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【系列專題】頁巖油氣中堅力量:逆境仍需鉆井(2)

【系列專題】頁巖油氣中堅力量:逆境仍需鉆井(2)

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

根據摩根士丹利的數據,在過去一年中,如果按照頭尾凈增量進行周化平均的話,美國原油鉆機數的增量達到了7.3臺/周,超過了2009年頁巖油氣革命處于爆發期的鉆機增速,創下過去30年最高水平。

另一消息稱,北美鉆井商預將今年的預算提高到840億美元,預算的大部分增幅將流入二疊紀盆地。Wood Mackenzie Ltd估測,新開支將使今年美國原油產量增加80萬桶,約相當于沙特和俄羅斯領導的削減產量計劃的44%。另外,美國總統特朗普已經簽署行政命令,允許擴大海上石油鉆探活動,這對美國石油行業而言無疑是一大利好消息。

油價低迷至今,粗獷式開發已成過去,技術創新悄然轉變為油氣企業的核心競爭力。

針對頁巖氣鉆井而設計的高規格鉆機

【系列專題】頁巖油氣中堅力量:逆境仍需鉆井(2)

在如今以效果驅動的非常規油氣開發環境下,作業公司追求的是花費更少的時間和成本,鉆成更高質量、更多產的油氣井。傳統意義上的鉆機通常作為一個整體,各零部件獨立自主運轉,結果是缺乏整體性,自動化程度低,需要協調許多第三方公司。通過將井下測量數據與地面設備集成到AC電動鉆機設計中,同時包含一系列性能優化軟件、井位布局和控壓鉆井解決方案,Nabors公司引入了開展業務的新路徑。這種模型降低了HSE風險,提高了性能,從根本上改善了復雜大位移井的經濟性。Nabors智能鉆機(Smart Rig)的特點是具備高規格能力,包括快速移動最優模塊設計,是頁巖氣環境的理想鉆機。這些鉆機也包括Rigtelligent基于圖標的模塊控制操作系統,可以實現日常自動化鉆井程序,更精確且更利于連續操作。專有的性能優化軟件可用于進一步提高效率、ROP和精確執行鉆井設計。Nabors的鉆機可以進行定向和控壓鉆井,將相關軟硬件均集成到了鉆機基礎設備中,減少了起、放鉆機的要求,提高了可靠性,簡化了操作。

無粘土聚合物鉆井液系統帶來良好應用效果

【系列專題】頁巖油氣中堅力量:逆境仍需鉆井(2)

應用于Permian 盆地井的Evolution摩擦系數分析,模擬摩擦系數0.22

Newpark Resource公司的Evolution無粘土聚合物鉆井液系統,是一款高性能水基鉆井液(HPWBF)系統,結合了一種高效聚合物增粘劑/頁巖穩定劑和一種有效的鉆井性能增強劑。一家作業公司在德克薩斯州Angelina和Jasper縣鉆一口高溫高壓勘探井時,采用了HPWBF,井垂深6096m。采用Evolution系統成功完成鉆井作業,測井順利。最終井溫超過200℃,密度1.64g/cm3。相比Permian盆地的其他研究應用,使用Evolution將鉆井時間從14天減少到了7天,用HSE友好型的HPWBF替換傳統的柴油基鉆井液,獲得了等價或者更好的潤滑性,降低了總成本。該系統具備熱穩定性特點,可以降低摩阻,提高ROP,形成的井眼不縮徑,鉆井、測井和下套管過程中幾乎無風險。

新型電機控制驅動系統延長正常工作時間

【系列專題】頁巖油氣中堅力量:逆境仍需鉆井(2)

為了幫助油氣生產商在需求旺盛的頁巖油氣應用過程中減少能源消耗成本,提高機器運行時間,Rockwell自動化公司發布了一款新的動力系統,Allen-Bradley PowerFlex 755T驅動器。這種驅動器帶來一種低諧波主動前端結構,幫助減少配電線的相關問題。該設備還具備高性能變速控制特性,非常適用于頂驅、泥漿泵和絞車,提供精確的電機控制,占地面積小。該驅動系統的總線系統配置,減少了所需配件數量,減少了像多井模塊化作業應用所需的井場面積,可以將多套系統安裝在同一個集中位置。低諧波主動前端結構、高性能控制系統,以及共享DC總線結構的結合,減少了設備的占地面積,使755T非常適用于頁巖油氣各種作業,如鉆機、泵送、人工舉升系統和多井模塊化作業。

