一种基于涡流式的井下降压装置市场研究

程鹏宇，吴 聪，李纪新，徐珈璐，秦雨桐

（西安石油大学 机械工程学院，西安 710399）

石油作为当今全球工业不可或缺的“润滑剂”，是现代社会正常运作的基础。随着全球经济的不断发展，对石油的高需求助长了石油钻井行业的发展。未来，国内企业应不断提高石油勘探技术和石油附加装置的创新，促进石油钻井设备的机械化、智能化管理，进而推动中国石油工业的发展。

1 国内井下控压系统现状

随着国内油气资源的深入开发，优质油气资源越来越少，非均质油气藏、非常规油气藏（如深层裂缝油气藏、碳酸盐岩油气藏、页岩油气、致密油气等）大规模的勘探与开发势在必行。国内许多区域也存在适合控压钻井工艺的地层，如新疆南缘区块、四川盆地、青海油田、渤海湾地区、塔里木塔中、塔北等诸多页岩气区块，但这些地区普遍存在窄密度窗口的安全钻井问题。

中石油、中石化、中海油3家公司每年都有近千口井存在严重漏失的问题。同时，在新疆等西部其他地区的油气井使用的钻井液密度超过2.1 g/cm3，高密度钻井液使用对现场操作要求极为苛刻，泵送速率的精确控制可能难以实现。若泵送速率达60次/min，则存在漏油的风险，或泵送速率达58次/min，且地层孔隙压力接近破裂压力，也会存在油井溢出的风险。当出现该问题时，通常需要使用压力控制钻并技术来精确控制压力。国内的压力控制钻井技术仍处于起步阶段，并没有广泛的实践经验。随着我国欠平衡钻井技术和装备的完善，以及考虑全国各油田的现状，控压钻井技术在国内将会有广阔的应用前景。

2 装置市场评价体系构建

井下压力控制设备市场是一个受许多变量影响的复杂市场，可了解到市场评估涉及了许多组成部分。

2.1 市场需求

2.1.1 国内市场需求

市场需求的高速增长吸引了大量资本进入石油钻采专用设备制造业，产能增长迅速，供给能力大幅提高。然而就国内市场而言，产能的增长主要集中在中低端装置，高端装置市场主要由国际钻采设备巨头瓜分。因低端装置的技术壁垒较低，以及近年来该行业的大部分新产能都应用低端装置，石油钻井设备公司的数量已迅速增长至石化行业设备公司总数的一半以上。然而，国内从事ECD 设备生产的公司由于缺少高水平的生产能力和技术工艺，导致其数量较少。

2.1.2 国外市场需求

世界上有100多个国家和地区需要专业钻井设备，但仅有20个国家拥有生产专业钻井设备的技术。中东、拉丁美洲和非洲等石油资源丰富的地区从国际市场进口设备，美国在技术、生产、装置范围和国际市场份额方面处于领先地位，欧洲国家也有拥有更专业的先进钻井技术和装置的公司。近年来，中国特种石油钻井设备行业增长相对较快，但出口同比增长在整个市场中仍处于第2梯队。印度和印度尼西亚及其他国家属于第3梯队，正处于发展初期阶段。鉴于以上国外市场需求，自主研究的降ECD 工具在制作工艺、价格需求等方面将大幅降低，帮助其更容易打进国际市场，使出口量和出口额均得到显著提升，进而获得更广阔的市场需求前景。

2.2 SWOT分析

通过条理化、层次化地分析市场的需求前景及国内外钻井公司的装置与业务，结合当下影响新型井下控压装置市场应用的因素，利用SWOT 分析法+STP分析法建立该井下控压装置的评价体系，为该新型井下降压装置的发展提供重要参考。SWOT 分析法如下。

S——Strengths（优势）。目前，欠平衡钻井技术和控制压力技术已较为成熟，被世界上很多钻井公司所用，但面对窄密度窗口等问题或其他一系列复杂的地底环境的降ECD 问题仍不能有效解决；同时，一台钻井设备造价较昂贵，只能用于地段较好的石油钻采。而本装置可做到有效控制，且应用本装置来解决实际问题具有更高的性价比，安装更为简便，作用范围更加广泛。

