鉆井承包商與OFS供應(yīng)商之間的合作關(guān)系將MPD系統(tǒng)（由鉆井承包商完全擁有和運營）提升到具有獨特集成功能的下一個級別。
國家油井Varco的Leonardo Correa；羅伯特·范·奎倫堡，來寶公司管理壓力鉆井（MPD）已成為在具有窄壓力窗口的地層中鉆井的一種廣泛接受的方法。盡管MPD是某些井的唯一鉆井選擇，但其他井也受益于MPD帶來的提高的成功率，減少的非生產(chǎn)時間（NPT）和改進(jìn)的障礙管理。
MPD操作通常需要旋轉(zhuǎn)控制設(shè)備（RCD或ACD），節(jié)流閥和計量橇。其他設(shè)備可能包括緩沖歧管，背壓泵和分流歧管。一旦確定某井為MPD候選井，當(dāng)前的做法是租賃設(shè)備（通常是從多個供應(yīng)商處租借），安排服務(wù)人員并制定流程以滿足該井的鉆井目標(biāo)。由于設(shè)備通常來自不同供應(yīng)商，具有不同的要求和操作流程，因此，在每口井上成功實施MPD通常需要大量的精力來計劃，培訓(xùn)和動員設(shè)備和人員。
這些要求帶來了額外的安裝挑戰(zhàn)，通常需要對鉆機(jī)進(jìn)行重大更改。設(shè)備和控制系統(tǒng)對于每個MPD供應(yīng)商而言都是唯一的，并且供應(yīng)商可能會因工作而異。但是，每次將不同的設(shè)備配置帶入船上時，都會生成一套獨特的程序和過程來進(jìn)行作業(yè)，導(dǎo)致鉆機(jī)人員無法從最佳實踐和經(jīng)驗教訓(xùn)中受益。由于MPD特定活動主要由合同人員執(zhí)行，因此通過將MPD角色分配給現(xiàn)有合格的鉆機(jī)人員來改善成本結(jié)構(gòu)受到限制。
面對這些挑戰(zhàn)，當(dāng)前實施MPD服務(wù)的做法既耗時又昂貴，特別是在深水鉆井中。同時，MPD的總體責(zé)任越來越從操作員轉(zhuǎn)移到鉆井承包商。結(jié)果，越來越多的承包商正在研究通過將MPD服務(wù)作為永久性安裝在其鉆機(jī)車隊上的機(jī)會來降低成本。通過將部分或全部MPD系統(tǒng)集成到鉆機(jī)的自動化基礎(chǔ)架構(gòu)（包括硬件，過程，程序和培訓(xùn)）中，承包商可以實現(xiàn)大幅降低成本，提高鉆井效率并提高安全性能。
集成解決方案
隨著越來越多的海上合同要求鉆井平臺和船只必須“完整”完成MPD，來寶公司（Noble Corporation）開始了一個項目，為其鉆機(jī)車隊開發(fā)下一代完全集成的MPD控制系統(tǒng)。海上鉆井承包商選擇NOV來合作開發(fā)該系統(tǒng)，該系統(tǒng)將包括一整套無縫，可擴(kuò)展和適合用途的MPD解決方案，這些解決方案將真正集成到鉆機(jī)的自動化鉆井控制網(wǎng)絡(luò)中。
完全集成MPD控件。非集成控制系統(tǒng)將迫使該人成為機(jī)器控制功能（用于泥漿泵，絞車和頂部驅(qū)動裝置）和過程控制功能（用于節(jié)流閥和緩沖歧管以及背壓泵）之間的紐帶，從而增加了司鉆的工作量）。司鉆還必須經(jīng)常與第三方MPD提供商的MPD專家進(jìn)行簽到，這將延遲決策，降低生產(chǎn)率并帶來更高的操作員錯誤風(fēng)險。
因此，該控制系統(tǒng)旨在與鉆機(jī)供應(yīng)商的鉆井控制網(wǎng)絡(luò)提供真正的集成。兩家公司致力于將MPD設(shè)備和控制系統(tǒng)都集成到一個完全自動化的產(chǎn)品中，該產(chǎn)品可以無縫地集成到鉆機(jī)的控制系統(tǒng)中。作為經(jīng)驗豐富的OEM，NOV憑借在將專用MPD鉆機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計到現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施中并確保無縫集成方面的豐富知識。
