盡管市場面臨挑戰(zhàn)，但制造商們?nèi)詫⒆⒁饬性跐M足即將出臺的法規(guī)對深水鉆井的要求上

隨著鉆井人員和操作人員向深水推進，對能夠處理高壓、高溫鉆井系統(tǒng)的需求比以往任何時候都要大。這意味著，盡管新興冠狀病毒肺炎大流行給鉆井行業(yè)(包括鉆井承包商和原始設(shè)備制造商)帶來了前所未有的壓力，但對這一關(guān)鍵設(shè)備的創(chuàng)新并未放緩。

斯倫貝謝Cameron壓力控制設(shè)備業(yè)務(wù)發(fā)展經(jīng)理Matthew Givens表示:“我們的防噴器技術(shù)的核心理念是幫助我們的客戶滿足行業(yè)不斷變化的需求。

防噴器開發(fā)的一個前沿領(lǐng)域是額定20,000 psi (20K)防噴器，這是多年來人們一直在討論的問題。去年國民油井華高(NOV)向越洋鉆探公司出售了兩個防噴器組，用于與雪佛龍(Chevron)在美國墨西哥灣新建的超深水鉆井船。該平臺計劃于明年交付使用，將是首個額定壓力為20K的超深水浮子。

然而，隨著今年的大流行和隨后的油價下跌，這一勢頭已經(jīng)放緩，表明盡管制造商表示將繼續(xù)推動開發(fā)，但不久的將來，20K的需求可能會退居二線。

“油價和COVID病毒無疑影響了我們對20K防噴器的興趣，”11月海上產(chǎn)品技術(shù)總監(jiān)Bob Cowan說，“隨著油價的回升，我們相信我們可以回到正軌。我們知道，運營商和承包商都在調(diào)查這些系統(tǒng)?！?

建造20K防噴器

NOV的20K防噴器為ram型，鉆徑為18?in。該系統(tǒng)由NOV的RCX多路控制吊艙控制，該吊艙接收來自鉆機的液壓供應(yīng)、電力和控制數(shù)據(jù)，并通過閥門網(wǎng)絡(luò)將壓力分配給各個堆疊功能。RCX吊艙是該公司的下一代控制系統(tǒng)，由公司內(nèi)部開發(fā)。與之前的防噴器控制系統(tǒng)相比，這些新型防噴器具有更簡單的體系結(jié)構(gòu)，使其更易于使用。簡化的界面設(shè)計使這些pods在操作過程中更容易修改。

與之前的控制系統(tǒng)一樣，RCX監(jiān)控設(shè)備組件的周期、流量、運行時間和服役時間數(shù)據(jù)，并對水下設(shè)備進行持續(xù)分析，以檢測潛在的故障。此外，新的吊艙設(shè)計也正在進行改進，以便在出現(xiàn)故障時，無需進行堆疊，即可回收和更換。

NOV目前正在為越洋鉆探公司建造兩個20K防噴器，越洋鉆探公司將在一艘新建造的超深水鉆井船上使用這些防噴器，該鉆井船已與雪佛龍簽訂合同，將在美國墨西哥灣進行鉆井作業(yè)。

Cowan表示:“我們從設(shè)計和開發(fā)的角度竭盡所能，使我們的設(shè)備盡可能可靠。”雖然在為越洋鉆探公司建造的前兩個防噴器組中沒有包含這一可檢索功能，但NOV希望在未來的訂單中開發(fā)這一功能。

Cowan先生還指出，與以前的系統(tǒng)相比，20K系統(tǒng)的設(shè)計需要考慮大量的因素。由于需要為20K系統(tǒng)專門設(shè)計多個組件，包括20K井口連接器、海底閥門、節(jié)流和壓井連接器、剪切閘板、多閘板、管道閘板、隔水管密封以及節(jié)流和壓井管線，因此公司采用了整體的設(shè)計理念。他將設(shè)計方法描述為“在系統(tǒng)級別上”完成的事情。

“20K防噴器只是更大，”考恩表示。“它的壁厚和內(nèi)部工作面要大得多。處理的是更重的部分。當(dāng)試圖優(yōu)化你的設(shè)計重量時，總是有權(quán)衡的。一個20K容量重量幾乎是15K容量的兩倍，尺寸大50%。這使得20K系統(tǒng)的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)大為不同?！?

