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【系列專題】頁巖油氣中堅力量:逆境仍需鉆井(1)

【系列專題】頁巖油氣中堅力量:逆境仍需鉆井(1)

低油價或成油氣工業發展攔路虎,卻并沒有減慢鉆井技術發展的速度。

來自 | E&P
編譯 | 白小明

油田被發現后,只有通過鉆井,才能形成采油通道,既而將油氣從地下采至地面;如果鉆井公司不鉆井,地面沒有形成井眼,那么“頁巖油氣藏”就沒有任何意義。鉆井對人員、鉆機和工具的要求很苛刻,尤其在美國各大頁巖區塊,如Permian盆地或Haynesville進行作業時,對各種要素的要求更高。

而目前,鉆井效率正在逐漸提高。由于技術創新的原因,如模塊化鉆井和長分支井技術的應用,一些區塊的鉆機數量已不再是判斷鉆井行業緊氣程度的真實指標。相比之前,目前的單臺鉆機可以取得更多進尺,揭露更多油藏面積,提高完井效果,將更多的資源采至地面。在各大頁巖氣區塊,鉆井公司正在提高ROP,同時減少井場數量。

技術公司正在利用鉆機市場短暫的不景氣,加速對技術研發的投入,以便在市場回暖時提供出更強大、更耐用的工具。從擴眼器到固控工具,從移動鉆機到數字化應用,本文介紹的工具,見證了頁巖氣鉆井技術的演變。

確定固井時井內潛在的氣體和液體遷移

【系列專題】頁巖油氣中堅力量:逆境仍需鉆井(1)

AMETEK Chandler工程公司發布了5265MG型機械式凝膠強度分析儀,可直接測量井下水泥漿凝膠強度的形成。分析儀有助于優化水泥漿體系,并準確確定潛在的環空氣體和液體的遷移情況。分析儀還可提供頂替階段動態水泥漿調節和作業過程中靜凝膠態的準確模擬。分析儀的設計包括一個精密電機和一個反作用力傳感器,使儀器可以精確測量相位變化。電機能夠精確控制轉速,凝膠態時低至0.2度/分鐘,水泥漿調節時高達150轉/分鐘。分析儀可在204℃的最高溫度和137.9MPa的最大壓力下工作,反作用扭矩測量范圍10lb/9m2(100ft2)~1500lb/9m2。

固控系統高效分離巖屑,降低成本

【系列專題】頁巖油氣中堅力量:逆境仍需鉆井(1)

Cubility公司的MudCube是一套緊湊、輕便的固控系統,消除了傳統的流體和固體的振動篩分過程。系統改進后的分離能力更強,可得到更高質量的鉆井液,維護泥漿性能所需的化學品更少,讓更多的鉆井液循環返回泥漿罐,減少浪費。在Marcellus的一次應用中,MudCube系統將巖屑輕松從井筒攜帶出地面,有利于快速提高固控效果和加速廢棄物的處理。Cubility與Stage 3 Separation合作,提供專為陸地應用而設計的模塊化MudCube,確保系統安裝方便,成本低廉,對正在進行的作業影響最小。該系統還可提高鉆井效率,系統具有穩定的鉆井液性能和有效的鉆井液管理方法,最終帶來更高的ROP,減少卡鉆事故,提高井眼穩定性。

擴眼總成在鉆井的同時,擴大并處理井眼

【系列專題】頁巖油氣中堅力量:逆境仍需鉆井(1)

在幫助油氣作業公司突破當今各種鉆井挑戰的技術限制方面,井眼處理技術正變得日益重要。Drill-N-Ream是一種擴孔技術,可在鉆井過程中,同時擴大和處理井眼,節約了專門進行擴眼的一趟鉆。該產品由鉆井工具國際公司分銷,該技術降低了扭矩、摩阻、鉤載和粘卡效應,還可以最大程度地減少微珠和減阻器的使用。在鉆井性能方面,該技術可以提高鉆壓向鉆頭的傳遞,改進ROP,減少泥漿馬達的故障,降低井下振動。反向聚晶金剛石復合片(PDC)擴眼器可以集中和穩定切削力,可以將井徑最大擴大至比鉆頭大1/4in。攻擊性刀翼可以以最小的扭矩剪切地層,金剛石圓頂可以在起下鉆和鉆套管鞋期間保護套管和PDC切割結構。剖面應力槽位于近刀翼的位置,利于切削結構吃入地層,以便在處理井眼期間最大化與地層的接觸面積。經過Drill-NReam處理的井眼,以及鉆井優化,幫助用戶節省了時間和成本。該工具的長度范圍為2~3米,重量159~544kg,內徑1-1/2~3-3/4in,外徑為4-3/4~14-3/4in。

