在涪陵頁巖氣開發中自動化鉆機的現狀和發展
——“十三五”國家科技重大專項深層頁巖氣開發關鍵裝備及工具研制

劉小偉(中石化江漢石油工程有限公司鉆井一公司，湖北 潛江 433121)

在涪陵頁巖氣開發中自動化鉆機的現狀和發展
——“十三五”國家科技重大專項深層頁巖氣開發關鍵裝備及工具研制

劉小偉(中石化江漢石油工程有限公司鉆井一公司，湖北 潛江 433121)

在涪陵頁巖氣開發過程中，應用自動化鉆機進行鉆探施工，對自動化鉆機的現狀和發展進行研究。使其不斷滿足頁巖氣的鉆探，由于頁巖氣的致密性特點，有針對性就地優選鉆機，能夠達到預期的鉆探效果。本文對涪陵頁巖氣開發中自動化鉆機的現狀與發展趨勢進行分析研究，以期提供積極的參考作用。

涪陵頁巖氣開發；自動化鉆機；現狀和發展

由于我國的頁巖氣分布比較廣泛，涪陵大型頁巖氣的開發，為我國頁巖氣的開發提供了經驗。基于涪陵頁巖氣開發過程中的自動化鉆機的應用，適應頁巖氣開發的特殊的地質條件，不斷提高頁巖氣的開發效率。

1 涪陵頁巖氣開發過程中的鉆井技術

對中石化涪陵頁巖氣的開發實施井工廠模式，滿足頁巖氣鉆井的需要。應用國產的鉆機能夠實現頁巖氣井的鉆探施工需要。依據涪陵頁巖氣層的地質特點，實施鉆井技術攻關，形成了空氣鉆井、泡沫鉆井、清水鉆井、PDC與復合鉆井技術的結合等形式，達到提高機械鉆速的效果。

針對頁巖氣開發的特殊情況，優化設計井身結構，如果預測溶洞比較深的話，增加一層導管，第二層導管應用于空氣鉆井。對于鉆探水平井段的漏失問題，通過優化設計鉆井參數，防止井漏及井噴事故的發生，保證安全鉆探，達到預期的頁巖氣井的鉆探效果。

采用油基鉆井液體系，實現正常的鉆井液的循環，保證井壁的穩固，防止井壁坍塌，而影響到頁巖氣的開采。應用地質導向鉆井技術措施，合理控制井眼軌跡，防止長的水平井段產生坍塌的現象，合理設計鉆井液的密度，減少對頁巖氣層的傷害，達到清潔綠色施工的條件。

將旋轉導向鉆井技術和地質導向鉆井技術結合起來，有利于鉆探造斜井段、穩斜井段和直井段，保證達到水平井段井眼軌跡，提高頁巖氣井的鉆井效率。

2 頁巖氣開發中的自動化鉆機的現狀和發展趨勢

通過對頁巖氣開發過程中應用的鉆機進行自動化改造升級技術的分析，解決頁巖氣開發過程中鉆探的技術問題。地面的自動化鉆井設備包括絞車和自動送鉆裝置，頂部驅動鉆井裝置，鉆井管柱的自動化操作裝置，一體化司鉆控制系統，實現了頁巖氣鉆探的自動化。

各種自動化鉆機的應用，促進頁巖氣的開發進度，適應頁巖氣田生產的需要。隨著信息技術、計算機技術的不斷發展，鉆機的自動化技術也得到進一步的提高。

2.1 頁巖氣開發過程中自動化鉆機的現狀

在頁巖氣鉆井施工過程中，應用自動化鉆機，達到最佳的鉆探效率。變頻傳動技術在頁巖氣鉆井中的應用，對于交流變頻鉆機的應用方面，西門子公司的變頻器被應用于鉆機的配置中，而國產的電動機很難推廣使用，依據鉆機的特點可以實現單傳動和多傳動的模式，達到自動鉆探的效果。

自動化鉆機動力源的發展技術，采用柴油發電機的動力驅動方式，通過發電控制電網的電能傳輸，滿足頁巖氣鉆井設備的用電需求。通過數字或者模擬發電機的應用，解決發電的自動化問題，提高功能發電的自動化程度。也有的地區采用燃氣機組發電的模式，應用功率補償的方式，滿足頁巖氣鉆探用電的需要。

鉆機自動化技術的應用，PCL控制技術成為自動化鉆機的核心組成部分，我國采用的是西門子的控制器，應用備用設備組織生產，一旦正常鉆井施工過程中，設備出現故障，及時啟用備用設備，減少頁巖氣鉆探過程中的損失，不斷提高頁巖氣鉆探的效率。有望對控制系統的處理器進行改進，提高自動控制的能力。在自動化鉆機使用過程中，不斷改進自動化的鉆井工具，輸送設備為主，實現自動控制，減少頁巖氣鉆探過程中故障的發生率，不斷提高頁巖氣鉆探的機械鉆速，縮短鉆井周期，才能更好地節約頁巖氣鉆井的成本，提高頁巖氣井鉆探的經濟效益。

2.2 頁巖氣開發過程中自動化鉆機的發展趨勢

為了更好地開發頁巖氣田，對自動化鉆機進行研究，預測發生趨勢，更好地適應頁巖氣生產的需要。不斷開發自動化的工具，通過控制系統的指揮和協調，自動化的工具能夠進行動作，完成頁巖氣井的鉆探，降低崗位員工的勞動強度，而且能夠滿足井控的需要，有效地防止井噴等事故的發生，保證安全鉆進。

提升鉆井設備的安全性，研制地面及管柱的自動化設備，實現鉆井液的自動循環，通過自控系統的實時監測和管理，達到自動鉆探的效果。強化對集成控制技術的應用，目前采用的是電動機、儀表和監控技術措施，未來的發展趨勢就是利用集成技術措施，實現鉆井信息的共享，加強科學研究，使集成技術發揮更大的作用。

不斷開發節能技術措施，對于頁巖氣的開發，屬于高成本的開發項目，研制變速絞車的應用，順利進行起下管柱，利用超級電容補償作用，避免電阻發熱而損失電能，導致電能的過多消耗，達到節能的技術要求。需要開發故障診斷系統，當自動化鉆機運行過程中，一旦出現故障，能夠及時判斷故障所在，通過故障數據的采集，及時發送給控制計算機，通過計算機程序的分析，實現遠程控制，快速解決故障問題，恢復頁巖氣井的鉆探施工，大大提高鉆探的效率。

3 結語

通過對涪陵頁巖氣開發中自動化鉆機的現狀和發展的研究，解決頁巖氣開發的鉆探問題，為了更好地開發頁巖氣奠定了基礎。由于涪陵的頁巖氣田具有壓力高，氣井的產量高，二氧化碳含量低，不含有硫化氫的特點，具有非常廣闊的開采前景。應用自動化鉆機對頁巖氣井進行鉆探，分析自動化鉆機的應用現狀，分析其發展前景，對頁巖氣的開發具有推動作用。

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