集成的MPD系統(tǒng)的操作得到了進(jìn)一步的優(yōu)化，它具有一個綜合的瞬變模型，該模型將鉆井過程中的機(jī)械和液壓效應(yīng)耦合在一起，并考慮了不同鉆井液的可壓縮性，密度和慣性以及溫度和鉆屑載荷的影響。該模型還包括一個內(nèi)置的早期突跳和損失檢測模塊，該模塊分析流量和預(yù)期流出量，并考慮管道運動，泵速，泥漿可壓縮性和其他影響，以準(zhǔn)確識別突跳或損失事件。
由MPD控制系統(tǒng)建模并主動管理由于流速變化，多流體操作和鉆柱運動（浪涌和拖把）引起的井下壓力變化。校準(zhǔn)模型以匹配操作期間的井下測量。全面模型的能力是行業(yè)獨有的，因為它能夠從許多不同的角度和應(yīng)用程序分析井和鉆機(jī)設(shè)備的動力學(xué)。NOV已在各種現(xiàn)場機(jī)會中證明了該模型。它是多種產(chǎn)品系列的一部分，包括SoftSpeed II粘滯/滑差緩解器，帶有有線鉆桿和MPD的優(yōu)化應(yīng)用程序。
系統(tǒng)優(yōu)勢
完全集成的MPD系統(tǒng)已經(jīng)在現(xiàn)場進(jìn)行了開發(fā)，試用和實施，在該領(lǐng)域中，它很快被證明是適用于司鉆程序的強(qiáng)大，堅固且靈活的系統(tǒng)。通過將所有的扼流圈，泥漿泵，頂部驅(qū)動器和其他設(shè)備完全連接并協(xié)同工作，可以在完全控制井下壓力并大大提高速度和效率的情況下進(jìn)行鉆井作業(yè)。
集成控制系統(tǒng)還使司鉆不再執(zhí)行常規(guī)的機(jī)器控制功能和重復(fù)的順序任務(wù)?，F(xiàn)在，實現(xiàn)其中許多功能的自動化可以將司鉆提升到流程管理器的位置，而不是手動控制許多任務(wù)。
通過單個集成的鉆探屏幕，司鉆現(xiàn)在可以以更高的效率和響應(yīng)時間來執(zhí)行MPD和鉆探操作，如下圖。
新系統(tǒng)的訓(xùn)練模擬表明，司鉆的反應(yīng)時間縮短了33％至80％與以前的非集成式雙屏控制方案相比，MPD條件下的事件和更改有所改善。
鉆進(jìn)行的完全集成的MPD作業(yè)有助于解決組織間的一些因素，最近的一項研究發(fā)現(xiàn)這些因素是造成挪威大陸架海上事故的原因。其中包括：來自不同公司的人員之間的角色模糊；跨接口的能力崩潰；組織之間的質(zhì)量控制不足；以及公司之間的溝通差距。
集成MPD系統(tǒng)實現(xiàn)的性能改進(jìn)表明，如果集成控制系統(tǒng)將最相關(guān)的MPD詳細(xì)信息直接放在他們的屏幕上，則司鉆可以承擔(dān)額外的MPD監(jiān)控職責(zé)，而無需與OEM的MPD專家進(jìn)行溝通。完全集成的系統(tǒng)還可以幫助鉆井人員滿足行業(yè)需求，以最大程度地減少自升式鉆井平臺或深水鉆井平臺上的人員數(shù)量。雖然非集成式MPD操作可能需要七到八名專用MPD第三方人員進(jìn)行操作，但完全集成的系統(tǒng)有助于將鉆井承包商所雇用的人員數(shù)量減少到只有二到三人，如圖2所示。
傳統(tǒng)的MPD服務(wù)需要在鉆機(jī)上再增加5至10個人，包括第三方和鉆機(jī)MPD人員。但是，在利用NOV的自動控制實施完全集成的MPD系統(tǒng)之后，來寶將總?cè)藬?shù)增加到只有三人，包括他們自己的員工。這是顯著的成本節(jié)省，使承包商更接近僅擁有兩個專用MPD技術(shù)的目標(biāo)。