根據(jù)11月在2020年IADC/SPE國際鉆井會議上發(fā)表的一篇論文，該公司估計，為了處理20K防噴器，一臺鉆機可能需要能夠提升1500噸的起重系統(tǒng)。NOV開發(fā)了氣缸和單層絞車提升系統(tǒng)，可提升2000噸。

盡管NOV一直在與運營商和承包商就20K防噴器進行談判，但Cowan先生承認(rèn)，在當(dāng)前市場上，新訂單的市場相當(dāng)具有挑戰(zhàn)性。“我們正積極與一些運營商合作項目，但我們也意識到預(yù)算受到了限制，大多數(shù)公司都在努力求生。我們預(yù)計，未來一到三年內(nèi)，需求將回升，帶來一些額外的機會?！?

改善剪切閘板

在斯倫貝謝，雪佛龍開發(fā)防噴器的主要重點是設(shè)計新的部件，以適應(yīng)現(xiàn)有的產(chǎn)品庫存，如剪切閘板和管閘板。監(jiān)管要求一直是關(guān)鍵驅(qū)動因素:作為2016年井控規(guī)則的一部分，美國安全與環(huán)境執(zhí)法局(BSEE)禁止使用可在關(guān)閉防噴器之前剪切任何電力、電線或鋼絲繩的替代切割設(shè)備。

該規(guī)則將于2021年4月29日生效，要求作業(yè)者在其地面作業(yè)組合中使用剪切閘板，在最大預(yù)期地面壓力下剪切電纜、鋼絲和滑線，并密封井筒。

此外，到2023年5月1日，海底防噴器還必須有一個與每個剪切閘板耦合的機構(gòu)，將整個管道定位在剪切閘板區(qū)域內(nèi)，確保剪切在剪切閘板激活時發(fā)生。

7月，雪佛龍公司與一家未具名鉆井承包商完成雪佛龍公司的Broadshear偏心工具聯(lián)合剪切桿的一系列電纜剪切測試。

盡管可以在計劃剪切過程中使用閘板防噴器或環(huán)空防噴器，但這種機制不能成為另一種閘板防噴器。

在新法規(guī)生效之前，雪佛龍公司一直在努力驗證2016年推出的Broadshear偏心工具接頭剪切閘板的性能。這是一種重型管狀剪切閘板，設(shè)計用于剪切偏心的工具接頭，但不用于剪切較小的電線、電纜和電線。雪弗龍公司表示，6月，一家未具名的鉆井承包商及其附屬運營商在較小的電纜上進行6次成功的電纜剪切測試。

“我們曾與鉆井承包商客戶和運營商數(shù)量來確定最壞的電纜,他們將使用在鉆井和完成工作,一起建立列表,它們從來沒有打算剪斷這些小的線，但實際上能夠剪斷它們.'吉文斯先生說。

此外，去年卡梅隆還將其13 5/8英寸的尺寸進行了商業(yè)化，10000psi雙管柱聯(lián)鎖(DSI)剪切和密封閘板。該技術(shù)也是為了響應(yīng)BSEE井控規(guī)則而開發(fā)的;當(dāng)繞guan使用時，它可以剪切電線、電線和滑線。

Givens先生指出，DSI可以取代Cameron的盲式剪切閘板和聯(lián)鎖剪切閘板，它比聯(lián)鎖剪切閘板需要的剪切力少40%。

Givens表示:“防噴器組的限制之一是控制系統(tǒng)所能提供的力的大小。實際上，控制系統(tǒng)提供的機械能是有限的，用來提供推動閘板并切割管道的力。如果你可以減少所需的力量，那么你就可以使你的系統(tǒng)更高效和更優(yōu)化。”

