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        石油鉆井設(shè)備節(jié)能減排技術(shù)分析

        2023-12-09 06:42:04趙天增吳小亮
        石化技術(shù) 2023年12期
        關(guān)鍵詞:作業(yè)生產(chǎn)設(shè)備

        趙天增 吳小亮

        中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司 天津 300452

        在當(dāng)前可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的指導(dǎo)之下,各行各業(yè)逐漸加強(qiáng)了對于節(jié)能減排、生態(tài)環(huán)保方面的重視,石油鉆井施工也是如此,通過運(yùn)用節(jié)能減排技術(shù),不僅能夠降低實(shí)際生產(chǎn)以及運(yùn)營成本,而且有助于減少對于環(huán)境的污染影響,實(shí)現(xiàn)行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展,在提高經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí),保障生態(tài)效益,是當(dāng)前行業(yè)以及社會發(fā)展過程中的共同課題。因此,加強(qiáng)對于石油鉆井設(shè)備節(jié)能減排技術(shù)的研究和分析是十分有必要的。

        1 節(jié)能減排視角下石油鉆井設(shè)備實(shí)際運(yùn)用情況

        1.1 對于節(jié)能減排技術(shù)重視不足

        受到當(dāng)前市場環(huán)境的影響,石油企業(yè)之間的競爭壓力逐漸增強(qiáng),使得企業(yè)在實(shí)際發(fā)展的過程中,對于經(jīng)濟(jì)增長方面的追求較為迫切,以期能夠通過擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模,提升自身收益。導(dǎo)致企業(yè)在實(shí)際鉆井生產(chǎn)的過程中,過分關(guān)注運(yùn)行成本、生產(chǎn)效益等,缺乏對于節(jié)能減排方面的重視,仍然使用年久失修、耗能較高的老舊設(shè)備,存在節(jié)能減排重視程度較低,成本投入不足的情況,難以取得良好的節(jié)能減排效果,這不僅難以實(shí)現(xiàn)對于實(shí)際鉆井成本的有效控制,而且還會給生態(tài)環(huán)境帶來一定負(fù)擔(dān)[1]。

        1.2 對進(jìn)口設(shè)備技術(shù)依賴程度高

        在當(dāng)前節(jié)能減排形勢較為嚴(yán)峻的情況之下,我國石油鉆井企業(yè)為提升自身節(jié)能減排能力,需要使用先進(jìn)技術(shù)手段和設(shè)備,但由于我國在此方面的研究有限,因此需要引進(jìn)大量進(jìn)口設(shè)備和技術(shù)。而且隨著當(dāng)前社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,消費(fèi)規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大,而且石油勘探開采本身需要消耗大量能量和資源,這也使得國內(nèi)石油鉆井作業(yè)對于進(jìn)口設(shè)備和技術(shù)的依賴程度不斷提高。在國家生態(tài)環(huán)保治理力度不斷加強(qiáng)的情況下,石油生產(chǎn)作為能源消耗的核心產(chǎn)業(yè),企業(yè)所面臨的環(huán)境壓力、生產(chǎn)壓力也在日益加強(qiáng),進(jìn)口設(shè)備已經(jīng)成為當(dāng)前石油鉆井作業(yè)過程中不可或缺的組成部分之一。

        1.3 節(jié)能減排計(jì)算分析尚不完善

        石油企業(yè)在實(shí)際生產(chǎn)作業(yè)的過程中,需要消耗大量能源,但為提升自身經(jīng)濟(jì)效益,企業(yè)將更多的精力投入到了成本控制以及如何提升經(jīng)濟(jì)收益方面,缺乏對于能源消耗情況,以及污染物排放情況等方面的計(jì)算和分析,對于實(shí)際鉆井作業(yè)過程的監(jiān)控不足,難以實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)數(shù)據(jù)信息的有效利用,這也是導(dǎo)致石油鉆井作業(yè)能源消耗持續(xù)增加的主要因素之一。通過節(jié)能減排方面的計(jì)算和分析,能夠?qū)崿F(xiàn)對于實(shí)際石油鉆井工作的指導(dǎo),以此達(dá)到降低能源消耗、減少污染排放的效果。但當(dāng)前石油企業(yè)缺乏對于節(jié)能減排計(jì)算分析方面的重視,相關(guān)統(tǒng)計(jì)分析仍不完善。

