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近年來，國外的鉆井設(shè)備制造商致力于鉆井的技術(shù)進(jìn)步，成功開發(fā)了最先進(jìn)的陸上鉆機(jī)、自動(dòng)定向鉆井裝置、小型鉆機(jī)和新型采油鉆井系統(tǒng)等4種技術(shù)先進(jìn)的新型鉆機(jī)；欠平衡鉆井鉆頭、可鉆硬地層的PDC鉆頭、耐用PDC鉆頭、可膨脹擴(kuò)眼鉆頭和專用PDC鉆頭等5種新型鉆頭與智能鉆桿、鉆屑分離裝置、頂部驅(qū)動(dòng)下套管裝置和機(jī)械化油套管下入裝置等4種鉆井輔助設(shè)施。
新型鉆機(jī)及新工藝加快鉆井作業(yè)
陸上快速鉆機(jī) 美國National Oil well Varco公司研制的快速鉆機(jī)，是一種最先進(jìn)的陸上鉆機(jī)。其250t的大鉤載荷，可適用于鉆淺、中深井，獨(dú)特的小型和自動(dòng)化配置設(shè)計(jì)，可使其易于運(yùn)輸與在井場快速安裝；它僅用一臺(tái)專門的升降叉車，無須起重機(jī)或安裝扒桿，即可將安裝快速完成；靠交流電供能的主機(jī)系統(tǒng)，可減輕對(duì)環(huán)境的污染，靠交流電供能的頂部驅(qū)動(dòng)，可使鋼絲繩呈纏饒狀態(tài)運(yùn)輸；采用帶正反饋的單速齒輪驅(qū)動(dòng)剎車，可在自動(dòng)化鉆臺(tái)上建立ST-80自動(dòng)鉆工和對(duì)扣導(dǎo)向器；采用水力自動(dòng)卡瓦，可進(jìn)一步消除井眼中的人工操作。并且，可適用于所有的鉆桿和外徑達(dá)356毫mm的套管和接箍。其鉆桿、接箍和套管均可自動(dòng)喂入中心安裝機(jī)械手，并將其排列在鉆機(jī)底座附近，再被小鼠洞抓住和固定。其連桿起吊系統(tǒng)可將鉆桿升高到底盤上方。此后，其對(duì)扣導(dǎo)向器就可鎖緊鉆桿末端，再由ST-80自動(dòng)鉆工完成鉆桿連接。
自動(dòng)定向鉆井裝置 美國Inteq公司開發(fā)成功了一種Trutrak自動(dòng)定向鉆井裝置。它是自動(dòng)轉(zhuǎn)向控制、組合方向隨鉆測量和新型旋轉(zhuǎn)鉆井技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，采用它可加大全井深的套管尺寸，具有較高的技術(shù)和質(zhì)量優(yōu)越性。它可借助于緩沖器和專用動(dòng)力使鉆頭轉(zhuǎn)動(dòng)，在滑動(dòng)方式下完成鉆井。其組合的近鉆頭傳感器可測試鉆頭偏差、方位，并可不斷地將數(shù)據(jù)傳輸至地面。該裝置的可轉(zhuǎn)向穩(wěn)定器采用三個(gè)轉(zhuǎn)向滑板，以保證井眼與垂向相切。每當(dāng)其近鉆頭探測器發(fā)現(xiàn)鉆頭與要求的井眼有偏差時(shí)，其控制總成內(nèi)的液壓系統(tǒng)就可提供一個(gè)轉(zhuǎn)向力給三個(gè)滑板，無論地層如何傾斜，均可使井眼轉(zhuǎn)向正確的軌道。在方位角校正時(shí)，其三個(gè)滑板可產(chǎn)生30/31m的糾偏力。
小型鉆機(jī) 美國George Failing 公司開發(fā)成功了一種新型鉆機(jī)。采用它可鉆深度達(dá)4757米的直井和水平井。它可進(jìn)行遙控鉆井，允許維修公司在故障發(fā)生前，對(duì)其進(jìn)行診斷和維護(hù)，以節(jié)約鉆井時(shí)間，同時(shí)也可使井隊(duì)遠(yuǎn)離井場進(jìn)行鉆井，以確保鉆井安全。
該種新型鉆機(jī)的體積小，可以用于山區(qū)鉆井。即使在環(huán)保要求較高的地區(qū)，也可放心地使用。采用它可節(jié)約50%的安裝時(shí)間，到達(dá)井場幾個(gè)小時(shí)后即可開鉆，從而可更快地完成鉆井工作。
