yàn)。

成功建設(shè)

在Globetrotter II上完全集成的MPD系統(tǒng)的早期成功使兩家公司都有信心與其他鉆井船以及北海其他地區(qū)一起繼續(xù)該計(jì)劃。NOV和Noble現(xiàn)在正在努力在2021年夏天為北海一家主要作業(yè)者的三口鉆井計(jì)劃之前,將自帶MPD系統(tǒng)添加到自升式鉆機(jī)Noble Lloyd Noble上。鉆機(jī)的現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施將與NOV的過(guò)程自動(dòng)化平臺(tái)(NOVOS)無(wú)縫協(xié)作,從而創(chuàng)造更多的改進(jìn)機(jī)會(huì)。

該系統(tǒng)的高級(jí)集成,以及讓鉆井承包商自行完全執(zhí)行MPD作業(yè)的能力,是傳統(tǒng)上MPD執(zhí)行方式的一步變化。當(dāng)北海及其他地區(qū)的其他主要運(yùn)營(yíng)商都聽(tīng)到了集成式MPD產(chǎn)品的實(shí)實(shí)在在的好處時(shí),NOV隨時(shí)準(zhǔn)備在全球范圍內(nèi)以及從深水到陸上以及介于兩者之間的任何鉆井應(yīng)用中,幫助優(yōu)化MPD運(yùn)營(yíng)。
 
標(biāo)簽: MPD控制系統(tǒng)
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