基本介紹
- 中文名：自動鑽井
- 外文名：Automatic drilling
- 功能：連續起下鑽、自動控壓鑽井
- 套用：超深水、北極、沙漠等惡劣油田
- 特點：鑽井效率高、安全性高
簡介,組成部分,井下自動控制系統,地面自動控制系統,自動鑽井的套用與意義,
簡介
自動鑽井包括地面自動化和井下自動化，前者主要指鑽機自動化，後者主要指井下自動鑽井系統，兩個最重大的標誌是自動化鑽機和旋轉導向鑽井系統。其將地面自動化和井下自動化作為一個整體進行大閉環控制，具有雙作業、連續起下鑽、連續循環、連續下套管和自動控壓鑽井等功能。自動鑽井是未來數據油田的重要組成部分，將大幅度減少現場作業人員，簡化井身結構，縮短鑽井周期，顯著提高鑽井效率和安全性。在遠程控制技術的支持下，有望實現無人鑽井，避免安全隱患。自動鑽井將首先套用於超深水、北極、沙漠等惡劣的工作環境，給鑽井技術帶來一次深刻的革命。
組成部分
井下自動控制系統
井下自動控制系統主要有地質導向系統、旋轉導向工具系統、旋轉自動導向閉環鑽井系統。
地質導向系統是把測量井身幾何參數與油藏特徵的一系列感測器以短節 （地質導向工具）形式放置在鑽井附近，測量鑽頭1~2m範圍內的井斜、方位、地層電阻率、伽馬射線等，然後通過電磁波把這些信號傳給MWD，再通過鑽井液脈衝信號傳至地面的監控台，以便控制人員及時識別井底地面情況從而最佳化井眼軌跡。採用地質導向系統可精確控制井下鑽具的最佳目標，使井眼避開地層界面和地層流體界面，使井眼始終位於產層內。
旋轉導向工具系統是以井下旋轉工作方式的閉環自控執行工具（典型代表是偏心變徑穩定器）為導向工具，以MWD（或智慧型鑽柱）為信息傳輸通道和地面信息處理軟體系統組成的鑽井工具系統，在海上大位移鑽井中獲得廣泛套用，但由於工具位置所限，缺少近鑽頭的地質參數測量。
旋轉自動導向閉環鑽井系統是一種智慧型化的定向鑽井系統，它是依靠信息流閉環系統實現的。旋轉自動導向閉環鑽井系統包括由井下導向工具、MWD/LWD 等先進測量儀器及井下自動控制系統形成的井下旋轉自動導向系統，地面監控系統，以及將井下閉環自動導向系統和地面監控系統聯繫在一起而形成的井下旋轉自動導向系統和地面監控系統聯繫在一起而形成全並閉環控制的雙向通訊技術。該系統完全拋開了滑動導向方式，而以旋轉導向鑽井方式，自動、靈活地調整井斜和方位， 提高了鑽井速度，鑽井安全性和軌跡控制精度，適合開發特殊油藏的超深井、高難度定向井、水平井、大位移井等特殊工藝井導向鑽井的需要。
地面自動控制系統
地面自動控制系統主要是自動化鑽機。
自動化鑽機採用自動化管理，僅需1名操作工便可通過計算機控制完成所在鑽進，起下鑽和鑽桿排放等作業。使用自動化鑽機可在井場中心線上實現套管、鑽柱和鑽具組合的自動裝卸，整個過程不需人干預和更換裝置（如絞車、轉盤、扭轉儀、卡瓦裝置、頂驅和瓶頸升降機等均可以在鑽台上通過計算機來遠程控制）。自動化鑽機具有很高的可靠信、先進性、適應性和經濟性，特別適於在環境條件和地質構造相當惡劣以及鑽井費用相當高的地區鑽井。
地面鑽機自動化除全自動化石油鑽機以外，還有鑽機系統的部分自動化，主要包括頂驅和自動送鑽等。頂部驅動鑽井裝置（以下簡稱頂驅裝置）是一種從井架空間上部直接旋轉鑽柱，並沿專用導軌向下送鑽，完成鑽柱旋轉鑽進、循環鑽井液、上卸扣和倒劃眼等多種鑽井操作。使用頂驅裝置能顯著提高鑽井作業的能力和效率。
自動送鑽就是使鑽頭對井底的鑽壓保持設定的恆定值即可控值，實現這一目標的手段是控制主滾筒的剎車，適時向井底送進鑽頭。 自動送鑽的基本原理就是由死繩錨感知大溝載荷，與輸入的設定鑽壓對比，對比結果送入中央處理器處理，由中央處理器控制剎車裝置的控制系統，自動控制游車鉤和鑽柱的運動，實現自動送鑽。
自動鑽井的套用與意義
石油被喻為工業的血液，是一個國家最關鍵的戰略物質之一，對國計民生與國防安全有重大影響。隨著全球經濟發展對油氣資源的需求量日益增加、油氣勘探開發的不斷深入，能源行業對鑽井裝備與技術的要求越來越高。在我國，石油開採和石化工業是國民經濟的主要支柱產業。隨著我國工業化的發展，石油消耗增長速度遠大於國內產量増長速度，而原油進口量受制於國際形勢，因此提高國內原油勘探和開採能力十分重要。
作為石油天然氣工業的核心施工環節，鑽井是一項投資巨大的風險性工程，鑽井裝備的優劣直接影響著鑽井速度、鑽井安全和鑽井經濟效益，而勘探施工環境的複雜化對鑽井裝備適應不同操作情況的能力也提出了更高要求。同時隨著計算機、通訊及網路技術的廣泛套用，鑽井作業的自動化逐漸成為可能並持續發展。自動鑽機更高的智慧型水平，能夠減少人工作業，還能保證生產的安全係數。自動化生產所推進的智慧型化生產方式，是鑽井施工的必然發展趨勢，也是石油天然氣工業發展的更高層次要求。自動鑽井套用於超深水、北極、沙漠等惡劣的工作環境，將給鑽井技術帶來一次深刻的革命。