新型采油-鉆機(jī)系統(tǒng) 美國Grey Wolf公司開發(fā)成功了一種新型采油-鉆井系統(tǒng)。它是為獨(dú)立墊塊鉆井井場及鉆多井眼而專門設(shè)計(jì)制造的。墊塊鉆井對(duì)周圍環(huán)境的影響最小，因它可在一個(gè)較大的地區(qū)打多口井，可避開湖泊、城市、原始森林和野生動(dòng)物保護(hù)區(qū)。與定向鉆井技術(shù)結(jié)合，該新型多井眼墊塊鉆井系統(tǒng)，可減少占地2/3以上。目前可鉆井深為5466m，可在一個(gè)方向滑動(dòng)43m，也可在墊塊上由初始井場，沿另一方向滑動(dòng)到其它采油井。該技術(shù)可提高鉆井控制和燃料的使用效率。它的鉆井平臺(tái)高8.5m，其滑輪和大鉤載荷均為375t.，可在-200C的惡劣環(huán)境下正常使用。
新型鉆頭及技術(shù)提高鉆速
欠平衡鉆井鉆頭 美國Varel國際公司開發(fā)出一系列為空氣、泡沫和霧狀鉆井等欠平衡鉆井設(shè)計(jì)的新型牙輪鉆頭。通過技術(shù)改進(jìn)，進(jìn)一步降低了其內(nèi)部組件的發(fā)熱和磨損，可延長鉆頭的使用壽命和提高鉆井的經(jīng)濟(jì)效益。它的配置在密封和軸承間的起隔熱作用的隔熱盤，可防止密封吸熱延長其使用時(shí)間。此外，其錐形密封壓蓋還可將密封定位在最佳承壓和密封位置，可在空氣、泡沫和霧狀鉆井中承受較高的軸承內(nèi)部壓力。最后，它還配備有最耐用的高公差的軸徑軸承，以耐受鉆深井時(shí)較高的鉆壓。
可鉆硬地層的PDC鉆頭 美國Hughes Christensen Genesis公司研制成功的ZX聚晶金剛石復(fù)合片（PDC）鉆頭，是為極端鉆井設(shè)計(jì)的，它可用于鉆硬的和磨蝕的井眼部分。其牙輪被設(shè)計(jì)成抗磨蝕的，并且其水力學(xué)設(shè)計(jì)可使牙輪有效地偏離鉆頭運(yùn)動(dòng)。此外，其高穩(wěn)定性可適用于交互層鉆井，副牙輪元件，可使牙輪密度達(dá)到最大，頂部牙輪采用層狀金剛石技術(shù)，以抗磨蝕和提高韌性。在該鉆頭的切削面積上，有高密度的牙輪和副牙輪組合。它的副牙輪元件位于牙輪下方，當(dāng)牙輪磨損或磨蝕后，副牙輪的新銳利切機(jī)構(gòu)就開始磨削地層。該公司的切削深度控制技術(shù)可平衡鉆頭的工作載荷，使損壞鉆頭的最大載荷最小。其平穩(wěn)切削技術(shù)可無須限制切削面積，減小鉆頭磨損。該鉆頭的水力結(jié)構(gòu)可靠流體動(dòng)態(tài)計(jì)算程序，來進(jìn)行平衡液流，牙輪冷卻和抗沖蝕等的優(yōu)化。
耐用的PDC鉆頭 美國Atlas Copco Secoro公司采用改進(jìn)的PCD工藝，開發(fā)出一種新型耐用的PDC鉆頭。它配置有打撈螺紋、回收頭和新型接頭，比常規(guī)的金剛石嵌入式鉆頭更耐用。該種新型鉆頭可延長PCD嵌入的使用壽命，其上安裝了一個(gè)新型錐形尾閥，因此，特別適應(yīng)鉆深井應(yīng)用。
可膨脹擴(kuò)眼鉆頭 美國Gauge 公司開發(fā)成功了一種可膨脹擴(kuò)眼鉆頭，可用于從最簡單到最復(fù)雜的深水鉆井。其可靠的球控機(jī)構(gòu)可打刮刀的刃口，保證在流體循環(huán)下使用，并可在刀刃變鈍后中止循環(huán)。這一設(shè)計(jì)消除了早先的鉆壓、液流和底部鉆具壓力觸發(fā)的不可靠性。其先進(jìn)的領(lǐng)眼鉆頭設(shè)計(jì)，可在鉆具組合中與可膨脹擴(kuò)眼鉆頭同步，用戶可同時(shí)鉆進(jìn)和擴(kuò)眼，也可擴(kuò)大早先領(lǐng)眼鉆頭所鉆的井眼。其刀片的運(yùn)動(dòng)——與徑向呈一定角度地向外或向上——可將刀具收回，以便進(jìn)行系統(tǒng)可靠性測量。它具有PDC鉆頭的特性，為由高抗張和抗疲勞材料構(gòu)成的整體結(jié)構(gòu)。其設(shè)計(jì)還帶有表面硬化的可互換耐磨墊，可消除工具的熱影響帶和裂紋擴(kuò)展。刀具刃口上的可互換噴嘴，可通過計(jì)算機(jī)水動(dòng)力分析安裝，提高刀具的使用效率。
