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先進(jìn)的井下系統(tǒng)廣泛采用光譜技術(shù)，這不僅僅屬于創(chuàng)新，也促使鉆井技術(shù)取得了巨大的進(jìn)展。今天，相當(dāng)廣泛、全面的技術(shù)可選方案推動著鉆井市場。某些系統(tǒng)如旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)可歸于一個完全創(chuàng)新的開端，大多先進(jìn)技術(shù)都是在利用現(xiàn)有的技術(shù)基礎(chǔ)上實現(xiàn)增量式的提高。
雖然井下工具市場要快于地質(zhì)年代，但是它的進(jìn)展通常來說比較緩慢。其中，比較小的變化主要表現(xiàn)為制造更穩(wěn)健的組件、化工材料組成的變化，有時，相互競爭的技術(shù)融合影響著作業(yè)者鉆井及完井的方式。現(xiàn)場試驗、破損及作業(yè)者之間的協(xié)同R&D（研發(fā)）和服務(wù)可為大家提供彼此分享本領(lǐng)域的創(chuàng)新機(jī)會。
常規(guī)油氣藏及海洋開發(fā)作業(yè)代表著技術(shù)創(chuàng)新的價值，然而，近幾年內(nèi)，頁巖革命再次很好地證明了技術(shù)的巨大進(jìn)步是作為一種增量式工藝而不是一個徹底的大革命。
需要產(chǎn)生效益的先進(jìn)技術(shù)
在德克薩斯州沃斯堡召開的“非常規(guī)天然氣勘探開發(fā)（DUG）大會”上，咨詢顧問James Wicklund表示，先進(jìn)技術(shù)的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在兩方面即降低成本和提高采收率。
勘探開發(fā)公司和服務(wù)公司之間的競爭是一貫的。“勘探開發(fā)公司提供地質(zhì)科學(xué)和作業(yè)。”Wicklund說：“而油田服務(wù)公司則提供技術(shù)與裝備，這一直是一個誰獲得回報的問題。”
新技術(shù)的循環(huán)細(xì)化過程促使回報需求的投資增加。“無論我們是否獲得絕對或相對大的提升目前尚有爭論。”Wicklund說。
當(dāng)前，頁巖氣開采熱潮的焦點集中于通過更好的成本控制與效率獲得的長期、持續(xù)的收益。“這改變了一貫的范式。” Wicklund說，對依賴于盲目鉆探的常規(guī)油氣勘探開發(fā)公司而言，這已是一場“賭博”。現(xiàn)在，頁巖氣的開發(fā)及生產(chǎn)已經(jīng)成為制造業(yè)的一個重要課題，其工業(yè)化為重復(fù)作業(yè)特征的環(huán)境提供了更具預(yù)期的結(jié)果。
Wicklund說：“這些項目是可預(yù)期的，且它們需要高的投資成本，因此，需要更多的人員投入到這些頁巖層中，最終實現(xiàn)成本的回收。”“ 實際上，收益是能夠計算出來的，投資者能可以根據(jù)哪個公司正在獲得回報來判斷。”
揭開技術(shù)革命的帷幕
在全球，水平鉆井技術(shù)、PDC鉆頭、壓力泵及支撐劑共同作用，可以大大優(yōu)化頁巖層開發(fā)的方式。其重要的一點是，人們認(rèn)為事實上頁巖革命在2007年已經(jīng)開始。1989年，貝克休斯公司已經(jīng)在采用水平鉆機(jī)了，壓裂泵也已經(jīng)發(fā)展了近60年。“這些技術(shù)可以說都是暫時的，事實上，技術(shù)革命也不會即刻發(fā)生的，更重要的是這些技術(shù)的融合以及它們持續(xù)細(xì)化最終為頁巖的進(jìn)一步開發(fā)掃除了障礙。”Wicklund說，“ 現(xiàn)在討論的是技術(shù)與創(chuàng)新推動著投資，還是投資推動著技術(shù)與創(chuàng)新。”
