新型旋轉導向工具在頁巖氣開發中的應用

鄭華(斯倫貝謝長和油田工程有限公司，陜西 西安 710000）

1 頁巖氣開發的現狀

在1821年美國研發了第一個頁巖氣井，經過多年的研究和發展，現階段，叢式水平井具有能夠完成多口徑的射孔、鉆井、完井、壓裂等其他技術沒有的優勢，已經逐漸得到廣泛應用。但是往往由于地表特征以及壓裂水處理、水供應等問題，使得以前的垂直井經濟效益比較差，因此逐漸開始使用和研發叢式水平井，可以有效地促進經濟效益，降低對環境的影響。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，因此，就需要開發新型旋轉導向工具，促進頁巖氣的發展。

2 高造斜率導向工具

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了高造斜率旋轉導向系統，分別為AutoTrak Curve系統以及PowerDrive Archer系統，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。在原有的旋轉導向上進行了一定的調整和逐漸形成新的系統，主要有BHYA硬度、三點幾何控制以及鉆頭特性等。高造斜率旋轉導向工具的主要優勢有：一是，提高存儲層的面積。由于高造斜率旋轉導向具有很高的造斜率，因此可以利用最小的半徑來進入旋轉存儲層，從而得到更大的存儲層以及水平段，可以有效地提高產量。二是，增加作業效率。這種導向工具可以很好的完成垂直段、水平段以及造斜段的鉆進，最大限度的降低滑動鉆進以及起下操作，提高了鉆進的速率，節約了鉆進時間，一般都是連續旋轉，從而降低了扭矩和摩擦阻力，提高了質量，縮短了洗井以及通井時間。三是，控制井眼的精確軌跡。這種新型導向工具具有近鉆頭伽馬等很多測量設備，依據設備輸出地數據計算，合理保持精確的進行鉆進。美國Wheerler County地區的井中使用AutoTrak Curve旋轉導向技術，可以再提高10°斜率，與傳統方式比較，縮短了鉆進時間，可以有效地提高井眼的質量以及工作效率。

3 定向旋轉控制工具

為了保證頁巖氣鉆井水平過程中的質量和效率以及降低鉆井成本，威德福公司發明和開發了MotarySteerable系統，這種系統可以使用定向旋轉控制技術，并且融合了旋轉導向系統以及容積式馬達的特點，性能比較很高，成本比較低成為了具有應用前景的技術。定向旋轉控制技術（TBS）主要是由隨鉆測量系統以及容積式馬達共同組成，是屬于周期性導向技術，也就是可以使用隨鉆測量系統的正脈沖遙測設備在井內部產生一定的壓力波動來實現周期性容積式馬達的流量控制。在進行鉆柱旋轉的時候，馬達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關系。如果需要增加井斜的時候，壓力脈沖設備會產生相應的壓力波動，達到一定位置時候，就會增大馬達流體的波動，此時鉆速相對比較高，并且切削巖石的體積是最大的；當鉆頭達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，導致不能形成比例進行切削，促使井眼軌跡會隨著鉆頭最高速度方向運行。

基于MotarySteerable系統的定向控制不需要進行鉆柱滑動就可以體現出是三維井眼軌跡，從而提高了井眼質量以及鉆井速度，有效的提高了完成施工的效率，彌補了傳統技術的不足。這種控制工具具有系統成本低以及鉆井成本低的特點，在進行鉆井的時候，每三十米的造斜率可以達到3°，一旦TBS造斜技術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行鉆進，并且不需要進行起下鉆，可以有效地降低施工時間。

現階段，這種定向控制技術已經逐漸運用在美國、俄羅斯、墨西哥的常規地層鉆進以及Eagle Ford、Fayetteville等一些不是常規地層上，可以進行直徑為152.4mm、200.0mm、222.3mm、311.2mm等不同尺寸現場鉆進應用。這種TBS定向技術可以很好地降低滑動鉆進井段，提高旋轉鉆井比例，與容積式馬達方式比較，提高了30%的機械速率，從而有效地提高了質量和效率。

4 結語

總而言之，與國外先進技術相比較，我國旋轉導向工具發展的比較晚，還沒有一定的規模，因此，需要各界專家進行深入研究，并且借鑒國外先進技術，結合我國實際情況，發展符合國內情況的具有知識產權的新技術，促進頁巖氣的開發和使用。

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