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【系列专题】页岩油气中坚力量:逆境仍需钻井(1)

【系列专题】页岩油气中坚力量:逆境仍需钻井(1)

低油价或成油气工业发展拦路虎,却并没有减慢钻井技术发展的速度。

来自 | E&P
编译 | 白小明

油田被发现后,只有通过钻井,才能形成采油通道,既而将油气从地下采至地面;如果钻井公司不钻井,地面没有形成井眼,那么“页岩油气藏”就没有任何意义。钻井对人员、钻机和工具的要求很苛刻,尤其在美国各大页岩区块,如Permian盆地或Haynesville进行作业时,对各种要素的要求更高。

而目前,钻井效率正在逐渐提高。由于技术创新的原因,如模块化钻井和长分支井技术的应用,一些区块的钻机数量已不再是判断钻井行业紧气程度的真实指标。相比之前,目前的单台钻机可以取得更多进尺,揭露更多油藏面积,提高完井效果,将更多的资源采至地面。在各大页岩气区块,钻井公司正在提高ROP,同时减少井场数量。

技术公司正在利用钻机市场短暂的不景气,加速对技术研发的投入,以便在市场回暖时提供出更强大、更耐用的工具。从扩眼器到固控工具,从移动钻机到数字化应用,本文介绍的工具,见证了页岩气钻井技术的演变。

确定固井时井内潜在的气体和液体迁移

【系列专题】页岩油气中坚力量:逆境仍需钻井(1)

AMETEK Chandler工程公司发布了5265MG型机械式凝胶强度分析仪,可直接测量井下水泥浆凝胶强度的形成。分析仪有助于优化水泥浆体系,并准确确定潜在的环空气体和液体的迁移情况。分析仪还可提供顶替阶段动态水泥浆调节和作业过程中静凝胶态的准确模拟。分析仪的设计包括一个精密电机和一个反作用力传感器,使仪器可以精确测量相位变化。电机能够精确控制转速,凝胶态时低至0.2度/分钟,水泥浆调节时高达150转/分钟。分析仪可在204℃的最高温度和137.9MPa的最大压力下工作,反作用扭矩测量范围10lb/9m2(100ft2)~1500lb/9m2

固控系统高效分离岩屑,降低成本

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Cubility公司的MudCube是一套紧凑、轻便的固控系统,消除了传统的流体和固体的振动筛分过程。系统改进后的分离能力更强,可得到更高质量的钻井液,维护泥浆性能所需的化学品更少,让更多的钻井液循环返回泥浆罐,减少浪费。在Marcellus的一次应用中,MudCube系统将岩屑轻松从井筒携带出地面,有利于快速提高固控效果和加速废弃物的处理。Cubility与Stage 3 Separation合作,提供专为陆地应用而设计的模块化MudCube,确保系统安装方便,成本低廉,对正在进行的作业影响最小。该系统还可提高钻井效率,系统具有稳定的钻井液性能和有效的钻井液管理方法,最终带来更高的ROP,减少卡钻事故,提高井眼稳定性。

扩眼总成在钻井的同时,扩大并处理井眼

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在帮助油气作业公司突破当今各种钻井挑战的技术限制方面,井眼处理技术正变得日益重要。Drill-N-Ream是一种扩孔技术,可在钻井过程中,同时扩大和处理井眼,节约了专门进行扩眼的一趟钻。该产品由钻井工具国际公司分销,该技术降低了扭矩、摩阻、钩载和粘卡效应,还可以最大程度地减少微珠和减阻器的使用。在钻井性能方面,该技术可以提高钻压向钻头的传递,改进ROP,减少泥浆马达的故障,降低井下振动。反向聚晶金刚石复合片(PDC)扩眼器可以集中和稳定切削力,可以将井径最大扩大至比钻头大1/4in。攻击性刀翼可以以最小的扭矩剪切地层,金刚石圆顶可以在起下钻和钻套管鞋期间保护套管和PDC切割结构。剖面应力槽位于近刀翼的位置,利于切削结构吃入地层,以便在处理井眼期间最大化与地层的接触面积。经过Drill-NReam处理的井眼,以及钻井优化,帮助用户节省了时间和成本。该工具的长度范围为2~3米,重量159~544kg,内径1-1/2~3-3/4in,外径为4-3/4~14-3/4in。