通過使用自己的人員完全操作MPD系統(tǒng)（船上沒有任何第三方），鉆井承包商正在創(chuàng)建自己的領(lǐng)域知識和操作流程，他們可以將其傳播到其他鉆機(jī)上的其余MPD操作中。此外，當(dāng)MPD脫機(jī)時，司鉆自己的MPD代表可以輕松地重新分配到鉆機(jī)上的其他操作。由于早日采用了這種真正集成的MPD產(chǎn)品，因此來寶（Noble）是海上鉆井行業(yè)中第一個優(yōu)化鉆井平臺MPD人員數(shù)量的鉆井承包商。
在海上證明其潛力。經(jīng)過不到兩年的密切合作和共同開發(fā)，鉆井承包商將完全集成的MPD系統(tǒng)安裝到了其Noble Globetrotter II鉆井船的鉆機(jī)控制裝置中，該鉆井船的深水鉆機(jī)額定水深為10,000英尺，鉆探深度為40,000英尺。得益于鉆機(jī)的集成和先進(jìn)的自動化設(shè)計，由來寶（Noble）完全擁有和運營的Globetrotter II MPD系統(tǒng)是業(yè)內(nèi)第一個真正的集成系統(tǒng)。在業(yè)界首創(chuàng)的情況下，Globetrotter II的鉆機(jī)組負(fù)責(zé)整個操作，沒有NOV人員或鉆探船上的第三方。迄今為止，鉆井承包商已使用Noble Globetrotter II鉆了5口MPD井系統(tǒng)—保加利亞近海一個，墨西哥灣四個（GOM）。所有這些都是深水鉆井應(yīng)用。
為了證明油井所有者對MPD團(tuán)隊的信任，在將集成系統(tǒng)安裝到鉆井船上之后，來寶直接在MPD鉆了保加利亞的第一口井。這是一口井，MPD對于鉆至總深度（TD）至關(guān)重要。由于地質(zhì)問題，包括狹窄的鉆窗和地層中的許多未知物，該油田的早期井無法完全完工至TD。盡管面臨這些挑戰(zhàn)，但第一口MPD井的鉆探卻比計劃的要深，并且被認(rèn)為是完全成功的。MPD系統(tǒng)還始終如一地證明了在GOM井中鉆井效率和性能的提高，包括許多新的MPD操作，例如加壓固井操作。
與任何新計劃一樣，在現(xiàn)場使用集成MPD系統(tǒng)存在一些無法預(yù)見的挑戰(zhàn)。例如，鉆機(jī)人員必須習(xí)慣使用現(xiàn)有系統(tǒng)后的新角色和新職責(zé)。此外，鉆機(jī)平臺上的所有各方都必須精通系統(tǒng)的設(shè)備響應(yīng)和自動化過程，這需要時間并隨著鉆探更多的井而得到改善。通過在多個鉆機(jī)上使用相同的集成MPD系統(tǒng)，來寶能夠減少培訓(xùn)需求并利用整個車隊獲得的經(jīng)驗。
成功建設(shè)
在Globetrotter II上完全集成的MPD系統(tǒng)的早期成功使兩家公司都有信心與其他鉆井船以及北海其他地區(qū)一起繼續(xù)該計劃。NOV和Noble現(xiàn)在正在努力在2021年夏天為北海一家主要作業(yè)者的三口鉆井計劃之前，將自帶MPD系統(tǒng)添加到自升式鉆機(jī)Noble Lloyd Noble上。鉆機(jī)的現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施將與NOV的過程自動化平臺（NOVOS）無縫協(xié)作，從而創(chuàng)造更多的改進(jìn)機(jī)會。
