SPE IADC 140320 页岩气开发的创新性技术(中文).pdf

页岩气开发的创新性技术 Franklin Baez 等著 翻译：胜利钻井院 审校：胜利钻井院 摘要 本文着重技术的发展，为改善天然页岩气了钻井性能。这些长水平段水平井涉及的问题 包括：在控制工具面和保持较高机械钻速。这一结果包含很多因素：造斜段的大扭矩，可调 弯点的钻具组件，近优的水力设计以及侧向力钻头。 多项技术的组合使用，大幅增加了钻进速度，降低摩阻扭矩，最大化钻头水力冲击，改 善钻压传递。在每个例子中，一个单独的设计方案介绍。这些措施包括;. ·一种新型轴向振荡工具，可以控制钻柱以低频，低振幅轴向振动，以减少阻力，显著 改善钻压传递。此工具已成功应用于数百个水平井。 ·一种装备特制密封性轴承的动力钻具技术，可以把泥浆全部传输的钻头上。有以下几 个优点：增加钻头的水力循环（提高泥页岩中机械钻速），并没有回应的损害时，当使用依 赖压力或需要流量激活的工具。现场使用数据表明：比使用传统密封性轴承的动力钻具机械 钻速提高37%，传统动力钻具流体从旁通阀密封件出泄露了。 ·一种定向钻进专用钻头独特的灵活设计技术发展应用。这些钻头包含新颖的功能，允 许在当地进行快速设计修改，大大减少响应时间，促进钻井工程，以比以往更快的速度进行 这些技术已在页岩气开发中非常成功应用。钻井性能的改善所产生的效益大大增强了该 技术在应用中持续改进发展。 1.0 简介 当今工业内有很多技术能够提供钻井工程使用，从而提高可靠性，延长工具寿命，提高 油层钻遇率，减少钻井时间和成本。在本文将讨论四个主要的例子，并在下面的部分进行讲 述。其重要性不是某些个别的技术，而是这些技术怎样组合使用才能产生最佳效果。本文介 绍了如何将这些产品进行优化组合，以解决页岩气钻探面临的困难。 1）轴向振荡工具（DAT ）：在钻完规定进尺与同样设计中的井段的对比中，钻柱轴向振 动工具的作用已被证明是有效地。历来的DAT 工具用于有经济效益的领域，尤其在带动力 钻具滑动钻进存在问题钻井。通过DAT 工具的一部分产生一系列的压力脉冲，进而在钻柱 产生轴向振动。压力脉冲作用于震击工具的缸套的开放区域，产生的轴向运动，以减少摩擦， 改善钻压传递，并降低（甚至整体）井下扭矩。通过减少摩擦，水利冲击破岩效果也会更佳 明显。水力冲击和轴向振动组合使用已被证明非常有效地摩阻扭矩，改善导向马达钻具的钻 压传递。这也增加了其他功能，改进的工具面控制，减少振动和更高的油层穿透率。 2 ）可操控导向钻头技术 （MS ）：钻头扭矩波动管理是成功定向钻井的关键。 MS 钻头 由专有的功能，其中包括锥形的保径几何形状，可以减少滑动钻进的摩擦力，扭矩控制部件 （TCC ），防止钻头过多吃入地层。其他部件安装位置可以进行调整，以尽量减少扭矩波动， 提高工具面控制，最大限度地提高机械钻速。此外，TCC 已被证明是有效降低扭转振动的 风险，如粘滑。 3 ）井下动态数据记录器（DDDR ）：该设备是一个成功的，复杂的研究振动工具，是一 种低成本，灵活安置的井下动态记录仪。它的直径只有2 1/2，既可以随钻铤安装在钻具组 合任意位置，也可以钻具组合上接入专用短节。该记录仪以非常高的采集频率实时记录井下 真实数据，并有足够的存储空间以匹配超过200 小时电池寿命。高质量的数据记录，可以用 来测定钻具组合在钻井过程的不同阶段的横向和扭转稳定性。分析这些数据可以确认振动问 题。 4 ）先进螺杆动力钻具技术：除了转子/定子的配置和级数的变化，最近的弹性定子内衬 技术发展对螺杆动力钻具的性能产生重大影响。定子通常是钢管内敷有一层腈类合成橡胶。 受到钻井泥浆的温度和性质的侵蚀破坏，这些的橡胶敷层都有膨胀、硬化、软化甚至脱胶的 现象。腈化合物的变化可以解决这些现象，例如，高度饱和腈化合物（氢化丁腈橡胶），可 以利用在油基泥浆和在较高温度下进行。采用其他标准丁腈橡胶配方的敷层的螺杆，可以提 高马达总成部分的压差，现在也得以推广普及。 另一项发展是定子等壁厚技术及具体几何参数确定。这些螺杆的马达总成由涂有等厚弹 性涂料的钢制定子和柔性螺旋转子组成，可以提供最高功率和扭矩输出。必威体育精装版的密封轴承技 术提供零旁路流量，保证100％流量到达钻头。该工