以斯倫貝謝的HiWAY壓裂體系為例，他表示，該技術(shù)對美國主力氣田Haynesville及鷹福特頁巖的開采增產(chǎn)具有重要的意義，鷹福特頁巖在采用HiWAY壓裂期間，涉及了與之相關(guān)的所有設(shè)備，但惟一不同的是化學(xué)與技術(shù)的融合，對于頁巖層而言，并沒有全新的、突破性的技術(shù)進(jìn)入其市場，頁巖層的開發(fā)主要依賴于技術(shù)的持續(xù)細(xì)化來推進(jìn)。
技術(shù)持續(xù)細(xì)化的主要目標(biāo)是油氣開采率的最大化。“油田服務(wù)行業(yè)的首要目標(biāo)及其最高回報率就是提供技術(shù)來確保這些工作的進(jìn)展。”Wicklund說，“油田行業(yè)的發(fā)展不斷改進(jìn)技術(shù)，勘探開發(fā)公司也將繼續(xù)很好地完成作業(yè)，從而可以取得盡可能大的回報。”
先進(jìn)的工具及系統(tǒng)需要通過反復(fù)的試驗進(jìn)行改進(jìn)，目的在于最終的效益。作業(yè)者與服務(wù)公司在識別技術(shù)前景薄弱環(huán)節(jié)及共同設(shè)計一個解決方案方面存在著共同利益。
“擁有技術(shù)、技術(shù)的持續(xù)改進(jìn)及成功地運營業(yè)務(wù)就是最終的效益，這將在很大程度上有助于企業(yè)及其股東實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益。”羅伯特銀行執(zhí)行副總裁兼首席運營總監(jiān)Swift Energy在美國沃斯堡市DUG會議上表示。
新旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)提高鉆井速度
非常規(guī)油氣的開發(fā)得益于鉆探過程的平穩(wěn)與快速進(jìn)行。通過較快的開鉆，作業(yè)者能夠大幅縮短鉆井周期。即便是在高粘滑環(huán)境中，定向鉆井應(yīng)用的首要目標(biāo)是消除滑動，實現(xiàn)一致的導(dǎo)向及高的機(jī)械鉆速。隨著更好鉆孔質(zhì)量下的平滑曲線與直切線能夠產(chǎn)生更有效的壓裂作業(yè)與較高的生產(chǎn)率。經(jīng)試驗證明，貝克休斯的AutoTrak曲線旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)非常有利于提高鉆速與生產(chǎn)效益。該系統(tǒng)提供了持續(xù)的鉆柱旋轉(zhuǎn)，其通過減少摩阻扭矩使得整個效率最大化，可以確保高質(zhì)量井身、較好的井眼凈化及較少的清潔時間。
實踐證明，該技術(shù)對非常規(guī)油氣藏的開發(fā)具有更好的鉆井經(jīng)濟(jì)效益，可以保證最佳的井筒位置和快速的鉆井速度。
機(jī)組被作為一個一體化解決方案而設(shè)計，其具有方位角伽馬射線實時的特征，以精準(zhǔn)的近鉆頭測量提供準(zhǔn)確的導(dǎo)向。慢速旋轉(zhuǎn)缸套上的裝置可以保持精準(zhǔn)軌跡與適當(dāng)循環(huán)，用于攜帶孔外碎屑。地面控制的定向能力能夠維持整個鉆井方案，并允許所需的鄰近備用設(shè)備目標(biāo)的變化。該公司的PDC鉆頭技術(shù)可以實現(xiàn)更好的鉆壓、提高壓裂效率及保證在艱難地層中的使用壽命。
獲得成功應(yīng)用效果
在美國阿巴拉契亞盆地尤蒂卡地層，貝克休斯可鉆到8°/30.5m （8°/100ft）狗腿嚴(yán)重度造斜段，作業(yè)者的鉆井方案包括避免井總深過硬的要求與客戶非常重視的機(jī)械鉆速。
作業(yè)者使用貝克休斯AutoTrak曲線旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)鉆井，該系統(tǒng)大幅縮減了鉆井總時間，這主要取決于658m（2,159ft）曲線及2,274m （7,462ft）井段的三維剖面。與常規(guī)探邊井相比，該公司的鉆井系統(tǒng)節(jié)約了兩天的鉆井時間。
