在涪陵页岩气开发中自动化钻机的现状和发展——“十三五”国家科技重大专项深层页岩气开发关键装备及工具研制

刘小伟(中石化江汉石油工程有限公司钻井一公司，湖北 潜江 433121)

在涪陵页岩气开发中自动化钻机的现状和发展
——“十三五”国家科技重大专项深层页岩气开发关键装备及工具研制

刘小伟(中石化江汉石油工程有限公司钻井一公司，湖北 潜江 433121)

在涪陵页岩气开发过程中，应用自动化钻机进行钻探施工，对自动化钻机的现状和发展进行研究。使其不断满足页岩气的钻探，由于页岩气的致密性特点，有针对性就地优选钻机，能够达到预期的钻探效果。本文对涪陵页岩气开发中自动化钻机的现状与发展趋势进行分析研究，以期提供积极的参考作用。

涪陵页岩气开发；自动化钻机；现状和发展

由于我国的页岩气分布比较广泛，涪陵大型页岩气的开发，为我国页岩气的开发提供了经验。基于涪陵页岩气开发过程中的自动化钻机的应用，适应页岩气开发的特殊的地质条件，不断提高页岩气的开发效率。

1 涪陵页岩气开发过程中的钻井技术

对中石化涪陵页岩气的开发实施井工厂模式，满足页岩气钻井的需要。应用国产的钻机能够实现页岩气井的钻探施工需要。依据涪陵页岩气层的地质特点，实施钻井技术攻关，形成了空气钻井、泡沫钻井、清水钻井、PDC与复合钻井技术的结合等形式，达到提高机械钻速的效果。

针对页岩气开发的特殊情况，优化设计井身结构，如果预测溶洞比较深的话，增加一层导管，第二层导管应用于空气钻井。对于钻探水平井段的漏失问题，通过优化设计钻井参数，防止井漏及井喷事故的发生，保证安全钻探，达到预期的页岩气井的钻探效果。

采用油基钻井液体系，实现正常的钻井液的循环，保证井壁的稳固，防止井壁坍塌，而影响到页岩气的开采。应用地质导向钻井技术措施，合理控制井眼轨迹，防止长的水平井段产生坍塌的现象，合理设计钻井液的密度，减少对页岩气层的伤害，达到清洁绿色施工的条件。

将旋转导向钻井技术和地质导向钻井技术结合起来，有利于钻探造斜井段、稳斜井段和直井段，保证达到水平井段井眼轨迹，提高页岩气井的钻井效率。

2 页岩气开发中的自动化钻机的现状和发展趋势

通过对页岩气开发过程中应用的钻机进行自动化改造升级技术的分析，解决页岩气开发过程中钻探的技术问题。地面的自动化钻井设备包括绞车和自动送钻装置，顶部驱动钻井装置，钻井管柱的自动化操作装置，一体化司钻控制系统，实现了页岩气钻探的自动化。

各种自动化钻机的应用，促进页岩气的开发进度，适应页岩气田生产的需要。随着信息技术、计算机技术的不断发展，钻机的自动化技术也得到进一步的提高。

2.1 页岩气开发过程中自动化钻机的现状

在页岩气钻井施工过程中，应用自动化钻机，达到最佳的钻探效率。变频传动技术在页岩气钻井中的应用，对于交流变频钻机的应用方面，西门子公司的变频器被应用于钻机的配置中，而国产的电动机很难推广使用，依据钻机的特点可以实现单传动和多传动的模式，达到自动钻探的效果。

自动化钻机动力源的发展技术，采用柴油发电机的动力驱动方式，通过发电控制电网的电能传输，满足页岩气钻井设备的用电需求。通过数字或者模拟发电机的应用，解决发电的自动化问题，提高功能发电的自动化程度。也有的地区采用燃气机组发电的模式，应用功率补偿的方式，满足页岩气钻探用电的需要。

钻机自动化技术的应用，PCL控制技术成为自动化钻机的核心组成部分，我国采用的是西门子的控制器，应用备用设备组织生产，一旦正常钻井施工过程中，设备出现故障，及时启用备用设备，减少页岩气钻探过程中的损失，不断提高页岩气钻探的效率。有望对控制系统的处理器进行改进，提高自动控制的能力。在自动化钻机使用过程中，不断改进自动化的钻井工具，输送设备为主，实现自动控制，减少页岩气钻探过程中故障的发生率，不断提高页岩气钻探的机械钻速，缩短钻井周期，才能更好地节约页岩气钻井的成本，提高页岩气井钻探的经济效益。

2.2 页岩气开发过程中自动化钻机的发展趋势

为了更好地开发页岩气田，对自动化钻机进行研究，预测发生趋势，更好地适应页岩气生产的需要。不断开发自动化的工具，通过控制系统的指挥和协调，自动化的工具能够进行动作，完成页岩气井的钻探，降低岗位员工的劳动强度，而且能够满足井控的需要，有效地防止井喷等事故的发生，保证安全钻进。

提升钻井设备的安全性，研制地面及管柱的自动化设备，实现钻井液的自动循环，通过自控系统的实时监测和管理，达到自动钻探的效果。强化对集成控制技术的应用，目前采用的是电动机、仪表和监控技术措施，未来的发展趋势就是利用集成技术措施，实现钻井信息的共享，加强科学研究，使集成技术发挥更大的作用。

不断开发节能技术措施，对于页岩气的开发，属于高成本的开发项目，研制变速绞车的应用，顺利进行起下管柱，利用超级电容补偿作用，避免电阻发热而损失电能，导致电能的过多消耗，达到节能的技术要求。需要开发故障诊断系统，当自动化钻机运行过程中，一旦出现故障，能够及时判断故障所在，通过故障数据的采集，及时发送给控制计算机，通过计算机程序的分析，实现远程控制，快速解决故障问题，恢复页岩气井的钻探施工，大大提高钻探的效率。

3 结语

通过对涪陵页岩气开发中自动化钻机的现状和发展的研究，解决页岩气开发的钻探问题，为了更好地开发页岩气奠定了基础。由于涪陵的页岩气田具有压力高，气井的产量高，二氧化碳含量低，不含有硫化氢的特点，具有非常广阔的开采前景。应用自动化钻机对页岩气井进行钻探，分析自动化钻机的应用现状，分析其发展前景，对页岩气的开发具有推动作用。

[1]刘超.涪陵页岩气田“绿色”钻井关键技术研究与实践[J].探矿工程(岩土钻掘工程),2016,43(7):9-13.

[2]张金成,艾军,臧艳彬,等.涪陵页岩气田“井工厂”技术[J].石油钻探技术,2016,44(3):9-15.

[3]陈新龙,徐军,高迅,等.涪陵页岩气开发“井工厂”钻机现状及发展[J].石油机械,2015,43(9):32-36.

[4]牛新明.涪陵页岩气田钻井技术难点及对策[J].石油钻探技术,2014(4):1-6.

[5]高伟.涪陵地区页岩气钻井关键技术研究[J].工程技术:全文版,2016(8):00219-00219.