周頡/譯
工具中的新型馬達(dá)和管道涂層旨在在炎熱堅(jiān)硬的巖石中鉆井，而優(yōu)化的鉆頭延長(zhǎng)了鍛造井的使用壽命
地?zé)崮懿粌H是地球上最大的潛在可再生能源，也是使用最少的。然而，隨著石油和天然氣行業(yè)加強(qiáng)脫碳工作，地?zé)崾袌?chǎng)正在崛起，各公司越來(lái)越多地將地?zé)崮芤暈槠錅p排戰(zhàn)略的重要組成部分。雷斯塔能源公司預(yù)計(jì)，到2030年，地?zé)岚l(fā)電的裝機(jī)容量將幾乎翻一番，達(dá)到近320億瓦。
傳統(tǒng)的地?zé)嵘a(chǎn)技術(shù)，如熱液技術(shù)，在地理上局限于具有天然地下儲(chǔ)層的區(qū)域。這些水庫(kù)的溫度很低，通常為200攝氏度(392華氏度)，限制了它們的發(fā)電潛力。
非常規(guī)地?zé)豳Y源是通過(guò)增強(qiáng)型地?zé)嵯到y(tǒng)(EGS)和高級(jí)地?zé)嵯到y(tǒng)(AGS)生產(chǎn)的，前者依靠對(duì)流，后者是依靠傳導(dǎo)的閉環(huán)系統(tǒng)。這些工程儲(chǔ)層鉆入溫度超過(guò)300°C(572°F)的磨蝕性花崗巖地層。
技術(shù)進(jìn)步是將地?zé)崮軓囊粋€(gè)小眾角色轉(zhuǎn)變?yōu)榘踩?、可靠、可廣泛獲取的熱能和基荷電能的主流供應(yīng)商的關(guān)鍵因素。由于地?zé)徙@井成本約占項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的50%,該行業(yè)正在尋找更經(jīng)濟(jì)的方法，利用從石油和天然氣行業(yè)轉(zhuǎn)移的最新技術(shù)、知識(shí)和技能來(lái)獲得熱源。
NOV在應(yīng)用成熟的石油和天然氣鉆井技術(shù)以幫助推進(jìn)和擴(kuò)大EGS和AGS方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。它正在開(kāi)發(fā)延長(zhǎng)井底鉆具組合(BHA)部件和敏感電子設(shè)備壽命的技術(shù)，方法是將鉆井液保持在較低的循環(huán)溫度下，提高在熱硬巖石中的機(jī)械鉆速(ROP ),同時(shí)延長(zhǎng)鉆頭切削結(jié)構(gòu)的耐久性，以最大限度地減少鉆頭起下鉆和維護(hù)。
絕緣鉆桿涂層
許多BHA組件和電子傳感器的設(shè)計(jì)不能承受極端的井下溫度以及地?zé)岷投ㄏ蜚@井應(yīng)用的惡劣環(huán)境。NOV的Tuboscope業(yè)務(wù)部門(mén)基于該公司最初為石油和天然氣行業(yè)開(kāi)發(fā)的技術(shù)，為地?zé)徙@井創(chuàng)造了一種新穎的溫度控制解決方案。TK-340TC是一種絕緣鉆桿涂層，可保持鉆井液溫度較低，以保護(hù)鉆具免受高溫相關(guān)故障的影響。
該涂層保留了在腐蝕性油氣環(huán)境中延長(zhǎng)管材壽命的相同特性，即可靠的防腐蝕、防磨損和防沉積保護(hù)，同時(shí)提高液壓效率以降低泵送馬力。它還包括最大限度降低熱傳導(dǎo)、降低通過(guò)鉆柱的熱傳遞率、保持鉆井液溫度較低以及在鉆桿到達(dá)地面的過(guò)程中保持更多熱量的技術(shù)。
在新墨西哥州的一口試驗(yàn)井中，一位地?zé)嶙鳂I(yè)者向溫度高達(dá)250°C(482°F)的儲(chǔ)層中鉆了18，000英尺(5，486米)。使用隔熱涂層鉆桿時(shí)，鉆井液溫度從未超過(guò)95°C(203°F)，遠(yuǎn)低于作業(yè)者為防止BHA損害而設(shè)定的120°C(248°F)的目標(biāo)溫度。
此外，NOV的Tundra Max閉環(huán)泥漿冷卻器增強(qiáng)了溫度控制，進(jìn)一步延長(zhǎng)了井下工具壽命，同時(shí)最大限度地降低了HSE風(fēng)險(xiǎn)。該全自動(dòng)系統(tǒng)采用雙板組件熱交換器、鼓風(fēng)和冷卻器技術(shù)，在單程中連續(xù)冷卻鉆井液。此外，該系統(tǒng)不需要恒定的水源，提高了地?zé)徙@井作業(yè)的效率、可靠性和環(huán)境可持續(xù)性。