DSI的聯(lián)鎖特性允許電纜和編織電纜在零張力的情況下剪切。此外，由于它們不使用可折疊的肩部，它們也可以剪切較大直徑的管道和套管。

與聯(lián)鎖剪切閘板相比，DSI性能的提高主要得益于Cameron對閘板葉片幾何結(jié)

構(gòu)的調(diào)整。調(diào)整葉片邊緣的角度，以增加閘板與管道的接觸點。

卡梅隆通過一個內(nèi)部計算機程序?qū)SI進行了建模，該程序基于吉文斯所稱的高級有限元分析形式，以有效地模擬物理剪切測試。這種“虛擬剪切”方法減少了將全尺寸防噴器運送到實驗室所需的時間、成本和人力。此外，在進行物理測試之前，該程序還可以對相同的防噴器系統(tǒng)進行多次模擬，并對剪切閘板的設(shè)計進行調(diào)整，以提高效率。

Givens表示，盡管虛擬剪切模型不會取代物理的全尺寸剪切測試，但它可以讓公司在更短的時間內(nèi)、以更低的成本進行更多的模擬，以改進防噴器設(shè)計。他補充說，雖然目前Cameron公司僅在內(nèi)部使用該模型來改進設(shè)備設(shè)計，但如果未來有客戶需求，它可以作為一項服務(wù)提供。

重新配置控制系統(tǒng)

7月，貝克休斯完成了SeaPrime防噴器控制系統(tǒng)的升級驗證，該系統(tǒng)于2016年首次推出。該系統(tǒng)最初的設(shè)計目標(biāo)是在20K的防噴器組中使用，最近經(jīng)過重新配置，可以適應(yīng)15K的防噴器組和現(xiàn)有的鉆機，這意味著減少了其占地面積。

“當(dāng)我們最初設(shè)計SeaPrime時，20K防噴器似乎是各大公司想要達到的目標(biāo)，所以我們并不需要考慮如何縮小它或?qū)⑵浒惭b到現(xiàn)有的煙囪上。這不是我們的設(shè)計要求之一?！薄暗S著機會的有效轉(zhuǎn)移，我們有時間考慮是否可以使其與現(xiàn)有的鉆機和未來的15K防噴組兼容，同時在未來仍可容納20K防噴器組?！?

為了重新配置控制系統(tǒng)，該公司回到了空白狀態(tài)，將大部分努力集中在為系統(tǒng)設(shè)計更小的組件上。

SeaPrime防噴器控制系統(tǒng)原本設(shè)計用于20K防噴器組，現(xiàn)在已被重新配置用于15K防噴器組和其他現(xiàn)有鉆機。

然而，貝克休斯控制系統(tǒng)產(chǎn)品總監(jiān)Matt Boerlage表示，貝克休斯還采用了一種“由內(nèi)而外”的設(shè)計理念，這與最初的原型不同，即在系統(tǒng)外部可以使用電子元件。這使得維修變得更加容易，最大限度地減少了附加部件的附帶損壞風(fēng)險，也減少了拉煙囪的需要。

這就是為什么該公司估計在系統(tǒng)生命周期內(nèi)，與最初的設(shè)計相比，總擁有成本下降了40%的關(guān)鍵原因。

“在我們對控制系統(tǒng)的分析中，我們發(fā)現(xiàn)大多數(shù)故障模式都來自附帶損害，”波爾拉格表示?！皩τ谌魏晤愋偷腛EM生產(chǎn)的任何類型的控制系統(tǒng)，你都必須移除其他組件才能獲得你想要服務(wù)的組件，這可能是極具破壞性的。”