專用PDC鉆頭 美國Hughes Christensen公司研制成功的專用優(yōu)質(zhì)PDC鉆頭，采用新型的高沖擊和耐磨牙輪與特殊鉆頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可適用于特殊的鉆井。目前該公司已開發(fā)出一組具有耐磨性和適用于嚴(yán)酷環(huán)境的牙輪。該鉆頭在極端磨損條件下使用時(shí)，可極大地延長牙輪使用期限和切削刃的完整性，從而延長鉆頭的使用壽命。通常鉆頭在振動(dòng)和交互地層的沖擊狀態(tài)下使用時(shí)，會(huì)縮短牙輪壽命。而該種新設(shè)計(jì)的牙輪卻可長期保持切削刃完好。它根據(jù)金剛石體積控制的最新設(shè)計(jì)原理設(shè)計(jì)，可提高機(jī)械和水動(dòng)力效率，使每個(gè)鉆頭都可保持較高的機(jī)械鉆速和較長的使用壽命。該種超穩(wěn)定和高調(diào)控技術(shù)可在不降低鉆頭和底部鉆具組合的穩(wěn)定性情況下，提高鉆井效率。礦場使用結(jié)果表明，在高機(jī)械鉆速下它的耐用性是最好的。
先進(jìn)的鉆井輔助設(shè)施
智能鉆桿 智能鉆桿實(shí)際上是一種有纜鉆桿，其兩鉆桿的電纜接頭之間通過電磁感應(yīng)實(shí)現(xiàn)“軟連接”：先把電纜嵌入鉆桿，鉆桿兩端的電纜接頭各帶一個(gè)感應(yīng)環(huán)。兩鉆桿擰緊后，兩感應(yīng)環(huán)不直接接觸，而是通過電磁感應(yīng)原理，實(shí)現(xiàn)信號(hào)在鉆桿間的高速傳輸。它的數(shù)據(jù)傳輸速度高達(dá)5.76萬位/S，并且實(shí)時(shí)和容量大；可真正實(shí)現(xiàn)雙向通訊和適用于包括欠平衡鉆井、氣體鉆井在內(nèi)的任何鉆井時(shí)的數(shù)據(jù)傳輸。
鉆屑分離裝置 美國Derrick設(shè)備公司生產(chǎn)了一種新型鉆屑分離裝置，它可除去鉆井液中的水化黏土和大鉆屑，具有最大的去固相能力。通常這類固相用任何類型的振動(dòng)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行清除都是困難的。因此，在其下行達(dá)到泥漿震動(dòng)篩前，將其清除是重要的。該裝置使用泥漿振動(dòng)篩的極細(xì)孔篩，使鉆井液有較好的純凈度。它使用變速傳送系統(tǒng)，可不用振動(dòng)而清除固相。它可通過增大載荷或泵速，精確控制固相的輸送速度。其傾斜的綜合傳送帶，具有可在5-、10-、20-和30-目間可變的篩孔尺寸，控制鉆屑的干度和輸送能力。它的旁通可將不存在膠粘粘土和膠泥的液體，直接轉(zhuǎn)移到下游振動(dòng)篩中。它的可反轉(zhuǎn)的刷子，可無須向系統(tǒng)中加水，可有效地清洗皮帶。
頂部驅(qū)動(dòng)下套管裝置 美國volant production公司，為鉆井下套管和襯管，設(shè)計(jì)及制造了一種頂部驅(qū)動(dòng)下套管裝置。它用一個(gè)可伸縮鎖定器將頂部驅(qū)動(dòng)襯管卡緊在套管的內(nèi)表面，不同于常規(guī)系統(tǒng)，須將其嚙合于套管的連接螺紋內(nèi)，或?qū)⑻坠苡么筱Q卡緊；它可與套管快速連接，較大的承載能力可在工具下放的同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)套管；它全過程的內(nèi)部密封允許在下套管時(shí)加載和循環(huán)，該工具適用于常見的套管尺寸，每一種工具可承受三種常用套管重量。為與其它尺寸套管配套，更換可伸長鎖定器即可。如Φ178mm工具使用一個(gè)鎖定器，可卡緊29.8、34.3和38.7kg/m的套管。為卡緊43.2、45.6和50kg/m的套管，可將鎖定器更換成較小直徑的；它還可防止用常規(guī)卡緊方法時(shí)的套管變形和卡緊處腐蝕；大功率提升機(jī)構(gòu)還可探測套管接箍的位置，以確保安全和降低操作風(fēng)險(xiǎn)。該系統(tǒng)以機(jī)械或液壓為動(dòng)力，只要求較少的專用設(shè)備，而無須鉆臺(tái)設(shè)備，可提高安全性。