保護(hù)井下設(shè)備
地?zé)釕?yīng)用容易產(chǎn)生井下振動(dòng)和鉆井功能障礙，這可能對(duì)定向和測(cè)量工具有害。NOV在R&D以及耐用可靠的井下工具的工程開(kāi)發(fā)方面投入巨資，以延長(zhǎng)鉆井間隔。
具有增強(qiáng)定子材料的井下馬達(dá)通過(guò)產(chǎn)生高扭矩輸出和可靠性為BHA提供了魯棒性。Vector系列井下馬達(dá)提供高鉆壓(WOB)能力、高離底和在底能力、短鉆頭彎曲以實(shí)現(xiàn)更好的方向控制，以及高扭矩/高溫功率段。
鉆井馬達(dá)包括下一代萬(wàn)向節(jié)設(shè)計(jì)，具有堅(jiān)固的泥漿潤(rùn)滑軸承組，結(jié)合NOV專利的驅(qū)動(dòng)軸設(shè)計(jì)。這種傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)有助于通過(guò)樞軸點(diǎn)處的平面從動(dòng)力部分無(wú)縫傳遞扭矩，從而實(shí)現(xiàn)最大的可靠性和高扭矩處理能力。
傳動(dòng)系統(tǒng)包括由泥漿潤(rùn)滑軸承組支撐的高強(qiáng)度軸承心軸。軸承組具有定制的空間，允許推力組上的精確預(yù)載，最大化軸承組件處理軸向載荷的能力。還有一個(gè)選項(xiàng)添加近鉆頭穩(wěn)定，這提高了建設(shè)率，穩(wěn)定性和可操控性。
此外，該電機(jī)與新型鉆井?dāng)嚢杵飨到y(tǒng)和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)緩解工具相結(jié)合，通過(guò)減少與振動(dòng)相關(guān)的工具故障和延長(zhǎng)鉆井間隔，提高了BHA的效率。 對(duì)于一個(gè)或多個(gè)分支井連接兩個(gè)垂直井的閉環(huán)地?zé)嵯到y(tǒng)，NOV的AgitatorZP系統(tǒng)可以減少摩擦，并將更多重量轉(zhuǎn)移到鉆頭上，從而提高機(jī)械鉆速和鉆井效率。該工具在井下產(chǎn)生破壞摩擦的軸向力，而不需要對(duì)鉆井系統(tǒng)產(chǎn)生壓力脈沖或額外的壓降。由于整個(gè)系統(tǒng)的壓力降為零，泥漿泵的運(yùn)行效率更高，從而減少了燃料消耗和二氧化碳排放。
它的設(shè)計(jì)使操作者能夠最大限度地提高側(cè)向井段最深處的作業(yè)流量，同時(shí)獲得工具的最大輸出。保持最大流量可顯著改善長(zhǎng)側(cè)向井段的作業(yè)，因?yàn)檫@樣可以最大化馬達(dá)壓差，從而保持較高的機(jī)械鉆速。
同時(shí)，PosiTrack扭轉(zhuǎn)振動(dòng)緩解工具旨在管理WOB的同時(shí)，吸收和緩解工具上方和下方的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。該工具使用獲得專利的壓力補(bǔ)償伸縮機(jī)構(gòu)，吸收粘滑、高頻扭轉(zhuǎn)振動(dòng)、鉆頭過(guò)度嚙合和不一致的重量轉(zhuǎn)移引起的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)和震動(dòng)。額定溫度為230°C(450°F ),扭轉(zhuǎn)振動(dòng)緩解工具保護(hù)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)和隨鉆測(cè)量工具免受振動(dòng)和潛在故障的影響。
優(yōu)化的鉆頭