該系統(tǒng)的高級集成，以及讓鉆井承包商自行完全執(zhí)行MPD作業(yè)的能力，是傳統(tǒng)上MPD執(zhí)行方式的一步變化。當(dāng)北海及其他地區(qū)的其他主要運營商都聽到了集成式MPD產(chǎn)品的實實在在的好處時，NOV隨時準(zhǔn)備在全球范圍內(nèi)以及從深水到陸上以及介于兩者之間的任何鉆井應(yīng)用中，幫助優(yōu)化MPD運營。
國家油井Varco的Leonardo Correa；羅伯特·范·奎倫堡，來寶公司管理壓力鉆井（MPD）已成為在具有窄壓力窗口的地層中鉆井的一種廣泛接受的方法。盡管MPD是某些井的唯一鉆井選擇，但其他井也受益于MPD帶來的提高的成功率，減少的非生產(chǎn)時間（NPT）和改進(jìn)的障礙管理。
MPD操作通常需要旋轉(zhuǎn)控制設(shè)備（RCD或ACD），節(jié)流閥和計量橇。其他設(shè)備可能包括緩沖歧管，背壓泵和分流歧管。一旦確定某井為MPD候選井，當(dāng)前的做法是租賃設(shè)備（通常是從多個供應(yīng)商處租借），安排服務(wù)人員并制定流程以滿足該井的鉆井目標(biāo)。由于設(shè)備通常來自不同供應(yīng)商，具有不同的要求和操作流程，因此，在每口井上成功實施MPD通常需要大量的精力來計劃，培訓(xùn)和動員設(shè)備和人員。
這些要求帶來了額外的安裝挑戰(zhàn)，通常需要對鉆機(jī)進(jìn)行重大更改。設(shè)備和控制系統(tǒng)對于每個MPD供應(yīng)商而言都是唯一的，并且供應(yīng)商可能會因工作而異。但是，每次將不同的設(shè)備配置帶入船上時，都會生成一套獨特的程序和過程來進(jìn)行作業(yè)，導(dǎo)致鉆機(jī)人員無法從最佳實踐和經(jīng)驗教訓(xùn)中受益。由于MPD特定活動主要由合同人員執(zhí)行，因此通過將MPD角色分配給現(xiàn)有合格的鉆機(jī)人員來改善成本結(jié)構(gòu)受到限制。
面對這些挑戰(zhàn)，當(dāng)前實施MPD服務(wù)的做法既耗時又昂貴，特別是在深水鉆井中。同時，MPD的總體責(zé)任越來越從操作員轉(zhuǎn)移到鉆井承包商。結(jié)果，越來越多的承包商正在研究通過將MPD服務(wù)作為永久性安裝在其鉆機(jī)車隊上的機(jī)會來降低成本。通過將部分或全部MPD系統(tǒng)集成到鉆機(jī)的自動化基礎(chǔ)架構(gòu)（包括硬件，過程，程序和培訓(xùn)）中，承包商可以實現(xiàn)大幅降低成本，提高鉆井效率并提高安全性能。
集成解決方案
隨著越來越多的海上合同要求鉆井平臺和船只必須“完整”完成MPD，來寶公司（Noble Corporation）開始了一個項目，為其鉆機(jī)車隊開發(fā)下一代完全集成的MPD控制系統(tǒng)。海上鉆井承包商選擇NOV來合作開發(fā)該系統(tǒng)，該系統(tǒng)將包括一整套無縫，可擴(kuò)展和適合用途的MPD解決方案，這些解決方案將真正集成到鉆機(jī)的自動化鉆井控制網(wǎng)絡(luò)中。
完全集成MPD控件。非集成控制系統(tǒng)將迫使該人成為機(jī)器控制功能（用于泥漿泵，絞車和頂部驅(qū)動裝置）和過程控制功能（用于節(jié)流閥和緩沖歧管以及背壓泵）之間的紐帶，從而增加了司鉆的工作量）。司鉆還必須經(jīng)常與第三方MPD提供商的MPD專家進(jìn)行簽到，這將延遲決策，降低生產(chǎn)率并帶來更高的操作員錯誤風(fēng)險。
因此，該控制系統(tǒng)旨在與鉆機(jī)供應(yīng)商的鉆井控制網(wǎng)絡(luò)提供真正的集成。兩家公司致力于將MPD設(shè)備和控制系統(tǒng)都集成到一個完全自動化的產(chǎn)品中，該產(chǎn)品可以無縫地集成到鉆機(jī)的控制系統(tǒng)中。作為經(jīng)驗豐富的OEM，NOV憑借在將專用MPD鉆機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計到現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施中并確保無縫集成方面的豐富知識。