钻机设备包提高效率、最大化安全性

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Drillmec开发的Striker-800页岩钻机,为行业带来了现成的设备包,可以降低钻井的盈亏平衡成本。该钻机提升了安全性,同时减少了起钻机时间和搬迁时间,提高了丛式钻井的效率和可靠性。例如,钻机的设备布局采用节省空间的设计,提升了多排批量钻井作业的效率。井架起升和回收仅采用一次液压安全起升操作,顶驱、扭矩管和辅助管束回路永久安装在井架下部。另外,该钻机还集成了井控设备包和智能供电管理系统。

数字化技术监测管具入井

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作为对全球油气资源枯竭的回应,业内不断研发新技术,以获取之前无法企及的资源。例如,水力压裂技术可以帮助开采页岩内的天然气,连同水平井钻井技术,可以最大化产量。不幸的是,页岩气的开采通常伴随着安全、资金和生态风险。另外,管材和连接扣也必须能够可靠地承受高内压力和温度,在酸气环境下具备防腐能力,承受水平井钻井的极高弯曲应力。Frank’s International公司的DISPLAY数字化应用程序,通过远程查看连接扣的扭矩和圈数数据,可以确保高风险井施工时扣的完整性。截止目前,该技术已成功实施超过20口井,系统可以让用户通过个人电脑、笔记本、平板电脑或者智能手机登陆网页,在现场管材进行上扣操作时,实时查看计算机生成的扭矩图。

扩眼器技术替代传统扶正器的使用

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在传统钻井过程中,井眼通常会遇到各种问题,如阻卡、页岩膨胀或井眼坍塌。倒划眼可以解决上述问题,但是却会耽误钻井时间。Geopro公司的MRS带稳定器加强版扩眼器(STAR),采用一个正排量马达,只要开始循环,即可进行连续划眼或者倒滑眼。工具采用马达定子设计,以便在恶劣环境下使用。扩眼器可以自动生成扭矩,可以替代传统的扶正器,让司钻可以在不转动钻柱的情况下,连续进行上、下划眼。该系列工具的这种特点,使其成为解决井眼阻卡、井眼坍塌堵塞、页岩膨胀及其他井眼不稳定性问题的理想工具。由于可以内部生成动力,相比常规的扩眼器和扶正器,在钻井模式下,该工具所需的钻柱扭矩更小。也可以旋转钻柱增加STAR的可用扭矩,以破坏岩石和地层。由于采用偏心动力学设计,工具可以减小粘滑和钻柱震动。工具中空,以便遥测系统可以更好地传递信号,通信采用钻柱内的泥浆介质。另外,STAR在井内还同时兼具扶正器和扩眼器的角色。

“悬浮”下套管技术

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浮力辅助下套管设备(BACE)可以让操作人员将套管下至预先设计的大斜度或水平段井眼,这些井况通常套管和页岩地层间的摩擦力大于套管总重。哈里伯顿研发的此项技术,通过在套管串的上部圈闭空气或者密度更小的液体,从而可以“漂浮”将套管下至井内。产生浮力的套管段总长度可以根据需要减少的套管重量调整。套管重量减小后,相应的摩擦阻力也减小了,从而可以将套管下得更深,减少套管弯曲或者粘卡。BACE工具与套管串集成一体;外部不含任何剪切销钉,不增加外径尺寸,否则易造成泄漏通道;工具无需垃圾帽。近日,一家作业公司在将带光纤的套管下至页岩气大位移井时需要了巨大挑战。下套管过程中不能旋转套管。在未使用BACE的之前一趟钻,套管少下了853m,直接导致后期无法生产。第二趟钻,作业公司向哈里伯顿求助。在采用蓝德马克WELLPLAN软件进行摩阻模拟后,哈里伯顿建议使用BACE工具,最终将套管在3天内一趟钻下入井内,节约了2天的钻机时间,套管多下了853m。

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二丫
石油圈认证作者
毕业于中国石油大学(北京),油气井工程硕士,长期聚焦国内外石油行业前沿技术装备信息,具有数十万字技术文献翻译经验。如需获取更多技术资料,请联系二丫(QQ295900524;微信13132550596)

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