新的試車工具可確保完井管柱成功作業(yè)。對某些油藏而言，需要對完井管柱的適當(dāng)位置進(jìn)行挑戰(zhàn)，否則，這將不能縮減成本，也需更多的非常生產(chǎn)時間。由于試車工具的改進(jìn)與提高，這個問題變得更容易了。
例如，深部套管工具（DTC）公司的Shalerunner是根據(jù)成本有效方法設(shè)計的，專門用于頁巖井中的完井套管。該工具將穩(wěn)定的高速旋轉(zhuǎn)擴(kuò)眼鞋增加到完井中，使作業(yè)者很好地完成鉆井，由于在完井中，工具自身具有清洗、擴(kuò)孔及重建井眼的能力，因此，它能夠減少劃眼起下鉆的時間，這對完井而言，不需旋轉(zhuǎn)，也不存在風(fēng)險了。據(jù)深部套管工具（DTC）公司負(fù)責(zé)人表示，該技術(shù)提供了風(fēng)險管理方面的一個簡單“即插即用”的解決方案。
此工具的設(shè)計是專門用于集成所有完井管柱，實現(xiàn)充填作業(yè)。它可以消除清洗劃眼起下鉆的不必要性，完成鉆井周期中的最佳實踐，并為成功鉆井提供了額外的保險。技術(shù)的內(nèi)在價值提高了井壁失穩(wěn)安全性，非常適合用于所必須完成起鉆的最合適位置。
在巴尼肯（Bakken）頁巖開采中，該Shalerunner工具主要用于確保超過25個液壓裸眼封隔器及壓裂封套裸眼完井以4½-in起鉆。井眼軌跡是相似的——3,048m（10,000 ft）完井垂直深度（TVD），6,096m （20,000ft）標(biāo)準(zhǔn)井深（MD）且10,000英尺裸眼——水平井段套管鞋，而探邊井要求劃眼起下鉆，因此，作業(yè)者不得不消除這完井中的劃眼起下鉆、潤滑井眼及滑動。
現(xiàn)場實踐證明，DCT的Shale runner是一種成功的風(fēng)險管理工具。當(dāng)作業(yè)者在比較復(fù)雜的完井方案失步時，保證一個成功的開鉆已顯得非常有必要，避開非生產(chǎn)時間與縮減整個周期時間有助于實現(xiàn)較低投資與更多產(chǎn)量的良好效益。該新工具能夠顯示所鉆井的全觀。通過一個新的隨鉆測井服務(wù)，布署一口水平井時的現(xiàn)場中的一些麻煩可以變得簡單些。
旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)現(xiàn)場成效顯著
水平井要求優(yōu)化井部署。識別問題如裂縫和斷層也可以協(xié)助制定完井方案。新的電阻率及隨鉆成像服務(wù)現(xiàn)在提供了高分辨率電成像和導(dǎo)電泥漿環(huán)境中整個鉆孔周圍的微電阻率測量。斯倫貝謝的MicroScope隨鉆測井工具也增強(qiáng)了儲層評估，其包括薄儲層確定和深入的剖面分析。
該服務(wù)在5 7/8-in～6½-in鉆孔中使用4 3/4-in的工具，其測量方位主要是調(diào)查的多個深度的側(cè)向測井電阻率，同時也測量了方位角伽馬射線（GR）和泥漿電阻率。地層電阻率測量、高分辨率井眼成像和方位角伽馬射線（GR）數(shù)據(jù)通過高速遙測平臺實時傳輸?shù)降孛嫖y井，該遙測平臺采用先進(jìn)的壓縮算法促使數(shù)據(jù)速率最大化。高分辨率電阻率和成像隨鉆服務(wù)適宜多樣化的挑戰(zhàn)性環(huán)境,包括非常規(guī)的頁巖層、碳酸鹽巖和碎屑巖儲層。
在美國懷俄明州，作業(yè)者計劃開采Denver-Julesburg盆地的Niobrara組巖的巖性，對此，主要采用水平鉆井和多級水力壓裂相結(jié)合的方式。該組由連續(xù)側(cè)向白堊和泥灰組成。其白堊孔隙率和滲透率相對較低，預(yù)計自然裂縫可以增加產(chǎn)量。