近几年石油市场持续跌落，投入成本高、收益小甚至负收益的不良情况普遍存在，本项目装置在已解决窄密度窗口相关问题的基础上，进一步提高了钻井速率、钻井安全率等，因此，可给相关钻采企业带来巨大的经济收益，弥补损失。

W——Weaknesses（劣势）。根据市场调查，目前无论是石油钻采行业还是相关加工业，均未见射流式降ECD 钻井工具的推广应用。文章所应用的降ECD 钻井设备虽然依托射流理论和相关机械结构技术为主进行研发改造，但由于机械装置的更新换代较快，技术的发展不断前进，以及市场上对设备需求的不断扩大，可能会有技术水平相似或更高的分离装置出现，进而造成一定威胁。

由于中石油、中石化两大集团采取关联交易的方式，国内石油机械厂生产设备通常是优先采购，若出现设备趋同现象，则会削弱市场经济体制下国内设备装置的竞争力，当国际装置涌入国内市场时，便会不断挤压国内石油机械生产企业的生存空间。随着中国进出口贸易额的逐年增长，国内石油机械设备市场已成为国际市场的重要组成部分，这使得国际石油机械设备制造商纷纷进军国内市场，给我国的石油机械制造企业带来了巨大的压力。

O——Opportunities（机会）。西方国家石油装备价格很高，不但一些亚非拉产油国在寻找替代装置，部分西方石油公司为降低成本也在寻找替代装置。我国部分用量较大设备已拥有十分成熟的技术，如井口装置、抽油机、抽油泵、钻具、管材等，因此提高了此类装置进入国际市场的机会，为该设备行业的发展带来了新的机遇。与此同时，国内各项产业政策亦给石油钻采专用设备出口带来便利，我国石油钻采专用设备装置将在世界石油装备制造业中占据越来越重要位置。长期来看，全球竞争力提升和“走出去”战略的实施，将使我国石油钻采专用设备产业进入一个较长的快速成长期。因此，该石油钻采专用设备在未来的发展潜力巨大，具有高效安全、成本低等一系列好处，也由此可获得更多的市场推广机会。

T——Threats（威胁）。控制压力钻井技术（MPD）和欠平衡钻井技术（UBD）是目前最为先进的钻井技术，且发展较为成熟，但对于窄密度窗口钻井的难题以及地底更为复杂的情况仍很难解决，造成了设备造价高昂而钻采产量不足的不利现象，因此，在存在威胁的同时，要对国内外现有的先进设备的优势进行积极的借鉴，化威胁为动力，不断前进。

2.3 国家相关政策

2019年4月14日，中共中央办公厅、国务院办公厅印发《关于协调推进自然资源资产管理体制改革的指导意见》（以下简称《意见》）。《意见》发布后，引起了国内石油天然气行业的关注。

《意见》的发布，不仅标志着中国油气勘探开发新一轮重大改革，也给整个石油行业带来了新的变化和影响。这种改变将进一步颠覆传统石油行业，一个横跨产业链上中下游的大规模石油装备竞争时代已到来。

2021年，国内石油行业加速改革，公共政策持续制订，市场热点事件频发。其中商务部发布的《石油装置分销行业管理指导意见》将进一步加快石油装置的商业化进程。

为落实国务院“放管服”改革决定，确保取消成品油批发储存经营资质审批和下放成品油零售经营资质审批政策落到实处，2021年1月，我国商务部办公厅发布了《成品油流通行业管理工作指引》（以下简称工作指引）的通知。

《石油装置分销行业管理指南》的发布，将简化成品油市场经营者的审批程序。进入市场后，针对经营者的具体操作规定和监督管理措施将更加细化和严格，同时成品油市场化进程将进一步加快。

目前，国内石油开采行业由自然资源部、国家发改委进行宏观调控管理。依据国家对石油开采技术的规范和标准化要求趋势，整个石油行业对钻井设备的更加安全及清洁标准化将成为必然趋势。