陀螺磁力測距

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鉆救援井通常需要進行磁力測距作業。在多數情況下,主動磁力測距是首選解決方案。這種工具可以確定工具自身內部參考軸與目標的距離和方向。在無磁性干擾的情況下,可以使用方位磁性工具面,將內部參考軸與地球東北縱坐標對齊。然而,當測距工具與目標井位置靠近時,磁性方位工具面參考就會出問題。為了保證使用磁性參考繼續鉆進,常規的行業實踐做法是分別下入陀螺測量和測距工具。然而,由于對高邊參考和方位的定義通常不理想,如果井接近垂直的話,這種方面可能不奏效。解決這個問題的另一個經過證實的方法,是將陀螺和測距系統結合在一個工具內,并使用方位陀螺工具面(而不是方位磁性或者高邊重力工具面),在世界坐標框架下,定義測距探管參考軸??茖W鉆井國際公司同時擁有陀螺和測距系統,在鉆救援井時結合使用,可以在井間參考方面帶來巨大的效率提升。

針對長分支段設計的尾管系統

【系列專題】頁巖油氣中堅力量:逆境仍需鉆井(2)

對于頁巖氣鉆井而言,長分支段意味著提高產量。作為長分支井建井設計的一部分,通常在某一分支會下入尾管。在這種情況下,往往需要提高送入工具的扭矩和抗壓強度,以順利將尾管下至預定井深。Seminole油服公司的Powerscrew尾管系統,便用于滿足這種需求。系統的坐封工具在坐封尾管頂時,同時使用下壓力和扭矩。最終,在下入過程中,這些載荷可以輕松傳遞到尾管,無需特殊的適配器。

長分支段的另一個挑戰是尾管部署過程中需要旋轉和循環。該系統可以旋轉和循環,克服了當今建井過程中的挑戰。另外,系統先進化的可擴展設計也提高了穩定性。如今,作業公司不再需要懸掛尾管。通過下壓力和扭矩將尾管下到分支段后,然后將其與中間套管嚙合即可。

井下自動化技術提高非常規鉆井ROP

【系列專題】頁巖油氣中堅力量:逆境仍需鉆井(2)

AST效率的改善降低了熱損失和震動,延長了井下電子元件和鉆頭的整體服務壽命

當桶油成本逐漸成為油氣公司關注的焦點,鉆井公司必須想辦法提高生產力。Tomax公司的防粘卡工具(Anti Stick-slip Tool)AST應運而生。常規鉆柱因彈簧效應在向鉆頭傳遞動力時,容易引起嚴重的扭曲。因為鉆頭也壓在其將破損的巖石表面,因此如果鉆壓傳遞不穩定,很容易使鉆頭掉齒。AST可以在5/100秒的時間內響應這種扭矩變化,調節軸向載荷,維持穩定的扭向載荷和破巖過程。AST連續的載荷也可以減小沖擊載荷和防止鉆頭切削齒的提前泥包。

新PDC鉆頭提高惡劣環境鉆井性能

【系列專題】頁巖油氣中堅力量:逆境仍需鉆井(2)

目前,作業公司已經可以通過井底鉆具組合,向井下傳遞更大的動力,他們正在尋求提高鉆頭的性能。Ulterra公司新的Xtreme Parameter(XP)PDC鉆頭,可以通過強化鉆井參數,如鉆壓和使用高扭矩馬達,來獲得更好的鉆井效果。在過去18-24個月里,公司重新設計了鉆柱組合和井下工具等鉆井組件,以增加功率輸出。Ulterra開發和測試了鉆頭理念。這些經過證實的理念一起被加入到了XP產品線。通過重新設計本體和刀翼幾何尺寸,強化切削齒,使用優化的材料選擇流程,XP系列鉆頭產品整體性能得到提升。Ulterra即將發布帶XP系列PDC切削齒的新設計的鉆頭。通過材料優化和測試流程,經證實,相比之前的齒,XP切削齒損壞小,產生的力更大,提高了近20%的抗沖擊性。通過新的XP產品線,Ulterra可以延長惡劣鉆井環境下PDC鉆頭的壽命和可靠性,而不犧牲其他方面的性能。油氣鉆井技術將繼續高速發展。

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