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CONSOL 能 源 公 司 和貝克休斯公司在馬塞勒 斯（Marcellus）頁巖中的“Mile-a-Day”井是水平井優(yōu)化的結(jié)果。此井大幅縮減了鉆井時(shí)間，即使變換實(shí)際位置，也能保持目標(biāo)層百分之百完好。這分支井組在賓夕法尼亞州阿勒格尼縣匹茲堡國際機(jī)場得到延伸，它是該區(qū)域首次利用高造斜率導(dǎo)向系統(tǒng)（HBRSS）的鉆井之一。運(yùn)營商在馬塞勒斯面臨的挑戰(zhàn)是地貌和限制施工的環(huán)境制約。在當(dāng)前市場環(huán)境中，提高產(chǎn)量和改進(jìn)井的經(jīng)濟(jì)效益需要多井組井工廠與復(fù)雜井剖面解析。優(yōu)化井剖面通常需要較長的井段，這對(duì)摩阻和扭矩提出了新的挑戰(zhàn)。其它鉆井目標(biāo)包括維持井百分之百在目標(biāo)層中，且能夠在一趟鉆中鉆探豎區(qū)段、曲線區(qū)段和橫剖面。在匹茲堡國際機(jī)場附近鉆井為相關(guān)租賃邊界、增斜井段、下入點(diǎn)及摩阻扭矩的優(yōu)化帶來附加挑戰(zhàn)。  
鉆探曲線區(qū)段需要定向鉆進(jìn)系統(tǒng)能夠持續(xù)產(chǎn)生所需的造斜率（BUR），以在預(yù)定下入點(diǎn)鉆入，接著繼續(xù)鉆探延伸區(qū)段。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和利用 HBRSS 在馬塞勒斯中鉆探分支井的最佳實(shí)踐，運(yùn)營商和服務(wù)公司決定在機(jī)場附近應(yīng)用這種技術(shù)。鉆井、地球科學(xué)及儲(chǔ)層導(dǎo)向?qū)＜医M成了團(tuán)隊(duì)。廣泛的布井設(shè)計(jì)專注于兩個(gè)目標(biāo)：為未來產(chǎn)量創(chuàng)建最佳儲(chǔ)層接觸和維持鉆井效率及一致性。該專家團(tuán)隊(duì)解決井底鉆具的組合（BHA）配套設(shè)計(jì)和地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)，以及詳細(xì)的執(zhí)行通信工作流程，在一趟鉆中鉆探高造斜率曲線和延伸區(qū)段剖面。
 
鉆井設(shè)計(jì)
 
多學(xué)科小組決定確定以標(biāo)準(zhǔn)化方法降低 PAD1 鉆探 8¾-in 曲線與井段的成本和時(shí)間。優(yōu)化工藝過程起初以 PAD2 中的位移資料分析為重點(diǎn)，來確定定向鉆井、RN 技術(shù)、鉆頭和井底鉆具組合（BHA）匹配、積極鉆井參數(shù)管理和最佳實(shí)踐。典 型 的 井 設(shè) 計(jì) 包 括 批 量 鉆 探17½-in 和 12¼-in 井段，采用空氣鉆井技術(shù)真實(shí)垂直深度（TVD）分別達(dá)到 600 英尺和 2,200 英尺。井眼軌跡建立在摩阻扭矩模型、液壓分析和定制 RN 模型的基礎(chǔ)之上。8¾-in 生產(chǎn)井段通過層間傾斜地層達(dá)到造斜點(diǎn)， 其需要高狗腿度 （DLS）曲線下入和沿正確方位調(diào)整井眼軌跡。地質(zhì)導(dǎo)向需要確保通過延伸段到達(dá)確定的總深度（TD）。在 PAD2 上的六口井進(jìn)行了位移分析，它們?cè)?PAD1 之前快速鉆探，以確定集中的主要區(qū)域和潛在性 能 制 約。 以 500-ft TVD 差 異規(guī)劃兩個(gè)主要目標(biāo)層。在 8¾-in 井段中執(zhí)行的 2D 和 3D 井眼軌跡中有 不 同 的 BUR， 從 8 °/100ft 到10°/100ft，在早泥盆世 ( 萊茵伊斯特和伯格特頁巖 ) 和中泥盆世 ( 馬塞勒斯頁巖 ) 地層中形成水平段。根據(jù)相鄰地區(qū)以往的經(jīng)驗(yàn)，預(yù)計(jì)早泥盆紀(jì)頁巖的地質(zhì)導(dǎo)向?qū)⑿枰獙ｉT關(guān)注仰斜地層。中泥盆紀(jì)頁巖傾斜層起伏將造成位移井轉(zhuǎn)向過度。
 
井底鉆具組合
 
和鉆頭設(shè)計(jì)多學(xué)科小組決定確定標(biāo)準(zhǔn)化方法，以降低 PAD1 鉆探 8¾-in 曲線與井段的成本和時(shí)間。優(yōu)化工藝過程起初以 PAD2 中的位移資料分析為重點(diǎn)。HBRSS 技 術(shù) 是 該 項(xiàng) 目 的 關(guān)鍵 驅(qū) 動(dòng) 因 素。
 