根據(jù)貝克休斯的說法，SeaPrime是第一個包含可重新布線的智能冗余功能的防噴器水下控制系統(tǒng)，如果吊艙內(nèi)的組件發(fā)生故障，可以繼續(xù)鉆井。這是通過隔離和重新布線吊艙內(nèi)的液壓來實現(xiàn)的。

6月，貝克休斯團隊在SeaPrime上完成了為期5年的可靠性測試，使用了休斯頓定制的極端事件液壓流環(huán)。該公司收集了超過300年的現(xiàn)場等效數(shù)據(jù)，稱這些數(shù)據(jù)足以證明控制系統(tǒng)的設(shè)計要求超過99%的可用性。

隨著更新后的控制系統(tǒng)投入商業(yè)使用，該公司已開始就自己的20K防噴器設(shè)計進行討論。Judge表示，該設(shè)計已有效完成，并通過了獨立的第三方驗證。防噴器有18?英寸。內(nèi)徑，額定溫度高達350°F;它有6個閘板和2個環(huán)形組，占地面積約為20英尺x 15英尺。

這種20K設(shè)計自2012年以來一直在使用，并且有一個原型可供生產(chǎn)。然而，市場狀況使該公司難以將該技術(shù)商業(yè)化。Judge先生表示，他對20K防噴器的長期未來持樂觀態(tài)度，但他也承認(rèn)，近年來，客戶對20K防噴器的需求一直是一個“斷斷續(xù)續(xù)的世界”。

賈奇表示:“我覺得我們終于開始取得一些進展?！薄皩ξ襾碚f，問題是當(dāng)一切都恢復(fù)正常時，全球石油需求會是什么樣子? 這是我見過的最不透明的。如果對石油和天然氣的需求回升到原來的水平，我認(rèn)為20K防噴器的機會很大。”

全電動防噴器

當(dāng)主要的服務(wù)公司都在專注于改進現(xiàn)有的防噴器時，挪威一家私營公司正在研究一種理念，他們認(rèn)為，一旦該理念取得成果，將對鉆井作業(yè)產(chǎn)生重大影響。

自2012年成立以來，electronic Subsea & Drilling (ESD)一直在開發(fā)一種輕型防噴器概念，將液壓設(shè)備從防噴器中移除，取而代之的是集成了井眼防護設(shè)施和控制系統(tǒng)的機電執(zhí)行器。

電動防噴器系統(tǒng)與現(xiàn)有的防噴器系統(tǒng)一樣，基于相同的上層電控基礎(chǔ)設(shè)施、通信系統(tǒng)和備份控制系統(tǒng)。然而，主要區(qū)別在于，執(zhí)行器是由電動馬達驅(qū)動的，而水下電池取代了液壓蓄能器。消除液壓蓄能器和液壓控制將導(dǎo)致顯著的重量減輕。對于干式防噴器，ESD估計可以節(jié)省約62噸。

ESD首席執(zhí)行官John Dale表示，這一概念允許鉆井人員和作業(yè)人員在深水中作業(yè)時使用鉆機，無需進行重大修改。

雖然這個概念最初是為海底防噴器設(shè)計的，但Dale先生表示，陸地鉆井也可以通過該技術(shù)大幅節(jié)約成本。Dale先生說:“即使是在陸地鉆井作業(yè)中，通過拆除蓄電池、硬管道和柔性管道，每次移動鉆機時，最多可以節(jié)省3卡車設(shè)備?！?

ESD已經(jīng)測試了電動防噴器概念的關(guān)鍵執(zhí)行器技術(shù)原型，下一步是建立一個完整的電動防噴器原型。該公司已經(jīng)就開發(fā)該系統(tǒng)與許多運營商和鉆井公司進行接觸，并提交了四份地面防噴器的報價。盡管今年由于新興冠狀病毒肺炎大流行和近幾個月油價暴跌而暫停了討論，但戴爾表示，他仍然相信該行業(yè)對電動防噴器概念的長期利益。

他希望先在陸地平臺或海上生產(chǎn)平臺上測試這項技術(shù)，然后再進行海底測試。