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新型低碳能源和二氧化碳儲存需要深井鉆井技術(shù)，這面臨降低成本（或提高效率）及鉆井更加經(jīng)濟(jì)的挑戰(zhàn)。鉆井施工技術(shù)的最新發(fā)展顯示了提高效率的巨大潛力，作業(yè)者能使用新工具，為低碳未來創(chuàng)造價值。
 
圖1鉆井施工的主要方法即采用設(shè)置PDC復(fù)合片的鉆頭
大約30年前，PDC鉆頭（圖1）開始主導(dǎo)油田的鉆井作業(yè)，牙輪鉆頭和金剛石孕鑲鉆頭雖仍在使用，但效率低得多。PDC鉆頭最顯著的進(jìn)步來自脫鈷工藝，這不僅能強(qiáng)化PDC復(fù)合片的結(jié)構(gòu)，還能提高其耐磨性。PDC鉆頭的切削性能優(yōu)異，選擇一定數(shù)量的刀翼能重復(fù)破巖，穩(wěn)定的軸向參考對破巖效率至關(guān)重要；而鉆柱沿其長度的不同位置同時受到壓力和張力，此軸向變化也會對PDC鉆頭產(chǎn)生負(fù)面影響，但在深井鉆井中，該方法仍優(yōu)于其它方案。                       
深井鉆井系統(tǒng)非線性動力學(xué)及控制就相關(guān)物理學(xué)建立了共同參考，這主要圍繞數(shù)學(xué)模型來制定，研究了切削性能與長鉆柱的配套問題，相關(guān)的數(shù)學(xué)模型（圖2）反映了多個方向的振動。比如，鉆柱在扭轉(zhuǎn)方向比軸向方向更柔軟，扭轉(zhuǎn)振動相對更慢。通常扭轉(zhuǎn)振動或粘滑通過隨鉆測量系統(tǒng)傳遞到地面。軸向不穩(wěn)定可能來自鉆頭刀翼的后部、鉆桿或地面制動操作的壓力脈沖，且不易測量。軸向方向滑動循環(huán)的初動嚴(yán)重影響了鉆頭的切削性能，作用在硬材料上載荷的細(xì)微變化也會阻礙鉆頭進(jìn)尺。
 
圖2基本模型的輸入示例。通過兩個方向的彈簧常量來模擬鉆柱本身：K、C及阻尼D
鉆頭配套長鉆柱使用時，鉆壓越高，鉆速越快，但會增加軸向振幅。機(jī)械鉆速最終會停止響應(yīng)更高的鉆壓。在該點（起始點）增加鉆壓會導(dǎo)致鉆頭因過熱而快速磨損。鉆井泥漿的良好潤滑是解決該情況的關(guān)鍵，且對PDC鉆頭的性能至關(guān)重要。現(xiàn)在用數(shù)學(xué)術(shù)語定義了該問題，有可能在該系統(tǒng)內(nèi)增加控制算法，或在實際操作中增加調(diào)節(jié)裝置來消除軸向不穩(wěn)定及其導(dǎo)致的低效率。
2005年，挪威的Tomax公司介紹了一種位于鉆桿和PDC鉆頭之間的調(diào)節(jié)裝置，其目的是為了防止嚴(yán)重的扭轉(zhuǎn)粘滑，粘滑會導(dǎo)致井下工具的高滯動成本。其推出的新型調(diào)節(jié)裝置可用作防粘滑工具（AST）；無論鉆壓（起扭矩的功能）增加還是減小，其內(nèi)部的傳動裝置可使AST工具改變長度。
AST工具的對比試驗對粘滑產(chǎn)生了預(yù)期效果。該技術(shù)提高了鉆井效率，減少了鉆頭磨損。第一年公布的數(shù)據(jù)引起殼牌Rijswijk研究中心的興趣。在殼牌的要求下，埃因霍溫理工大學(xué)將AST工具的原理運(yùn)用于其現(xiàn)有的鉆柱數(shù)學(xué)模型，并對輸出與基準(zhǔn)做了比較。
通過驗證模型研究了AST工具對軸向滑動循環(huán)的影響細(xì)節(jié)，這包括提高效率及減少磨損：AST算法確實會干擾載荷循環(huán)的相對時間。時間轉(zhuǎn)移大幅降低了摩擦損失，更多的能量可用來切削巖石。首次結(jié)果顯示效率提高了30%至40%，減少摩擦可使耐用性提高兩倍。              
對該模型進(jìn)行更詳細(xì)的描述：比如已使用并分析軸向阻尼、井壁摩擦及偏差，輸出結(jié)果用來改進(jìn)工具。AST工具得到了廣泛認(rèn)可，比如大西洋的深水作業(yè)和美國頁巖油氣田。在過去五年內(nèi)，AST工具的使用逐年增加，成為增長最快的鉆井新技術(shù)。
目前，二疊紀(jì)盆地一半以上的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向作業(yè)均使用了AST工具。Cimarex公司分享了其2018年的內(nèi)部統(tǒng)計數(shù)據(jù)，該報告基于68口井，顯示AST工具影響了鉆頭的耐用性：AST工具投入使用后，進(jìn)尺超過3000英尺（1000米）的鉆頭數(shù)量增加了四倍。   
  為獲得AST工具在單井的使用信息，2020年，Tomax公司在現(xiàn)場使用了基于微電子的新解決方案，該系統(tǒng)記錄了AST工具的現(xiàn)場使用載荷，即中心螺旋的轉(zhuǎn)換能量。記錄的數(shù)據(jù)對驗證價值（包括工具及優(yōu)化鉆頭的選擇）非常有用。
2021年初夏，Tomax公司現(xiàn)場使用了帶彈簧變位特征的AST工具，作業(yè)者將其與最具攻擊性的鉆頭配套使用。使用的井眼是一口評價井，井斜較小。該鉆井系統(tǒng)打破了挪威大陸架所有井段的鉆速記錄。鉆頭在24小時內(nèi)穿越了數(shù)個地質(zhì)年代，垂直深度達(dá)2000米，且PDC鉆頭的磨損極小，鈍鉆頭分級為0-0-IN。結(jié)果表明：與剛性系統(tǒng)相比，鉆井效率相當(dāng)于平均日進(jìn)尺提高了兩倍。