集成的MPD系統(tǒng)的操作得到了進(jìn)一步的優(yōu)化，它具有一個綜合的瞬變模型，該模型將鉆井過程中的機(jī)械和液壓效應(yīng)耦合在一起，并考慮了不同鉆井液的可壓縮性，密度和慣性以及溫度和鉆屑載荷的影響。該模型還包括一個內(nèi)置的早期突跳和損失檢測模塊，該模塊分析流量和預(yù)期流出量，并考慮管道運動，泵速，泥漿可壓縮性和其他影響，以準(zhǔn)確識別突跳或損失事件。
由MPD控制系統(tǒng)建模并主動管理由于流速變化，多流體操作和鉆柱運動（浪涌和拖把）引起的井下壓力變化。校準(zhǔn)模型以匹配操作期間的井下測量。全面模型的能力是行業(yè)獨有的，因為它能夠從許多不同的角度和應(yīng)用程序分析井和鉆機(jī)設(shè)備的動力學(xué)。NOV已在各種現(xiàn)場機(jī)會中證明了該模型。它是多種產(chǎn)品系列的一部分，包括SoftSpeed II粘滯/滑差緩解器，帶有有線鉆桿和MPD的優(yōu)化應(yīng)用程序。
系統(tǒng)優(yōu)勢
完全集成的MPD系統(tǒng)已經(jīng)在現(xiàn)場進(jìn)行了開發(fā)，試用和實施，在該領(lǐng)域中，它很快被證明是適用于司鉆程序的強(qiáng)大，堅固且靈活的系統(tǒng)。通過將所有的扼流圈，泥漿泵，頂部驅(qū)動器和其他設(shè)備完全連接并協(xié)同工作，可以在完全控制井下壓力并大大提高速度和效率的情況下進(jìn)行鉆井作業(yè)。
集成控制系統(tǒng)還使司鉆不再執(zhí)行常規(guī)的機(jī)器控制功能和重復(fù)的順序任務(wù)?，F(xiàn)在，實現(xiàn)其中許多功能的自動化可以將司鉆提升到流程管理器的位置，而不是手動控制許多任務(wù)。
通過單個集成的鉆探屏幕，司鉆現(xiàn)在可以以更高的效率和響應(yīng)時間來執(zhí)行MPD和鉆探操作，如下圖。
從一個集成的屏幕上，司鉆現(xiàn)在可以完全控制MPD和鉆探操作，但工作量更輕。
新系統(tǒng)的訓(xùn)練模擬表明，司鉆的反應(yīng)時間縮短了33％至80％與以前的非集成式雙屏控制方案相比，MPD條件下的事件和更改有所改善。
鉆進(jìn)行的完全集成的MPD作業(yè)有助于解決組織間的一些因素，最近的一項研究發(fā)現(xiàn)這些因素是造成挪威大陸架海上事故的原因。其中包括：來自不同公司的人員之間的角色模糊；跨接口的能力崩潰；組織之間的質(zhì)量控制不足；以及公司之間的溝通差距。
集成MPD系統(tǒng)實現(xiàn)的性能改進(jìn)表明，如果集成控制系統(tǒng)將最相關(guān)的MPD詳細(xì)信息直接放在他們的屏幕上，則司鉆可以承擔(dān)額外的MPD監(jiān)控職責(zé)，而無需與OEM的MPD專家進(jìn)行溝通。完全集成的系統(tǒng)還可以幫助鉆井人員滿足行業(yè)需求，以最大程度地減少自升式鉆井平臺或深水鉆井平臺上的人員數(shù)量。雖然非集成式MPD操作可能需要七到八名專用MPD第三方人員進(jìn)行操作，但完全集成的系統(tǒng)有助于將鉆井承包商所雇用的人員數(shù)量減少到只有二到三人，如圖2所示。