從區(qū)域歷史鉆井?dāng)?shù)據(jù)看，10米（33英尺）梯段層是最有潛力的井段，其通過現(xiàn)場鉆孔中的裸眼測井可以再次確定，作業(yè)者可將3米（10英尺）的氣窗作為最終的橫向目標(biāo)區(qū)。要使井眼在測試井孔的高度斷裂層中確定，這要求非常準(zhǔn)確的實時信息來指導(dǎo)導(dǎo)向決策。作業(yè)者通過使用MicroScope技術(shù)服務(wù)可以達(dá)到氣井部署所要求的優(yōu)化開采率的目標(biāo)，該服務(wù)提供了實時電鉆孔成像、方位角GR測量和地層電阻率的多個深度計量。
通過使用PowerDrive旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)鉆井，其設(shè)計以精準(zhǔn)的定向控制、高的機(jī)械鉆速、平滑的井眼及較低的曲折率，因而在很大程度上簡化了完井相關(guān)裝備的安裝。隨鉆測井實時分析通過比較明顯的地層傾斜角與井眼軌跡，可以得到積極主動的井部署方案。在所期望的白堊巖內(nèi)，該服務(wù)使作業(yè)者將914米（3,000英尺）的斷層側(cè)向控制在10英尺最好質(zhì)量的目標(biāo)范圍。此外，高分辨率MicroScope成像的鉆井分析可以進(jìn)行裂縫識別、故障判斷和構(gòu)造分析，最終優(yōu)化水力壓裂階段的設(shè)計。
RFID技術(shù)增強(qiáng)下套管作業(yè)
多用途能力的擴(kuò)眼工具非常有助于井眼擴(kuò)大。井眼擴(kuò)大作業(yè)在阿拉斯加北坡是比較常見的。要實現(xiàn)成功的井眼擴(kuò)大要求作業(yè)者達(dá)到預(yù)計的總層深（TD），且沒有任何阻礙或延遲。
當(dāng)鉆探長切線段時，正確的井眼傾斜是至關(guān)重要的。鎖定和解鎖擴(kuò)底鉆頭的能力可以為高速率的泵送和旋轉(zhuǎn)提供很好的靈活性，從而實現(xiàn)井眼的清潔，尤其適用于短程起下鉆。
其關(guān)鍵的優(yōu)勢在于地表探測擴(kuò)底鉆頭的能力。大多其它主要的井底動力鉆具（BHA）組件地表探測是在起下鉆之前，因為傳統(tǒng)的擴(kuò)底鉆頭一旦鎖定，就不再選擇地表探測。因此，RipTide RFID鉆頭能夠在地表鎖定或解鎖，試表明驗，該系統(tǒng)工作效果顯著，可以減少多個深度過程中出現(xiàn)故障的風(fēng)險，也有助于作者成功鉆井，為其提供了多余的環(huán)空，確保達(dá)到9 5/8in襯套。
威德福國際公司的RipTide RFID 10625系列是將旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)和井底動力鉆具（BHA）相結(jié)合在一起的。該工具成功地使中段儲集層由984米（3,228英尺）延伸～3,325米（10,910英尺），其包括粘土巖和砂巖帶的一個2,341米（7,682英尺）頁巖段。保持井眼清潔是鉆探這些地層的主要挑戰(zhàn)。擴(kuò)眼器和泵的清潔或在套管井中的旋轉(zhuǎn)的能力是必需的。作業(yè)者成功地使9 5/8in襯套達(dá)到了總深度。
通過使用RipTide RFID擴(kuò)眼器，客戶能夠在2,341米（7,682英尺）井段中達(dá)到總井深，且可以循環(huán)清潔井眼，如果需要額外的擴(kuò)孔，該擴(kuò)眼器能夠再次被解鎖，節(jié)約了一次起下鉆的過程。
RipTide RFID擴(kuò)眼器可以根據(jù)多次數(shù)要求鎖定或者解鎖，RFID技術(shù)允許擴(kuò)眼器以電子方式鎖定和解鎖，提供了特殊的靈活性，其它的優(yōu)勢還包括提供內(nèi)徑的一個全井眼。
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