堅(jiān)硬和磨蝕性地層是地?zé)峋谐Ｒ?jiàn)的火成巖和火山巖的特征。當(dāng)在這些地層中鉆井時(shí)，高WOB需求產(chǎn)生摩擦能量，這可能導(dǎo)致切削元件損壞并抑制鉆頭性能。NOV的ReedHycalog業(yè)務(wù)部門(mén)開(kāi)發(fā)了Phoenix系列高性能PDC鉆頭，配有ION+刀具，可承受惡劣的高溫環(huán)境，在抗壓強(qiáng)度更高的堅(jiān)硬巖石中鉆得更快、更遠(yuǎn)。
圖1 Phoenix PDC鉆頭具有熱穩(wěn)定的離子切削齒，可在高溫堅(jiān)硬的巖石中鉆得更快、更遠(yuǎn)。
Phoenix鉆頭通過(guò)增強(qiáng)的切削深度控制降低了扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)，從而提高了井位精度，同時(shí)減少了設(shè)備的磨損，并最大限度地降低了工具故障和不穩(wěn)定性的風(fēng)險(xiǎn)。ION+ PDC刀具技術(shù)包括特定用途的刀具等級(jí)，這些刀具等級(jí)結(jié)合了精煉的金剛石進(jìn)給、非平面界面和更厚的金剛石臺(tái)，具有增強(qiáng)的熱穩(wěn)定性，從而提高了耐用性和耐磨性。
個(gè)案研究
ReedHycalog在猶他州美國(guó)能源部(DOE)地?zé)崮茉囱芯?FORGE)項(xiàng)目前沿觀測(cè)站測(cè)試了鉆頭選擇過(guò)程。與能源部就地?zé)徙@井環(huán)境的性質(zhì)和預(yù)期挑戰(zhàn)進(jìn)行的初步討論產(chǎn)生了油井的最佳鉆頭設(shè)計(jì)。
先前油井的先進(jìn)刀具測(cè)試和故障分析有助于確定最適合特定巖石成分和所用驅(qū)動(dòng)類型的形狀、金剛石等級(jí)、鉆頭體和倒角類型。由此產(chǎn)生的系統(tǒng)性改進(jìn)有助于減輕類似的鉆頭失效風(fēng)險(xiǎn)，從而以更高的ROPs更可靠地鉆探更長(zhǎng)的井段。
基于前期的鉆頭分析和設(shè)計(jì)工作，ReedHycalog建造了一個(gè)9.5英寸的鉆頭。菲尼克斯TKC83鉆頭，用于鍛井測(cè)試。這口試驗(yàn)井反映了之前鉆探的一口井，真實(shí)垂直深度偏移為300英尺(91米)，曲線為5 /100英尺(30米)，到達(dá)目標(biāo)層的切線角為65°，井底溫度范圍為220°C至230°C(428°F至446°F)。
鉆井遵循德克薩斯A&M大學(xué)研究人員開(kāi)發(fā)的限制器重新設(shè)計(jì)工作流程，以確定和解決限制建井過(guò)程效率的因素。在此工作流程中，ReedHycalog通過(guò)分析數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)保持參與狀態(tài)，并通過(guò)日常鈍化和重新設(shè)計(jì)鉆頭來(lái)重新分配刀具磨損，提高侵略性，并對(duì)刀具等級(jí)和形狀進(jìn)行迭代更改。
這種優(yōu)化的設(shè)計(jì)工作流程提高了鉆頭壽命和機(jī)械鉆速，同時(shí)減少了鉆井時(shí)間和成本。之前的油井記錄的鉆頭總井底時(shí)間為312.3小時(shí)，而增強(qiáng)型Phoenix鉆頭將井底時(shí)間減少了63%，僅為115.6小時(shí)。此外，新鉆頭鉆穿500英尺(152米)的花崗巖，平均鉆速為109英尺/小時(shí)(33米/小時(shí))，無(wú)需更換或維修。
通過(guò)將資源引入研究和開(kāi)發(fā)可以在炎熱、堅(jiān)硬的巖石環(huán)境中運(yùn)行的專用解決方案，NOV旨在提高效率、降低成本，并實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的非常規(guī)地?zé)豳Y源的獲取，其中精確鉆井至關(guān)重要。專注于推動(dòng)地?zé)徙@井技術(shù)極限的投資和工程努力水平凸顯了創(chuàng)新在推進(jìn)和釋放這一重要可再生能源領(lǐng)域的真正潛力方面發(fā)揮的關(guān)鍵作用。
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