通過使用自己的人員完全操作MPD系統(tǒng)（船上沒有任何第三方），鉆井承包商正在創(chuàng)建自己的領(lǐng)域知識和操作流程，他們可以將其傳播到其他鉆機(jī)上的其余MPD操作中。此外，當(dāng)MPD脫機(jī)時，司鉆自己的MPD代表可以輕松地重新分配到鉆機(jī)上的其他操作。由于早日采用了這種真正集成的MPD產(chǎn)品，因此來寶（Noble）是海上鉆井行業(yè)中第一個優(yōu)化鉆井平臺MPD人員數(shù)量的鉆井承包商。
在海上證明其潛力。經(jīng)過不到兩年的密切合作和共同開發(fā)，鉆井承包商將完全集成的MPD系統(tǒng)安裝到了其Noble Globetrotter II鉆井船的鉆機(jī)控制裝置中，該鉆井船的深水鉆機(jī)額定水深為10,000英尺，鉆探深度為40,000英尺。得益于鉆機(jī)的集成和先進(jìn)的自動化設(shè)計，由來寶（Noble）完全擁有和運營的Globetrotter II MPD系統(tǒng)是業(yè)內(nèi)第一個真正的集成系統(tǒng)。在業(yè)界首創(chuàng)的情況下，Globetrotter II的鉆機(jī)組負(fù)責(zé)整個操作，沒有NOV人員或鉆探船上的第三方。迄今為止，鉆井承包商已使用Noble Globetrotter II鉆了5口MPD井系統(tǒng)—保加利亞近海一個，墨西哥灣四個（GOM）。所有這些都是深水鉆井應(yīng)用。
為了證明油井所有者對MPD團(tuán)隊的信任，在將集成系統(tǒng)安裝到鉆井船上之后，來寶直接在MPD鉆了保加利亞的第一口井。這是一口井，MPD對于鉆至總深度（TD）至關(guān)重要。由于地質(zhì)問題，包括狹窄的鉆窗和地層中的許多未知物，該油田的早期井無法完全完工至TD。盡管面臨這些挑戰(zhàn)，但第一口MPD井的鉆探卻比計劃的要深，并且被認(rèn)為是完全成功的。MPD系統(tǒng)還始終如一地證明了在GOM井中鉆井效率和性能的提高，包括許多新的MPD操作，例如加壓固井操作。
與任何新計劃一樣，在現(xiàn)場使用集成MPD系統(tǒng)存在一些無法預(yù)見的挑戰(zhàn)。例如，鉆機(jī)人員必須習(xí)慣使用現(xiàn)有系統(tǒng)后的新角色和新職責(zé)。此外，鉆機(jī)平臺上的所有各方都必須精通系統(tǒng)的設(shè)備響應(yīng)和自動化過程，這需要時間并隨著鉆探更多的井而得到改善。通過在多個鉆機(jī)上使用相同的集成MPD系統(tǒng)，來寶能夠減少培訓(xùn)需求并利用整個車隊獲得的經(jīng)驗。
成功建設(shè)
在Globetrotter II上完全集成的MPD系統(tǒng)的早期成功使兩家公司都有信心與其他鉆井船以及北海其他地區(qū)一起繼續(xù)該計劃。NOV和Noble現(xiàn)在正在努力在2021年夏天為北海一家主要作業(yè)者的三口鉆井計劃之前，將自帶MPD系統(tǒng)添加到自升式鉆機(jī)Noble Lloyd Noble上。鉆機(jī)的現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施將與NOV的過程自動化平臺（NOVOS）無縫協(xié)作，從而創(chuàng)造更多的改進(jìn)機(jī)會。
該系統(tǒng)的高級集成，以及讓鉆井承包商自行完全執(zhí)行MPD作業(yè)的能力，是傳統(tǒng)上MPD執(zhí)行方式的一步變化。當(dāng)北海及其他地區(qū)的其他主要運營商都聽到了集成式MPD產(chǎn)品的實實在在的好處時，NOV隨時準(zhǔn)備在全球范圍內(nèi)以及從深水到陸上以及介于兩者之間的任何鉆井應(yīng)用中，幫助優(yōu)化MPD運營。
