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井下作業創新給標準技術帶來了新的轉變。油井作業施工在一定程度上保持不變，必要時，工程師要探尋提高與改進現有技術，因為這有助于降低鉆探成本并減少鉆井過程中的風險。從開鉆到實現增產，許多能源公司正在考慮開發整個鉆井周期工具，因為這些工具對油井作業施工過程具有更深遠的意義。

旋轉導向系統提高鉆井效率

對任何水平井來說，曲線確立后產油氣帶開始形成，便可成功得到高效的井眼曲率（DLS）以提高單口井的成效。高造斜率的限制包括不斷增加的摩擦、工具的混合及常規鉆井鉆具組合的成本壓力。當通過旋轉這些含油層高的剖面時，常規鉆井鉆具組合BHAs要經歷巨大的彎曲，隨著速度的增加，其疲勞壽命也在成倍縮減，甚至會把BHAs的疲勞壽命減少到幾小時內。如果沒有一個建模與測定疲勞壽命的方法，BHA組件將可能發生嚴重失效及扭斷。

斯倫貝謝的PowerDrive Archer旋轉導向系統（RSS）通過高全角變化率提供了鉆井剖面方法，這能夠使油藏曝光率達最大值，并增加油氣開采潛力，同時結合常規旋轉導向系統優勢與優質井筒，能夠大幅度提高鉆井效率。

2008年，該系統開始現場測試，其服務功能被證明是非常可靠穩定的。鑒于此系統獨特的能力，對它進行全方位第二階段測試是必要的，這主要是確定使用底部鉆井組合(BHA)不會影響到PowerDrive Archer系統的效果，使旋轉鉆柱過程中的疲勞壽命得到恰當處理。

斯倫貝謝產品經理Richard Hawkins表示，這是他們首次實現底部鉆井組合（BHA）高效運作，具有重要的意義。

PowerDrive Archer旋轉導向系統（RSS）為每個相關部件提供了全程旋轉。Richard Hawkins說：“由于有整個PowerDrive RSS系統，面臨井筒旋轉可以使鉆柱每分鐘都保持最低轉數。這旋轉降低了阻力，提高了機械鉆速（ROP），減少了壓差卡鉆，從而實現良好的井眼凈化和井眼調整。當水平鉆孔時，減少摩擦尤為重要，否則，將會延長鉆井時間。平滑、清潔的井筒使下套管很大程度上減少了問題的發生。”

對于優化鉆井而言，確保鉆孔質量是最基本的。這包括井眼凈化、扭曲和清除。平滑井筒用于裸眼完井，能夠減少鉆孔和鍵槽卡鉆問題的幾率。

在套管井完井方面，平滑井眼結合持續的井眼曲率(DLS)，與電機帶動的常規扭曲側轉相比，可以使完井裝備部署更容易。Hawkins說：“在Eagle Ford，我們已經實現了井眼曲折率減少20%。”現在，斯倫貝謝已經完成全面的有限元分析和有關PowerDrive Archer BHA所有組件的詳細應變疲勞壽命研究，對此，Hawkins表示，斯倫貝謝使用了抗疲勞材料，可以預見底部鉆具組合組件疲勞壽命。一般，預測并跟蹤疲勞壽命是比較復雜的，斯倫貝謝的預制工具包提供了自動跟蹤疲勞工具，這降低了鉆井失效的風險。

此外，全程旋轉是服務的關鍵，這是通過先進的控制系統實現的，當面臨井筒內旋轉時，允許工具內的電子組裝保持相對不變。Hawkins說：“實際上，我們測量外置鉆鋌的精準轉數(rpm)，然后使用一個控制系統使內置閘閥保持在一個恒定的Toolface，我們通過閘閥轉移一小部分泥石流激活所需的Toolface系統。”

在現場測試中，PowerDrive Archer無論從垂直還是其它任何傾斜度可以達到17 deg/100 ft。Hawkins說：“我們也精準測量了磁性前刃面，因此井眼軌跡可以在期望的方位角上啟動。”

該工具能夠鉆出套管鞋，成功獲得水泥塞，保持完全垂直擴眼，可以實現精準有效在方位上啟動，接著繼續鉆向井的任何需要鉆探的剖面。事實上，PowerDrive Archer是一個鉆井系統，其是將鉆頭與底部鉆井組合（BHA）合并。