        2 石油鉆井設(shè)備節(jié)能減排技術(shù)實(shí)際運(yùn)用分析

        2.1 分析井噴事故構(gòu)建預(yù)警系統(tǒng)

        影響石油鉆井井噴事故的主要原因包括人、物、環(huán)境、管理和技術(shù)5個方面,通過明確事故影響因素,有助于在實(shí)際生產(chǎn)過程中實(shí)現(xiàn)對于各種因素的控制、規(guī)避和處理,降低事故發(fā)生的概率。在此基礎(chǔ)上,建立事故因素解釋結(jié)構(gòu)模型,還能夠?yàn)楹罄m(xù)預(yù)警系統(tǒng)的構(gòu)建提供良好支持[2]。石油鉆井井噴因素如表1所示。

        表1 石油鉆井井噴因素

        經(jīng)過石油鉆井專家的分析,得到事故因素集中各要素之間的直接關(guān)系,并構(gòu)建相鄰矩陣,最終得到井噴事故因素解釋結(jié)構(gòu)模型如圖1所示。

        圖1 井噴事故因素解釋結(jié)構(gòu)模型

        然后采用層次分析法,對井噴事故機(jī)理展開分析,使用判斷矩陣進(jìn)行一致性以及隨機(jī)性檢驗(yàn)。檢驗(yàn)過程中,使用到的公式如下:

        CR=CI/RI

        式中,CR表示判斷矩陣的隨機(jī)一致性比率;CI表示判斷矩陣的一致性指標(biāo);RI表示矩陣的平均隨機(jī)一致性指標(biāo)。

        在上述分析的基礎(chǔ)上,運(yùn)用系統(tǒng)論,構(gòu)建事故預(yù)警指標(biāo)體系,將影響因素特征量,轉(zhuǎn)化為預(yù)警信號輸出圖,并科學(xué)劃分指標(biāo)的正常波動范圍、可控范圍以及危險(xiǎn)范圍,直接反映鉆井工作的安全情況。

        井噴事故預(yù)警系統(tǒng)的構(gòu)建和運(yùn)用,能夠有效實(shí)現(xiàn)對于實(shí)際鉆井過程的監(jiān)控和分析,并及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備安全隱患,實(shí)現(xiàn)預(yù)防性維修,強(qiáng)化對于井噴事故的控制能力,不僅能夠保障實(shí)際生產(chǎn)安全,而且還能夠有效避免停機(jī)、資源浪費(fèi)等情況,降低設(shè)備維修和管理成本,減少企業(yè)經(jīng)濟(jì)損失,達(dá)到良好節(jié)能效果。

        2.2 強(qiáng)化鉆井監(jiān)控以及狀態(tài)評價(jià)

        通過對于鉆井過程中相關(guān)設(shè)備的監(jiān)控以及狀態(tài)的評價(jià)分析,能夠充分了解實(shí)際設(shè)備運(yùn)行情況,了解設(shè)備運(yùn)行過程中的生產(chǎn)效率,并為后續(xù)生產(chǎn)方案的制定和調(diào)整提供參考,有助于提高設(shè)備運(yùn)行效率和質(zhì)量,達(dá)到節(jié)能減排目標(biāo)。鉆井狀態(tài)評價(jià)過程中,需要注意的主要參數(shù)如表2所示。

        表2 鉆井參數(shù)

        在實(shí)際生產(chǎn)時(shí),需要根據(jù)鉆井參數(shù),合理進(jìn)行設(shè)備調(diào)控,以提高生產(chǎn)質(zhì)量、效率。除此之外,還應(yīng)加強(qiáng)對于鉆柱應(yīng)力的分析,以便充分了解設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。鉆柱應(yīng)力主要包括以下幾個方面。

