新型旋转导向工具在页岩气开发中的应用

2015-08-15郑华斯伦贝谢长和油田工程有限公司陕西西安710000

化工管理 2015年11期

郑华(斯伦贝谢长和油田工程有限公司，陕西西安 710000）

1 页岩气开发的现状

在1821年美国研发了第一个页岩气井，经过多年的研究和发展，现阶段，丛式水平井具有能够完成多口径的射孔、钻井、完井、压裂等其他技术没有的优势，已经逐渐得到广泛应用。但是往往由于地表特征以及压裂水处理、水供应等问题，使得以前的垂直井经济效益比较差，因此逐渐开始使用和研发丛式水平井，可以有效地促进经济效益，降低对环境的影响。一般都是由一个井场来钻多个井，精确控制井眼轨迹以及井眼之间的防碰成为施工过程中主要的难题和挑战，因此，就需要开发新型旋转导向工具，促进页岩气的发展。

2 高造斜率导向工具

为了可以有效的提高钻井的效率以及增加水平长度和降低靶前距，贝克休斯公司以及斯伦贝谢公司开发了高造斜率旋转导向系统，分别为AutoTrak Curve系统以及PowerDrive Archer系统，每三十米的造斜率可以到到10°-15°，还有可能更高，不仅可以钻直井，也可以钻造斜井以及水平井。在原有的旋转导向上进行了一定的调整和逐渐形成新的系统，主要有BHYA硬度、三点几何控制以及钻头特性等。高造斜率旋转导向工具的主要优势有：一是，提高存储层的面积。由于高造斜率旋转导向具有很高的造斜率，因此可以利用最小的半径来进入旋转存储层，从而得到更大的存储层以及水平段，可以有效地提高产量。二是，增加作业效率。这种导向工具可以很好的完成垂直段、水平段以及造斜段的钻进，最大限度的降低滑动钻进以及起下操作，提高了钻进的速率，节约了钻进时间，一般都是连续旋转，从而降低了扭矩和摩擦阻力，提高了质量，缩短了洗井以及通井时间。三是，控制井眼的精确轨迹。这种新型导向工具具有近钻头伽马等很多测量设备，依据设备输出地数据计算，合理保持精确的进行钻进。美国Wheerler County地区的井中使用AutoTrak Curve旋转导向技术，可以再提高10°斜率，与传统方式比较，缩短了钻进时间，可以有效地提高井眼的质量以及工作效率。

3 定向旋转控制工具

为了保证页岩气钻井水平过程中的质量和效率以及降低钻井成本，威德福公司发明和开发了MotarySteerable系统，这种系统可以使用定向旋转控制技术，并且融合了旋转导向系统以及容积式马达的特点，性能比较很高，成本比较低成为了具有应用前景的技术。定向旋转控制技术（TBS）主要是由随钻测量系统以及容积式马达共同组成，是属于周期性导向技术，也就是可以使用随钻测量系统的正脉冲遥测设备在井内部产生一定的压力波动来实现周期性容积式马达的流量控制。在进行钻柱旋转的时候，马达外壳角位置与压力脉冲是同步的，从而可以很好地控制流体体积，精确测量出钻头的速度，也就是弯外壳工具面以及钻头速度形成的函数关系。如果需要增加井斜的时候，压力脉冲设备会产生相应的压力波动，达到一定位置时候，就会增大马达流体的波动，此时钻速相对比较高，并且切削岩石的体积是最大的；当钻头达到井眼相对比较低的位置，流体体积相对变小，钻速也相对比较低，切削岩石体积不是很大，导致不能形成比例进行切削，促使井眼轨迹会随着钻头最高速度方向运行。

基于MotarySteerable系统的定向控制不需要进行钻柱滑动就可以体现出是三维井眼轨迹，从而提高了井眼质量以及钻井速度，有效的提高了完成施工的效率，弥补了传统技术的不足。这种控制工具具有系统成本低以及钻井成本低的特点，在进行钻井的时候，每三十米的造斜率可以达到3°，一旦TBS造斜技术不能满足施工实际情况的时候，可以合理使用以往的方式进行钻进，并且不需要进行起下钻，可以有效地降低施工时间。

现阶段，这种定向控制技术已经逐渐运用在美国、俄罗斯、墨西哥的常规地层钻进以及Eagle Ford、Fayetteville等一些不是常规地层上，可以进行直径为152.4mm、200.0mm、222.3mm、311.2mm等不同尺寸现场钻进应用。这种TBS定向技术可以很好地降低滑动钻进井段，提高旋转钻井比例，与容积式马达方式比较，提高了30%的机械速率，从而有效地提高了质量和效率。