新型旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具在頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用

鄭華(斯倫貝謝長(zhǎng)和油田工程有限公司，陜西 西安 710000）

1 頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)的現(xiàn)狀

在1821年美國(guó)研發(fā)了第一個(gè)頁(yè)巖氣井，經(jīng)過(guò)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(méi)有的優(yōu)勢(shì)，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(wèn)題，使得以前的垂直井經(jīng)濟(jì)效益比較差，因此逐漸開(kāi)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(duì)環(huán)境的影響。一般都是由一個(gè)井場(chǎng)來(lái)鉆多個(gè)井，精確控制井眼軌跡以及井眼之間的防碰成為施工過(guò)程中主要的難題和挑戰(zhàn)，因此，就需要開(kāi)發(fā)新型旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具，促進(jìn)頁(yè)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(zhǎng)度和降低靶前距，貝克休斯公司以及斯倫貝謝公司開(kāi)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(diǎn)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(shì)有：一是，提高存儲(chǔ)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(lái)進(jìn)入旋轉(zhuǎn)存儲(chǔ)層，從而得到更大的存儲(chǔ)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(dòng)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(shí)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(shí)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(cè)量設(shè)備，依據(jù)設(shè)備輸出地?cái)?shù)據(jù)計(jì)算，合理保持精確的進(jìn)行鉆進(jìn)。美國(guó)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(shí)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(yè)巖氣鉆井水平過(guò)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(kāi)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(diǎn)，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(cè)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(cè)量系統(tǒng)的正脈沖遙測(cè)設(shè)備在井內(nèi)部產(chǎn)生一定的壓力波動(dòng)來(lái)實(shí)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(shí)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(cè)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(shí)候，壓力脈沖設(shè)備會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的壓力波動(dòng)，達(dá)到一定位置時(shí)候，就會(huì)增大馬達(dá)流體的波動(dòng)，此時(shí)鉆速相對(duì)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(duì)比較低的位置，流體體積相對(duì)變小，鉆速也相對(duì)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(huì)隨著鉆頭最高速度方向運(yùn)行。

基于MotarySteerable系統(tǒng)的定向控制不需要進(jìn)行鉆柱滑動(dòng)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(bǔ)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(diǎn)，在進(jìn)行鉆井的時(shí)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(shí)際情況的時(shí)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(shí)間。

現(xiàn)階段，這種定向控制技術(shù)已經(jīng)逐漸運(yùn)用在美國(guó)、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(chǎng)鉆進(jìn)應(yīng)用。這種TBS定向技術(shù)可以很好地降低滑動(dòng)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(jī)械速率，從而有效地提高了質(zhì)量和效率。

4 結(jié)語(yǔ)

總而言之，與國(guó)外先進(jìn)技術(shù)相比較，我國(guó)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具發(fā)展的比較晚，還沒(méi)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(guó)外先進(jìn)技術(shù)，結(jié)合我國(guó)實(shí)際情況，發(fā)展符合國(guó)內(nèi)情況的具有知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新技術(shù)，促進(jìn)頁(yè)巖氣的開(kāi)發(fā)和使用。

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