自 2011 年 以 來，CONSOL 能源公司利用貝克休斯AutoTrak 曲線 HBRSS 技術(shù)在賓夕法尼亞州、俄亥俄州和西維吉尼亞州鉆井 100 萬英尺，除了曲線區(qū)段所需的高狗腿度外，該技術(shù)能夠精準(zhǔn)地在一趟鉆中鉆探垂直段、切線段和橫截面。自動(dòng)閉環(huán)導(dǎo)向控制允許這些重要的井位進(jìn)行連續(xù)導(dǎo)向。HBRSS 技術(shù)其它相關(guān)特征包括實(shí)時(shí)保持近鉆頭切線實(shí)傾角、BUR預(yù)測、精準(zhǔn)下入預(yù)測和水平井過程中的 TVD 控制。除此之外，在大位移鉆井中，近鉆頭可實(shí)時(shí)上下伽瑪服務(wù)用于 RN。實(shí)時(shí)近鉆頭振動(dòng)傳感器盡可能優(yōu)化鉆井參數(shù)，在不影響井眼穩(wěn)定性或工具可靠性情況下快速鉆井。
 
經(jīng)證明，自動(dòng)井下系統(tǒng)對(duì)馬塞勒斯頁巖地質(zhì)導(dǎo)向至關(guān)重要，受地層傾斜快速變化的影響。2011 年至 2013 年期間，井底鉆具組合（BHA) 和鉆進(jìn)過程導(dǎo)致無輔助推動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)檩o助推動(dòng) BHA，使得井段較長，提高了機(jī)械鉆速。2013 年，輔助推動(dòng)轉(zhuǎn)變 HBRSS，由 BHA 完成。鉆探阿勒格尼縣 PAD2位移井，高 速 XL/RS 馬 達(dá) 即 每 伽 0.21 轉(zhuǎn)的低速馬達(dá)，與流量的比值已成為該區(qū)域的標(biāo)準(zhǔn)。其優(yōu)勢(shì)包括低鉆頭RPM 附加鉆頭扭矩、 提高鉆井效率、保護(hù)鉆頭免受異常損壞。此馬達(dá)設(shè)計(jì)為通過高 DLS，提供附加轉(zhuǎn)動(dòng)，處理擴(kuò)展性能極限所需的高壓差。
 
此外，HBRSS 上方的非磁性穩(wěn)定器由 PAD1 和 PAD2 的高等級(jí)非磁性固定穩(wěn)定器組成，以提高系統(tǒng)通過高 DLS 井眼的靈活性。對(duì)整個(gè)井底鉆具組合進(jìn)行有限元分析，證實(shí)BUR 通過彎矩極限以及靜態(tài)和動(dòng)態(tài)監(jiān)查，來確保最佳性能。馬 塞 勒 斯 的 PDC 鉆 頭 設(shè) 計(jì) 進(jìn)展主要受鉆頭高 BUR 轉(zhuǎn)向性的影響。然而，動(dòng)態(tài)和熱穩(wěn)定性、鉆孔質(zhì)量、持久性和液壓都被認(rèn)為是鉆井 整 體 性 能 中 的 應(yīng) 用 程 序。 設(shè) 計(jì)的 PDC 鉆頭于 2014~2015 年間在用于馬塞勒斯其它區(qū)域進(jìn)行鉆探。19mm 切削齒六瓣式 PDC 鉆頭和支承切削齒（AT606X）是為高 / 低造斜點(diǎn)和鉆通磨蝕性巖層的切線段設(shè) 計(jì)。16mm 五 葉 切 削 齒 PDC 鉆頭（AT505）為機(jī)械鉆速高和 BUR性能適宜深造斜點(diǎn)設(shè)計(jì)。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和 PAD2 位移資料，鉆井優(yōu)化團(tuán)隊(duì)計(jì)劃在單趟鉆中鉆兩個(gè)主要段，為 PAD1 的曲線區(qū)段和橫向段。曲線區(qū)段的特征是嵌入磨料粉砂和軟質(zhì)頁巖層，這使得其利用隨鉆伽瑪讀數(shù)很難被預(yù)測或觀察。在這些巖層中，維持適當(dāng)鉆井參數(shù)以防止鉆頭損壞。橫剖面的特征讓凈化頁巖和鉆頭損壞的風(fēng)險(xiǎn)最低。HBRSS 定制 PDC 鉆頭的目標(biāo)是提供持久性、穩(wěn)定性、BUR 收率一致、轉(zhuǎn)向能力優(yōu)良、可靠。
 
優(yōu)化工作流程機(jī)
 
場 項(xiàng) 目 團(tuán) 隊(duì) 的 馬 塞 勒 斯HBRSS 鉆井知識(shí)有助于優(yōu)化工作流程， 實(shí)現(xiàn)最佳實(shí)踐， 包括實(shí)時(shí)流數(shù)據(jù)、相對(duì)于每個(gè)井孔井段的具體開采技術(shù)和多學(xué)科小組之間的高效溝通。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸使地質(zhì)學(xué)家和地質(zhì)導(dǎo)向服務(wù)（RNS）人員，根據(jù)平臺(tái)地面鉆井資料查看信息，30 秒后錄入數(shù)據(jù)庫。迅速查看信息，使界外工作人員快速觀察參數(shù)之間的趨勢(shì)，在事后調(diào)查之前預(yù)測明顯的傾斜地層，進(jìn)行調(diào)整保持分配地質(zhì)目標(biāo)窗。地質(zhì)導(dǎo)向服務(wù)提供更新數(shù)據(jù)，顯示鉆頭相關(guān)目標(biāo)窗和目的層的準(zhǔn)確位置。這些更新數(shù)據(jù)也顯示了有關(guān)地層運(yùn)動(dòng)的明顯傾斜或出現(xiàn)的鉆井問題。