鉆機設備包提高效率、最大化安全性

【系列專題】頁巖油氣中堅力量:逆境仍需鉆井(1)

Drillmec開發的Striker-800頁巖鉆機,為行業帶來了現成的設備包,可以降低鉆井的盈虧平衡成本。該鉆機提升了安全性,同時減少了起鉆機時間和搬遷時間,提高了叢式鉆井的效率和可靠性。例如,鉆機的設備布局采用節省空間的設計,提升了多排批量鉆井作業的效率。井架起升和回收僅采用一次液壓安全起升操作,頂驅、扭矩管和輔助管束回路永久安裝在井架下部。另外,該鉆機還集成了井控設備包和智能供電管理系統。

數字化技術監測管具入井

【系列專題】頁巖油氣中堅力量:逆境仍需鉆井(1)

作為對全球油氣資源枯竭的回應,業內不斷研發新技術,以獲取之前無法企及的資源。例如,水力壓裂技術可以幫助開采頁巖內的天然氣,連同水平井鉆井技術,可以最大化產量。不幸的是,頁巖氣的開采通常伴隨著安全、資金和生態風險。另外,管材和連接扣也必須能夠可靠地承受高內壓力和溫度,在酸氣環境下具備防腐能力,承受水平井鉆井的極高彎曲應力。Frank’s International公司的DISPLAY數字化應用程序,通過遠程查看連接扣的扭矩和圈數數據,可以確保高風險井施工時扣的完整性。截止目前,該技術已成功實施超過20口井,系統可以讓用戶通過個人電腦、筆記本、平板電腦或者智能手機登陸網頁,在現場管材進行上扣操作時,實時查看計算機生成的扭矩圖。

擴眼器技術替代傳統扶正器的使用

【系列專題】頁巖油氣中堅力量:逆境仍需鉆井(1)

在傳統鉆井過程中,井眼通常會遇到各種問題,如阻卡、頁巖膨脹或井眼坍塌。倒劃眼可以解決上述問題,但是卻會耽誤鉆井時間。Geopro公司的MRS帶穩定器加強版擴眼器(STAR),采用一個正排量馬達,只要開始循環,即可進行連續劃眼或者倒滑眼。工具采用馬達定子設計,以便在惡劣環境下使用。擴眼器可以自動生成扭矩,可以替代傳統的扶正器,讓司鉆可以在不轉動鉆柱的情況下,連續進行上、下劃眼。該系列工具的這種特點,使其成為解決井眼阻卡、井眼坍塌堵塞、頁巖膨脹及其他井眼不穩定性問題的理想工具。由于可以內部生成動力,相比常規的擴眼器和扶正器,在鉆井模式下,該工具所需的鉆柱扭矩更小。也可以旋轉鉆柱增加STAR的可用扭矩,以破壞巖石和地層。由于采用偏心動力學設計,工具可以減小粘滑和鉆柱震動。工具中空,以便遙測系統可以更好地傳遞信號,通信采用鉆柱內的泥漿介質。另外,STAR在井內還同時兼具扶正器和擴眼器的角色。

“懸浮”下套管技術

【系列專題】頁巖油氣中堅力量:逆境仍需鉆井(1)

浮力輔助下套管設備(BACE)可以讓操作人員將套管下至預先設計的大斜度或水平段井眼,這些井況通常套管和頁巖地層間的摩擦力大于套管總重。哈里伯頓研發的此項技術,通過在套管串的上部圈閉空氣或者密度更小的液體,從而可以“漂浮”將套管下至井內。產生浮力的套管段總長度可以根據需要減少的套管重量調整。套管重量減小后,相應的摩擦阻力也減小了,從而可以將套管下得更深,減少套管彎曲或者粘卡。BACE工具與套管串集成一體;外部不含任何剪切銷釘,不增加外徑尺寸,否則易造成泄漏通道;工具無需垃圾帽。近日,一家作業公司在將帶光纖的套管下至頁巖氣大位移井時需要了巨大挑戰。下套管過程中不能旋轉套管。在未使用BACE的之前一趟鉆,套管少下了853m,直接導致后期無法生產。第二趟鉆,作業公司向哈里伯頓求助。在采用藍德馬克WELLPLAN軟件進行摩阻模擬后,哈里伯頓建議使用BACE工具,最終將套管在3天內一趟鉆下入井內,節約了2天的鉆機時間,套管多下了853m。

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