能源領(lǐng)域首臺"大通徑全電驅(qū)精細(xì)控壓鉆井系統(tǒng)" 賦能萬米油氣資源開發(fā)

　　由中國石油川慶鉆探工程有限公司（以下簡稱"川慶鉆探公司"）牽頭自主研發(fā)的"大通徑全電驅(qū)精細(xì)控壓鉆井系統(tǒng)"，成功入選國家第五批能源領(lǐng)域首臺（套）重大技術(shù)裝備。經(jīng)院士專家組鑒定，該系統(tǒng)填補了業(yè)界在311.2mm及以上大尺寸井眼的控壓技術(shù)空白，使我國在國際上具備萬米級深井控壓鉆井作業(yè)能力，保障了我國深層、超深層油氣資源的勘探開發(fā)。

　　超深層鉆井，設(shè)備研發(fā)難在哪？

　　隨著全球油氣資源開發(fā)向深層、超深層萬米油氣資源發(fā)展，多層井身結(jié)構(gòu)使得上部井段尺寸越來越大，鉆井作業(yè)呈現(xiàn)裸眼段長、多壓力系統(tǒng)并存、鉆井液排量大、巖屑產(chǎn)生量多、安全密度窗口窄，甚至出現(xiàn)零、負(fù)窗口等特征，常規(guī)鉆完井溢漏復(fù)雜頻繁、井控風(fēng)險極大，難以鉆達設(shè)計地質(zhì)目標(biāo)。

　　我國深層、超深層油氣資源占比70.3%，隨著國家深地戰(zhàn)略的持續(xù)推進，超深井井深已突破萬米，上部更大的井眼尺寸、更高的排量，對現(xiàn)有精細(xì)控壓鉆井系統(tǒng)在井口壓力控制精度、控制能力，以及設(shè)備抗沖刷性能和使用壽命等方面提出了更高的要求：

　　一是自節(jié)流效應(yīng)明顯。大尺寸直井段鉆井液排量高達每秒70-100升，鉆井液的粘度、密度和流變性會影響其流動特性；尤其在高壓環(huán)境下，流體的流速和壓力變化更加顯著，流體中攜帶的固體顆粒（如巖屑）可能堵塞通道，進一步加劇節(jié)流效應(yīng)。二是管線沖蝕嚴(yán)重。大尺寸直井段鉆井液排量高、含砂量較高，導(dǎo)致節(jié)流閥閥芯、閥座以及管匯轉(zhuǎn)彎處等沖蝕嚴(yán)重。三是大通徑旋轉(zhuǎn)總成磨損嚴(yán)重。大通徑旋轉(zhuǎn)總成在高轉(zhuǎn)速工況下，旋轉(zhuǎn)部件與接觸面之間的相對線速度較大，導(dǎo)致摩擦熱增加、材料磨損加劇，不僅降低旋轉(zhuǎn)總成的性能，甚至還會引發(fā)設(shè)備故障。四是井口壓力控制難度大?？貕恒@井的核心目標(biāo)是通過精確控制井筒壓力，使其保持在安全窗口內(nèi)；由于流量、設(shè)備尺寸等因素的變化，增加了井口壓力精準(zhǔn)快速調(diào)控的難度。

　　能源領(lǐng)域首臺，系統(tǒng)突破新在哪？

　　為了解決深地工程鉆井難題，川慶鉆探公司牽頭，聯(lián)合中石油集團工程技術(shù)研究院、西南石油大學(xué)等內(nèi)外部院所及中石油西南油氣田分公司等相關(guān)單位，在自主研發(fā)的"全過程精細(xì)控壓鉆完井技術(shù)及裝備"基礎(chǔ)上，持續(xù)攻關(guān)研發(fā)形成能源領(lǐng)域首臺大通徑全電驅(qū)精細(xì)控壓鉆井系統(tǒng)CQMPD-Max，相較國內(nèi)外同類裝備，該系統(tǒng)具備三大創(chuàng)新點：

　　首先，破解大通徑旋轉(zhuǎn)總成超高線速度平穩(wěn)運行與高壓密封難題。發(fā)明具備自補償功能的旋轉(zhuǎn)總成密封結(jié)構(gòu)和旋轉(zhuǎn)防噴器承壓結(jié)構(gòu)，研發(fā)形成了680毫米大通徑電驅(qū)旋轉(zhuǎn)防噴器，適應(yīng)最大井眼尺寸由241.3毫米提升至593.7毫米，在大尺寸苛刻條件下承壓能力達到35兆帕，轉(zhuǎn)速120rpm。