混合工具提供最佳效果

高端旋轉導向系統（RSS）系統在現場的應用證明了其在減少鉆井時間及進入油藏方面具有很強的優勢。

然而，對于常規定向鉆井使用泥漿馬達進行滑動常常需要作業者造斜水平井段，這些工具是可靠的，通過現場試驗表明，由于功能不全，導致造斜井眼曲率低。但是，這些附加的時間還是比由于卡鉆導致浪費時間更可取。

威德福國際公司已經研發了MotarySteerable工具，在泥漿馬達、旋轉導向和MWD之間建起一架橋梁。此混合系統明顯優于單獨一個馬達的作業方式，同時也比一個先進旋轉導向系統（RSS）存在的風險更小。威德福國際公司新產品部經理Chris Maranuk說：“在工具箱（toolbox）的低端是常規泥漿馬達工具和定向控制系統，高端部分包括常規旋轉導向工具。”“MotarySteerable實質上是聯合MWD和泥漿馬達技術，形成一個低角度輔助工具。”

據Maranuk介紹，MWD、鉆井馬達和旋轉導向系統（RSS）的結合是多個工程師構思成的產品，最大的挑戰是克服每個鉆井產品之間的障礙，并屏除個人目標支持更大目標，成功實現MotarySteerable。

在傳統定向鉆井中，一個彎接頭用于定向鉆頭，然后通過鉆井馬達定向鉆孔。兩個旋轉源是有效的，一個被積極控制定向彎頭，另一個通過鉆井馬達經由流體鉆孔。威德福的MotarySteerable工具采用指定速度鉆頭逆轉這種方式，直接控制鉆井馬達代替控制彎頭定向。彎頭隨著鉆柱持續旋轉，同時鉆井馬達作為彎頭定向的一個功能不斷發生變化，改變彎頭的機械鉆速。Maranuk說：“這與定位鉆井是相同的方式，定向鉆井馬達和鉆頭，除此之外就是每次在鉆柱方面的創新革命。”

MotarySteerable系統的主要特征是更換從指定鉆頭速度（TBS）到調整的能力，這不要鉆孔的斷開。“使用TBS的能力改變定向控制已成為MotarySteerable這個特殊系統的關鍵要求。”Maranuk說。該系統已經通過了測試，威德福仍在選擇不斷更新提高工具的功能。

Maranuk說：“更引人關注的能力之一是‘auto inc’特征，這允許用戶下載自己期望的傾斜，從而讓系統自動調整井下作業。該工具自動開啟時，傾斜偏離預訂限度，當不需要時，自動關閉。此工具通過一個變化的方式或開啟或關閉，這包括下行鏈路常規面啟動壓力脈沖或使用變化的旋轉序列。當然，提供從調整定向鉆柱到一個完整3- D定向旋轉鉆柱的變化能力的關鍵益處是作業者鉆井實踐的靈活性。”Maranuk說。

MotarySteerable系統充分利用兩個成熟的技術即泥漿馬達和MWD創造出一個更可靠穩定的系統。在系統無法獲得所需的造斜的鉆井環境中，一旦停止，然后使用常規定位鉆井技術定位和調整，這樣就提供了一個低風險的技術。人們一直期望比使用傳統旋轉導向工具的成本更低的工具出現。與傳統定向鉆井技術結合具有優勢的關鍵是當連續旋轉時，該系統能夠提供完整3-D定向控制能力。

“在美國，并不是所有的鉆井作業者都需要高彎曲旋轉導向工具及聯合體LWD鉆井并評估他們的油井。”Maranuk說，“我們看到了這種服務的需求，幫助那些客戶，他們不需要太多的系統性能，只需要比較經濟可行的解決方案。”

分支井眼越長，段壓裂越多

當鉆井作業結束時，完井作業開始生效。近年來，壓裂技術已經取得了較大的進步。據悉，貝克休斯在北美Williston盆地最近完成了40級分段壓裂作業，創造了新的記錄，該盆地以超長分支井而聞名，其中一些超過了9000英尺（2743米）。

通常，貝克休斯的FracPoint完井在美國是19級分段壓裂，這在2006年僅是5級分段壓裂。“我們預計年底這個數字達到30級。”貝克休斯產品線副總裁Matthew Kebodeaux說。貝克休斯的最新成果是FracPoint EX-C系統。作業者完成堵塞和PERF作業獲得他們期望的壓裂級數現在已經轉換為裸眼多層壓裂，其是經濟又高效的，因為它節約了更多的鉆井時間。

