鄭華(斯倫貝謝長和油田工程有限公司，陜西 西安 710000）

1 頁巖氣開發(fā)的現(xiàn)狀

在1821年美國研發(fā)了第一個頁巖氣井，經(jīng)過多年的研究和發(fā)展，現(xiàn)階段，叢式水平井具有能夠完成多口徑的射孔、鉆井、完井、壓裂等其他技術(shù)沒有的優(yōu)勢，已經(jīng)逐漸得到廣泛應(yīng)用。但是往往由于地表特征以及壓裂水處理、水供應(yīng)等問題，使得以前的垂直井經(jīng)濟(jì)效益比較差，因此逐漸開始使用和研發(fā)叢式水平井，可以有效地促進(jìn)經(jīng)濟(jì)效益，降低對環(huán)境的影響。一般都是由一個井場來鉆多個井，精確控制井眼軌跡以及井眼之間的防碰成為施工過程中主要的難題和挑戰(zhàn)，因此，就需要開發(fā)新型旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具，促進(jìn)頁巖氣的發(fā)展。

2 高造斜率導(dǎo)向工具

為了可以有效的提高鉆井的效率以及增加水平長度和降低靶前距，貝克休斯公司以及斯倫貝謝公司開發(fā)了高造斜率旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)，分別為AutoTrak Curve系統(tǒng)以及PowerDrive Archer系統(tǒng)，每三十米的造斜率可以到到10°-15°，還有可能更高，不僅可以鉆直井，也可以鉆造斜井以及水平井。在原有的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向上進(jìn)行了一定的調(diào)整和逐漸形成新的系統(tǒng)，主要有BHYA硬度、三點幾何控制以及鉆頭特性等。高造斜率旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具的主要優(yōu)勢有：一是，提高存儲層的面積。由于高造斜率旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向具有很高的造斜率，因此可以利用最小的半徑來進(jìn)入旋轉(zhuǎn)存儲層，從而得到更大的存儲層以及水平段，可以有效地提高產(chǎn)量。二是，增加作業(yè)效率。這種導(dǎo)向工具可以很好的完成垂直段、水平段以及造斜段的鉆進(jìn)，最大限度的降低滑動鉆進(jìn)以及起下操作，提高了鉆進(jìn)的速率，節(jié)約了鉆進(jìn)時間，一般都是連續(xù)旋轉(zhuǎn)，從而降低了扭矩和摩擦阻力，提高了質(zhì)量，縮短了洗井以及通井時間。三是，控制井眼的精確軌跡。這種新型導(dǎo)向工具具有近鉆頭伽馬等很多測量設(shè)備，依據(jù)設(shè)備輸出地數(shù)據(jù)計算，合理保持精確的進(jìn)行鉆進(jìn)。美國Wheerler County地區(qū)的井中使用AutoTrak Curve旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向技術(shù)，可以再提高10°斜率，與傳統(tǒng)方式比較，縮短了鉆進(jìn)時間，可以有效地提高井眼的質(zhì)量以及工作效率。

3 定向旋轉(zhuǎn)控制工具

為了保證頁巖氣鉆井水平過程中的質(zhì)量和效率以及降低鉆井成本，威德福公司發(fā)明和開發(fā)了MotarySteerable系統(tǒng)，這種系統(tǒng)可以使用定向旋轉(zhuǎn)控制技術(shù)，并且融合了旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)以及容積式馬達(dá)的特點，性能比較很高，成本比較低成為了具有應(yīng)用前景的技術(shù)。定向旋轉(zhuǎn)控制技術(shù)（TBS）主要是由隨鉆測量系統(tǒng)以及容積式馬達(dá)共同組成，是屬于周期性導(dǎo)向技術(shù)，也就是可以使用隨鉆測量系統(tǒng)的正脈沖遙測設(shè)備在井內(nèi)部產(chǎn)生一定的壓力波動來實現(xiàn)周期性容積式馬達(dá)的流量控制。在進(jìn)行鉆柱旋轉(zhuǎn)的時候，馬達(dá)外殼角位置與壓力脈沖是同步的，從而可以很好地控制流體體積，精確測量出鉆頭的速度，也就是彎外殼工具面以及鉆頭速度形成的函數(shù)關(guān)系。如果需要增加井斜的時候，壓力脈沖設(shè)備會產(chǎn)生相應(yīng)的壓力波動，達(dá)到一定位置時候，就會增大馬達(dá)流體的波動，此時鉆速相對比較高，并且切削巖石的體積是最大的；當(dāng)鉆頭達(dá)到井眼相對比較低的位置，流體體積相對變小，鉆速也相對比較低，切削巖石體積不是很大，導(dǎo)致不能形成比例進(jìn)行切削，促使井眼軌跡會隨著鉆頭最高速度方向運行。

基于MotarySteerable系統(tǒng)的定向控制不需要進(jìn)行鉆柱滑動就可以體現(xiàn)出是三維井眼軌跡，從而提高了井眼質(zhì)量以及鉆井速度，有效的提高了完成施工的效率，彌補了傳統(tǒng)技術(shù)的不足。這種控制工具具有系統(tǒng)成本低以及鉆井成本低的特點，在進(jìn)行鉆井的時候，每三十米的造斜率可以達(dá)到3°，一旦TBS造斜技術(shù)不能滿足施工實際情況的時候，可以合理使用以往的方式進(jìn)行鉆進(jìn)，并且不需要進(jìn)行起下鉆，可以有效地降低施工時間。

現(xiàn)階段，這種定向控制技術(shù)已經(jīng)逐漸運用在美國、俄羅斯、墨西哥的常規(guī)地層鉆進(jìn)以及Eagle Ford、Fayetteville等一些不是常規(guī)地層上，可以進(jìn)行直徑為152.4mm、200.0mm、222.3mm、311.2mm等不同尺寸現(xiàn)場鉆進(jìn)應(yīng)用。這種TBS定向技術(shù)可以很好地降低滑動鉆進(jìn)井段，提高旋轉(zhuǎn)鉆井比例，與容積式馬達(dá)方式比較，提高了30%的機械速率，從而有效地提高了質(zhì)量和效率。

4 結(jié)語

總而言之，與國外先進(jìn)技術(shù)相比較，我國旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具發(fā)展的比較晚，還沒有一定的規(guī)模，因此，需要各界專家進(jìn)行深入研究，并且借鑒國外先進(jìn)技術(shù)，結(jié)合我國實際情況，發(fā)展符合國內(nèi)情況的具有知識產(chǎn)權(quán)的新技術(shù)，促進(jìn)頁巖氣的開發(fā)和使用。

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