国家大力扶持、鼓励石油天然气及相关行业的发展及良好的产业政策环境，为石油钻采专用设备制造业的快速可持续发展提供了有力条件和基本保障。因此，整个石油行业对本研究的降ECD 设备的需求将会激增，并且随着国家政策的颁布，本研究的降ECD 设备在钻井设备上的安装将成为我国当前的能源需求新形势，预计我国石油钻采专用设备行业在较长一段时期内仍将呈现高经济增长形式。

2.4 装置特性和优势

（1）本装置在对于窄密度窗口钻井时ECD 的控制效果明显。目前最为先进的钻井技术对窄密度窗口钻井的难题及地底更为复杂的情况仍很难解决，造成设备造价高昂而钻采产量不足的恶性现象，本装置的研发正是对这种现象的回应。

（2）本装置将分流作用与射流抽吸扩散作用相结合，并配有单向止流阀总成的设计，可申请专利保护。

（3）本装置可通过压力感应器、温度感应器、视觉感应器openMV 将井底情况通过单片机输送信号，然后通过安装在钻杆的中继器反馈到井上控制台，控制台可通过5G 技术远程操控主流道的液压装置，改变钻井液的流速。

（4）本装置在喷嘴处安装单向止流阀总成。当上溯的钻井液从吸入口进入的流速小于从副流道口射出的流速时，单向止流阀总成开启。由于射流的湍动扩散作用，将带动上返的钻井液的流速，从而对环空内的钻井液产生抽吸力，降低底层局部区域的当量循环密度。由喷嘴射出的射流和从环空中吸入的钻井液在喉管中汇合，流经扩散管后再次进入环空。

（5）本装置没有安装旋转运动部件，只是利用射流湍动扩散作用传递能量质量，利用射流泵的吸入器的抽吸力来提高井底环空内的钻井液的流动能量，从而降低流压，进而降低ECD。同时，安装更加简化，工具的使用寿命更长。

3 新型井下降压装置应用市场的发展对策建议

新型井下降压装置可满足窄密度窗口下钻井过程中对压力的有效控制，有力地保证了井下钻井的安全。为促进窄密度窗口井下压力控制技术在我国的大规模市场应用，仍须解决政策、技术及认知问题，这要求时刻关注国家政策，提高相应的钻井勘探技术，刻苦钻研，提高认知水平。

3.1 政策方面

在面临科技转化的挑战下，该设备从技术到市场应用主旨是“改善体制框架，为以科技为基础的企业的发展创造一个框架，并为金融资源的整合创造一个有利的环境”。重要的是，可通过战略性规划发展海上海水淡化行业来支持下游调节设备行业，以便政府能够在财政上支持项目的建设，并与相关公司建立联系。

3.2 技术方面

泥浆在循环过程中会产生相当大的等效循环密度，当在非常窄的压力窗口内提取石油和天然气时，传统方法不可避免地会导致效率低下。因此，非常需要改进传统的ECD 控制技术，使其更能适应石油和天然气行业当前所面临的挑战。

3.3 认知方面

随着双向倾斜钻井技术、泥浆封盖技术、压力控制钻井技术和连续循环系统（CCS）的成功应用，井下降压问题在国内外都得到了很好的发展。威德福已成功开发了一种由涡轮电机、潜水泵和压缩系统组成的3部分工具（ECD RT）可降低ECD。但由于复杂的技术工艺和高昂的成本，阻碍了该工具在我国的广泛使用。文章所提出的这种可重定向的注入压力降低方法，能显著降低常规钻井方法的井下压力，且在泥浆用料比和性价比上都极大领先同类型产品。

4 结束语

文章通过分析一种新型井下降压装置的市场，利用SWOT 分析法建立了该井下控压装置的评价体系，预测了市场趋势，为这种新型井下降压装置的发展提供了重要参考。同时在技术层面分析了国内外自上个世纪以来的各种石油开采技术的优势与劣势，在进行一定的综合比对后，最终得出文章上述结果。论证了射流式降压工具在实际应用上的可创造性及可行性，为未来石油钻采降ECD 设备研发行业提供了新的研究发展方向。