“ 盡管每個頁巖層不同，但在行業內已逐漸形成共識，壓裂層越多相當于生產越大，因此我們的客戶不斷要求增加每口井的壓裂層數，縮短壓裂分布間隔，提高壓裂效率，增加每口井的生產。”Kebodeaux說。

貝克休斯最新的FracPoint EX-C通過與1/16-in 增量單流閥連續泵送作業相連，提供達40級分段壓裂。同時，該系統不僅增加有效的壓裂層數，也能夠允許較大的單流閥用于井作業，這并不需要完整40級壓裂系統，只要求在壓裂過程中增加泵量，在生產過程中減少壓力損失。

FracPoint EX-C系統聯合體專利特點在于包括雙管閥座和可折球閥座。前者有兩個平行孔，當部署小尺寸球閥座時，這允許在單一球閥座上增加流量，而后者允許閥座接觸面改變試驗球，依次增加閥座的負載，允許系統滿足所要求的壓力定值。

采用40-stage FracPoint EX-C完成首個完井作業非常順利。貝克休斯正著手對該系統進行改進，使用它的IN-tallic Frac Balls和控制電位電解材料技術，此材料在鹽鹵水和酸中分裂時，提供較高強度的工程材料。

貝克休斯期望FracPoint EX-C技術應用于高質量裸眼多級完井的盆地。隨著石油天然氣行業趨向多分支井，在較短的時間內提供更多的分段壓裂已經成為如貝克休斯等石油服務公司的目標。“ 這些初始40分段FracPoint作業節約了較多的時間，而更關鍵的是為客戶提供了真正的價值即通過增加分支井和提高壓裂效率，減少井之間的間隔。”Kebodeaux說。

超越現狀

據Packers Plus公司總裁Dan Themig介紹，2001年，Packers Plus已開始裸眼壓裂，業內人士認為，5~8級壓裂措施能夠有效排放一口1000米（4000英尺）的水平井。該公司的StackFRAC HD采用了創新的方式，挑戰油氣產業現在發展所需的如何有效排放致密油氣資源。油氣產業很快應用此技術轉向每口井20級壓裂措施，但Packers Plus HD系統包括其最新推出的QuickFRAC系統現在已達到30~60 fracs，這在4年前還是未知的。“我們相信這將是頁巖氣和石油勘探開發的未來。”Themig說。

該技術也適用于常規油氣層開發，據記載，其已成為從640 Acres到10 Acres的鉆井“downspacing”模式，StackFRAC HD允許10 Acre的排放模式，這大大提高了鉆井效益，同時也減少了水的使用和環境污染。

與常規注水泥套管完井不同，StackFRAC HD系統的天然裂縫插塞旨在恢復地層與壓裂的連接它的設計適用于裸眼水平井的增產。這使巖石產生天然裂縫和誘導裂縫。“兩種生產方式的對比表明，裸眼完井(StackFRAC)優于注水泥完井25%~70%，不僅僅是表現在初始的生產中，而應該是提高了最終的采收率。”Themig說。

在注水泥完井中，裂縫被迫形成于射孔，而不是允許它們由巖體的自然弱化引起。因此，它使裂縫形成與分布在同一點，大大減少了彎曲。此外，在沒有后置液注入時， StackFRAC HD要求支撐劑準確位移。“我們正在經歷一個巨大的變化，裸眼壓裂取得了更好的資源采收率，在很多情況下，它可以每段壓裂水使用率較少50%。” Themig進一步說。

StackFRAC HD也大大縮減刺激一口井所需的時間，取代使用電纜泵入橋塞和連續油管，這會使執行壓裂用過多的時間。StackFRAC HD允許快速發射一個球及井下抽油，并且各個分段無縫壓裂。QuickFRAC采用地面單一壓裂措施壓裂多個隔離的段，節約了大量的時間。“我們使用QuickFRAC技術見證了23個分段、不足10小時的抽油。”Themig說，“常規方法每天處理2~3個分段，需要7~10天的時間。”

從各個方面看，井下技術的新進展充滿更多的機會。通過觀察提高鉆井效益的新舊方法，石油天然氣產業將繼續期待現有的技術，提高勘探開發工藝，很好地應用于世界石油和天然氣產區。