機(jī)械化油套管下入裝置 美國BJ管材服務(wù)公司研制的機(jī)械化油套管下入工具，已成功用于礦場。該種全機(jī)械化的下入系統(tǒng)可下入φ178-914mm套管和帶割縫篩管的φ114-178mm的油管。它可提高工作的安全標(biāo)準(zhǔn)和縮短下入時(shí)間；該系統(tǒng)包括填充和循環(huán)工具，導(dǎo)向頭管鉗操作系統(tǒng)，φ356mm水力油套管背鉗和頂部驅(qū)動(dòng)套管對(duì)中工具（T-CAT）；采用T-CAT可不進(jìn)行危險(xiǎn)的對(duì)扣操作，即可將油套管下入，使用該工具，管材可直接在鉆臺(tái)上連接，用一臺(tái)機(jī)器遠(yuǎn)距離操作工具，就可從天車臺(tái)抓取管子，然后將其定位和上扣，其導(dǎo)向頭是一個(gè)水力管鉗操作系統(tǒng)，可在油套管下入時(shí)自動(dòng)上扣，整個(gè)過程無需對(duì)扣接管工，只在鉆臺(tái)上進(jìn)行自動(dòng)操作即可完成。
鉆井新技術(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化
無鉆機(jī)鉆井 長期以來，勘探鉆井均需要采用陸地鉆機(jī)和海上鉆井平臺(tái)，同時(shí)還要使用鉆桿、泥漿、套管和水泥，結(jié)果會(huì)造成鉆井的費(fèi)用高和鉆探風(fēng)大的不利局面。為了改善這一狀況，挪威獾式鉆探器公司研發(fā)成功了一種無鉆機(jī)鉆井新技術(shù)——獾式鉆探器。
它無須陸地鉆機(jī)或海上鉆井平臺(tái)，可大幅度減少作業(yè)人員和后勤保障，消除海洋環(huán)境的不利影響；它可不用鉆桿，靠自重給鉆頭施壓；由電纜給井下鉆具供電，用電動(dòng)鉆具驅(qū)動(dòng)鉆頭旋轉(zhuǎn)；它也可將鉆屑填充于井筒和擠入地層裂縫，無需泥漿循環(huán)。井筒由巖屑充填和封固，無須擔(dān)心井筒失穩(wěn)和可不用套管和水泥固井；它可通過電纜實(shí)現(xiàn)雙向通訊，更有利于及時(shí)發(fā)現(xiàn)油氣，提高探井成功率，降低鉆井費(fèi)用和勘探風(fēng)險(xiǎn)；最后，該鉆具在鉆達(dá)目的層后可保留在井底，繼續(xù)檢測地層，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和自動(dòng)化鉆井。
與常規(guī)鉆機(jī)相比，它目前尚存在鉆速慢，鉆一口3000m的探井約需要2～6個(gè)月時(shí)間，不能用于鉆開發(fā)井以及無法進(jìn)行泥漿錄井、取芯，只能通過有線隨鉆測井發(fā)現(xiàn)目的層。
不用鉆機(jī)的海底鉆井 由于深水海洋環(huán)境十分惡劣，深水鉆井就需要現(xiàn)代化的大型浮式鉆井平臺(tái)或鉆井船。但它們的造價(jià)頗高，大大增加鉆井成本。因此，國外有人提出了海底鉆井的設(shè)想，并有多家公司參與研究，提出了多種實(shí)施方案。
這類海底鉆井方案的共同特點(diǎn)是，海底鉆機(jī)應(yīng)是一種無人值守、有壓力補(bǔ)償?shù)拿荛]裝置，可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化鉆井、完井和修井。它無需采用海上鉆井平臺(tái)或鉆井船，也不用隔水管，其浮式輔助船應(yīng)有較大的漂移范圍。它的運(yùn)行不受海況、水深和天氣的限制，并可在極端惡劣的海況和風(fēng)速下，撤走浮式輔助船，中斷鉆井作業(yè)。海底鉆機(jī)的建造費(fèi)用應(yīng)明顯低于海上鉆井平臺(tái)和鉆井船。
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