　　其次，攻克大排量下高壓力、高擾動節(jié)流控制技術(shù)難題。研制基于大排量條件下測量管直徑-激振頻率-響應(yīng)強度與測量信號特性關(guān)系的寬線性筒式節(jié)流截止閥與無級調(diào)速隨動執(zhí)行器，同時建立自適應(yīng)陷波、自相關(guān)/互相關(guān)信號處理方法，實現(xiàn)超大排量下壓力精準(zhǔn)快速調(diào)控。節(jié)流系統(tǒng)全通徑由80毫米提升至130毫米，適應(yīng)每秒120升超大排量節(jié)流控壓，效率提升263%。

　　最后，構(gòu)建了大尺寸"節(jié)流閥特性曲線+PID+閥位階躍響應(yīng)"算法，研發(fā)形成井筒壓力修正與排氣過程目標(biāo)井底當(dāng)量自動追蹤算法。從調(diào)節(jié)節(jié)流閥節(jié)流特性、降低管匯系統(tǒng)的自節(jié)流效應(yīng)、提高管匯系統(tǒng)的抗沖蝕性能三個方面，優(yōu)化設(shè)計了全電驅(qū)精細(xì)控壓鉆井系統(tǒng)的管匯系統(tǒng)，控制精度由±0.2兆帕提升至±0.07兆帕；同時搭建遠(yuǎn)程-本地一體化控制平臺，實現(xiàn)專家遠(yuǎn)程監(jiān)測及本地協(xié)同高效控制。

　　明確市場定位，未來應(yīng)用強在哪？

　　"大通徑全電驅(qū)精細(xì)控壓鉆井系統(tǒng)"具有控制精度高、使用壽命長的特點，成熟度達到第八級，適用于復(fù)雜地質(zhì)條件下特深井、（超）深井、水平井等復(fù)雜井型的鉆井作業(yè)。通過高精度壓力控制、自節(jié)流效應(yīng)改善，實現(xiàn)井底壓力實時監(jiān)測與調(diào)整，有效防止溢流事故發(fā)生。隨著常規(guī)油氣資源逐漸枯竭，特深井、（超)深井等萬米級復(fù)雜井型的鉆井需求不斷增加，且鉆井技術(shù)向智能化、自動化方向發(fā)展，預(yù)期該系統(tǒng)年均需求量可達100井次以上，具有廣闊的市場推廣前景與良好的提質(zhì)增效經(jīng)濟效益。

　　同時，系統(tǒng)生產(chǎn)打破了國外高端技術(shù)封鎖，核心組成部分實現(xiàn)自主批量生產(chǎn)，國產(chǎn)化率100%；推動質(zhì)量流量計、節(jié)流閥、密封橡膠等國內(nèi)相關(guān)產(chǎn)業(yè)技術(shù)向高端化方向發(fā)展。項目已完成發(fā)明專利21件、軟件著作權(quán)10件，全方位保護系統(tǒng)關(guān)鍵核心技術(shù)，提高產(chǎn)業(yè)鏈附加值，提升中國"智造"水平。

　　川慶鉆探公司精細(xì)控壓鉆井技術(shù)創(chuàng)新團隊負(fù)責(zé)人李枝林表示，大尺寸井眼控壓裝備在國外公司尚屬空白領(lǐng)域，該系統(tǒng)不僅填補了業(yè)界（超）大尺寸井眼的控壓技術(shù)空白，更有助于萬米級深井的安全高效勘探開發(fā)。

　　目前，聯(lián)合項目組已建成該系統(tǒng)"研發(fā)-制造-維保-服務(wù)"全鏈條產(chǎn)業(yè)，形成了覆蓋各種井眼尺寸的精細(xì)壓力控制能力。該系統(tǒng)在川渝、塔里木、渤海灣等深井、超深井區(qū)塊展現(xiàn)出優(yōu)異適應(yīng)性，接下來，將進一步推廣至中亞、中東、俄羅斯等國家及地區(qū)的復(fù)雜區(qū)塊，搶占萬米級安全鉆井技術(shù)制高點，為持續(xù)提升國家鉆井核心競爭力、爭奪國際高端市場、提高行業(yè)話語權(quán)注入強大動力。（左星 仲斌燕）

　　轉(zhuǎn)自：中國企業(yè)報

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