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"）牽頭自主研發的"大通徑全電驅精細控壓鉆井系統"，成功入選國家第五批能源領域首臺（套）重大技術裝備。經院士專家組鑒定，該系統填補了業界在311.2mm及以上大尺寸井眼的控壓技術空白，使我國在國際上具備萬米級深井控壓鉆井作業能力，保障了我國深層、超深層油氣資源的勘探開發。
超深層鉆井，設備研發難在哪？
隨著全球油氣資源開發向深層、超深層萬米油氣資源發展，多層井身結構使得上部井段尺寸越來越大，鉆井作業呈現裸眼段長、多壓力系統并存、鉆井液排量大、巖屑產生量多、安全密度窗口窄，甚至出現零、負窗口等特征，常規鉆完井溢漏復雜頻繁、井控風險極大，難以鉆達設計地質目標。
我國深層、超深層油氣資源占比70.3%，隨著國家深地戰略的持續推進，超深井井深已突破萬米，上部更大的井眼尺寸、更高的排量，對現有精細控壓鉆井系統在井口壓力控制精度、控制能力，以及設備抗沖刷性能和使用壽命等方面提出了更高的要求：
一是自節流效應明顯。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，進一步加劇節流效應。二是管線沖蝕嚴重。大尺寸直井段鉆井液排量高、含砂量較高，導致節流閥閥芯、閥座以及管匯轉彎處等沖蝕嚴重。三是大通徑旋轉總成磨損嚴重。大通徑旋轉總成在高轉速工況下，旋轉部件與接觸面之間的相對線速度較大，導致摩擦熱增加、材料磨損加劇，不僅降低旋轉總成的性能，甚至還會引發設備故障。四是井口壓力控制難度大。控壓鉆井的核心目標是通過精確控制井筒壓力，使其保持在安全窗口內；由于流量、設備尺寸等因素的變化，增加了井口壓力精準快速調控的難度。
能源領域首臺，系統突破新在哪？
為了解決深地工程鉆井難題，川慶鉆探公司牽頭，聯合中石油集團工程技術研究院、西南石油大學等內外部院所及中石油西南油氣田分公司等相關單位，在自主研發的"全過程精細控壓鉆完井技術及裝備"基礎上，持續攻關研發形成能源領域首臺大通徑全電驅精細控壓鉆井系統CQMPD-Max，相較國內外同類裝備，該系統具備三大創新點：
首先，破解大通徑旋轉總成超高線速度平穩運行與高壓密封難題。發明具備自補償功能的旋轉總成密封結構和旋轉防噴器承壓結構，研發形成了680毫米大通徑電驅旋轉防噴器，適應最大井眼尺寸由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，轉速120rpm。
其次，攻克大排量下高壓力、高擾動節流控制技術難題。研制基于大排量條件下測量管直徑-激振頻率-響應強度與測量信號特性關系的寬線性筒式節流截止閥與無級調速隨動執行器，同時建立自適應陷波、自相關/互相關信號處理方法，實現超大排量下壓力精準快速調控。節流系統全通徑由80毫米提升至130毫米，適應每秒120升超大排量節流控壓，效率提升263%。
最后，構建了大尺寸"節流閥特性曲線+PID+閥位階躍響應"算法，研發形成井筒壓力修正與排氣過程目標井底當量自動追蹤算法。從調節節流閥節流特性、降低管匯系統的自節流效應、提高管匯系統的抗沖蝕性能三個方面，優化設計了全電驅精細控壓鉆井系統的管匯系統，控制精度由±0.2兆帕提升至±0.07兆帕；同時搭建遠程-本地一體化控制平臺，實現專家遠程監測及本地協同高效控制。
明確市場定位，未來應用強在哪？
"大通徑全電驅精細控壓鉆井系統"具有控制精度高、使用壽命長的特點，成熟度達到第八級，適用于復雜地質條件下特深井、（超）深井、水平井等復雜井型的鉆井作業。通過高精度壓力控制、自節流效應改善，實現井底壓力實時監測與調整，有效防止溢流事故發生。隨著常規油氣資源逐漸枯竭，特深井、（超)深井等萬米級復雜井型的鉆井需求不斷增加，且鉆井技術向智能化、自動化方向發展，預期該系統年均需求量可達100井次以上，具有廣闊的市場推廣前景與良好的提質增效經濟效益。
同時，系統生產打破了國外高端技術封鎖，核心組成部分實現自主批量生產，國產化率100%；推動質量流量計、節流閥、密封橡膠等國內相關產業技術向高端化方向發展。項目已完成發明專利21件、軟件著作權10件，全方位保護系統關鍵核心技術，提高產業鏈附加值，提升中國"智造"水平。
川慶鉆探公司精細控壓鉆井技術創新團隊負責人李枝林表示，大尺寸井眼控壓裝備在國外公司尚屬空白領域，該系統不僅填補了業界（超）大尺寸井眼的控壓技術空白，更有助于萬米級深井的安全高效勘探開發。
目前，聯合項目組已建成該系統"研發-制造-維保-服務"全鏈條產業，形成了覆蓋各種井眼尺寸的精細壓力控制能力。該系統在川渝、塔里木、渤海灣等深井、超深井區塊展現出優異適應性，接下來，將進一步推廣至中亞、中東、俄羅斯等國家及地區的復雜區塊，搶占萬米級安全鉆井技術制高點，為持續提升國家鉆井核心競爭力、爭奪國際高端市場、提高行業話語權注入強大動力。（左星 仲斌燕）
轉自：中國企業報
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