        (1)軸向應(yīng)力,主要是在外部荷載、鉆壓等作用下產(chǎn)生的。計(jì)算公式如下:

        式中,σz表示軸向應(yīng)力,N;Fb表示動載鉆壓,N;q1表示單位長度鉆桿質(zhì)量,kg;l1表示鉆桿長度,m;q2表示單位長度鉆挺質(zhì)量,kg;l2表示鉆挺長度,m;q表示單位長度鉆柱質(zhì)量,kg;l表示鉆柱長度,m;D表示鉆柱外徑,m;d表示鉆柱內(nèi)徑,m。

        (2)彎曲應(yīng)力,是由鉆柱橫向振動引起的,實(shí)際生產(chǎn)過程中,鉆柱不僅會正常轉(zhuǎn)動,還會逆時(shí)針繞井眼旋轉(zhuǎn)。在鉆柱運(yùn)動時(shí),彎曲應(yīng)力會受到鉆桿截面慣性矩、截面下鉆柱浮重等的影響。

        (3)剪切應(yīng)力,該力主要是在鉆盤、頂驅(qū)扭矩作用下產(chǎn)生的,會受到鉆柱扭矩以及內(nèi)外徑大小的影響。

        (4)交變應(yīng)力,在實(shí)際鉆井過程中,鉆柱通過井眼時(shí),所受應(yīng)力的方向和大小都會發(fā)生改變,且呈現(xiàn)出交替變化特點(diǎn),此時(shí)鉆柱就處于交變應(yīng)力狀態(tài),應(yīng)力比為最小應(yīng)力與最大應(yīng)力之比[3]。

        基于上述分析,構(gòu)建鉆井實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng),將基礎(chǔ)參數(shù)導(dǎo)入其中,并根據(jù)基礎(chǔ)參數(shù)計(jì)算鉆柱應(yīng)力,通過應(yīng)力分析,識別鉆柱受力狀態(tài)以及鉆井工況,以實(shí)現(xiàn)對于鉆井過程和狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控,并展開時(shí)效分析,不斷提高單井作業(yè)效率,縮短作業(yè)時(shí)間,進(jìn)而減少能源消耗以及污染排放。

        2.3 運(yùn)用數(shù)據(jù)技術(shù)優(yōu)化石油鉆井

        將大數(shù)據(jù)技術(shù)運(yùn)用到石油鉆井設(shè)備節(jié)能減排研究當(dāng)中,可以建立鉆井?dāng)?shù)據(jù)庫,并通過對相關(guān)數(shù)據(jù)的分析挖掘,為鉆井作業(yè)參數(shù)控制調(diào)整提供參考,同時(shí)還有助于故障診斷分析、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測,對于鉆進(jìn)優(yōu)化有著積極作用,同時(shí)還可以將其用于對鉆進(jìn)設(shè)備性能的評估分析,是實(shí)現(xiàn)故障預(yù)測、自動診斷,以及實(shí)時(shí)監(jiān)控的必要技術(shù)手段。

        首先,需要選擇特征參數(shù),包括鉆壓、泵壓、轉(zhuǎn)速、扭矩等,并采集數(shù)據(jù),作為訓(xùn)練樣本和后續(xù)測試樣本。其次,基于支持向量機(jī),建立預(yù)測模型,先確定輸入變量,以及輸出變量,并對其展開歸一化處理,獲得數(shù)據(jù)樣本集,再確定核函數(shù)、敏感性系數(shù)。最后,后建立支持向量機(jī)回歸模型,預(yù)測鉆進(jìn)過程。預(yù)測流程如圖2所示。通過對實(shí)際鉆進(jìn)過程的預(yù)測和分析,有助于強(qiáng)化對于作業(yè)情況的控制,降低作業(yè)風(fēng)險(xiǎn),達(dá)到降低石油鉆井成本的效果,能夠幫助石油企業(yè),實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)。

        圖2 鉆井過程預(yù)測流程

        3 強(qiáng)化石油鉆井設(shè)備節(jié)能減排效果的對策

        結(jié)合上述分析,為強(qiáng)化提升石油鉆井設(shè)備節(jié)能減排效果,有針對性地提出了以下對策建議,以期能夠降低石油鉆井施工作業(yè)過程中的能源消耗,減少污染排放,幫助石油企業(yè)提升自身經(jīng)濟(jì)以及生態(tài)效益。

        (1)重視設(shè)備節(jié)能減排技術(shù)。石油企業(yè)應(yīng)加強(qiáng)對于節(jié)能減排的重視和研究,強(qiáng)化相關(guān)技術(shù)、設(shè)備的投入,以此降低實(shí)際鉆井生產(chǎn)過程中的能源消耗,同時(shí)減少污染排放,這不僅可以幫助企業(yè)降低實(shí)際生產(chǎn)成本,而且也減少了污染排放方面的資金投入,有助于企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

        (2)積極開發(fā)節(jié)能減排設(shè)備以及相關(guān)技術(shù)。加強(qiáng)對于石油鉆井作業(yè)節(jié)能減排設(shè)備的開發(fā)和研究,提高研究投入資金,積極引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)手段,以此不斷提高鉆井作業(yè)的質(zhì)量和效率,縮短鉆井周期,達(dá)到節(jié)約成本、減少能源消耗、降低污染排放的目的。隨著當(dāng)前大數(shù)據(jù)技術(shù)、人工智能技術(shù)以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展,此類技術(shù)將會逐漸應(yīng)用到石油鉆井設(shè)備當(dāng)中,幫助企業(yè)強(qiáng)化生產(chǎn)控制,降低人為因素影響,達(dá)到良好節(jié)能減排效果。

        (3)深化完善數(shù)據(jù)分析工作。為保障石油鉆井作業(yè)的節(jié)能減排效果,科學(xué)制定節(jié)能減排方案,應(yīng)加強(qiáng)對于實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)的應(yīng)用和分析,實(shí)現(xiàn)對于能源消耗、污染排放的準(zhǔn)確計(jì)算,并通過分析不同技術(shù)、設(shè)備運(yùn)用下石油鉆井作業(yè)的節(jié)能減排效果,不斷優(yōu)化實(shí)際生產(chǎn)方案,合理運(yùn)用相關(guān)技術(shù)設(shè)備,最大程度上提升節(jié)能減排效果,提高石油鉆井生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)以及生態(tài)效益[4]。

        4 結(jié)束語

        綜上所述,在實(shí)際展開石油鉆井生產(chǎn)的過程中,應(yīng)充分結(jié)合生產(chǎn)需求,合理運(yùn)用相關(guān)技術(shù)手段,更新生產(chǎn)設(shè)備,通過對井噴事故的分析,構(gòu)建事故預(yù)警系統(tǒng),以此實(shí)現(xiàn)對于事故問題的有效預(yù)測,提前采取預(yù)防措施,降低生產(chǎn)損失,保障生產(chǎn)作業(yè)的順利性以及安全性。此外,還應(yīng)加強(qiáng)對于鉆井過程的監(jiān)控和管理,并及時(shí)對作業(yè)狀態(tài)展開評價(jià),構(gòu)建相應(yīng)狀態(tài)評價(jià)系統(tǒng),并以此為基礎(chǔ)對生產(chǎn)作業(yè)方案進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整,降低實(shí)際生產(chǎn)能耗以及污染排放。同時(shí),還應(yīng)加強(qiáng)對于大數(shù)據(jù)技術(shù)的運(yùn)用分析,實(shí)現(xiàn)對于生產(chǎn)數(shù)據(jù)的科學(xué)分析和運(yùn)用,準(zhǔn)確預(yù)測鉆井過程,優(yōu)化鉆井控制,以此降低鉆井風(fēng)險(xiǎn),控制生產(chǎn)成本。相信隨著對設(shè)備節(jié)能減排技術(shù)的分析和實(shí)踐運(yùn)用,石油鉆井水平將會得到進(jìn)一步提升。

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