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新型钻井设备DAT提高页岩开采钻井性能dd-【新闻】

发布时间:2021-04-11 17:01:39 阅读: 来源:水泥仓除尘器滤芯厂家

新型钻井设备(DAT)提高页岩开采钻井性能

中国页岩气网讯:DAT (Drilling Agitator Device)作为解决高度夹层地层、低钻进速度(ROP)、屈曲、滑动、工具面控制不佳、滑钻、高扭曲和大位移钻井应用等相关问题的解决方法被广泛应用。这种钻井设备的原理是减少静摩擦力同时提供精准的钻压转移。

DAT的液压阀产生的高频压力脉冲作用在振击器泵区上,使振击器的弹簧进行压缩与反向压缩从而产生轴向机械运动。振击器产生的柔和的轴向振动带动井底钻具组合(BHA)震荡,减少摩擦并促进压力转移。钻压连续、平稳的转移到钻头上,不会产生强硬的冲击力。经证实,该工具的液压作用良好,不会对钻头、管材或其它敏感的设备造成任何损坏。因此,该工具可以被安装在标准井下设备上进行使用。

促进钻压向钻头转移可以使以下几个方面的性能的到提升:

? 恒定良性的钻压转移,可以使PDC钻头的使用寿命得到延长,测试表明钻头没有因为冲击力而发生损坏。

? 需要较低钻压。

? 随着压力的有效转移能够减少对钻杆的压迫,避免了过度疲劳和产生过度侧向力。

? 改善工具面控制。

? 提高机械钻速。

? 通过可控的数字钻井系统提升弯曲度。

? DAT组件及其运行。

DTA由以下三部分主要元件构成:

1)动力部分、阀门系统和振荡系统。动力部分是一个1:2的正向变位泥浆马达(PDM);

2)阀门系统是由动力系统驱动的一系列孔口;

3)振荡系统是一个振动工具。

动力部分是一个1:2叶片配置的正向变位泥浆马达,能够产生高频率压力脉冲(通常15-20hz)。随着泥浆通过动力部分的泵入,转子和定子之间的密封腔逐渐带动转子旋转。脉冲系统安装在PDM转子的下面部分。

阀门系统包含一个振荡阀门组合(OVA)和一个固定阀门组合(SVA),如下图所示:

OVA与定子相连,固定板固定在底堵上。由于1:2的叶片配置,当转子旋转时,OVA沿线形区域前后运动。OVA章动在流通路径中通过静止板时引起循环限制。总的流通区域(TFA)从最大变到最小,并在钻柱内产生所需的压力脉冲。

DAT温和的振动钻柱,可以降低裸眼和套管井段内的摩擦力。降低摩擦力的主要目的是减缓压力向钻头的转移。钻柱中的轴向振荡通过DAT的一系列上游压力脉冲产生。压力脉冲作用在振动工具的泵开放区,产生所需轴向运动促进钻压向钻头的转移,同时降低井底反扭矩。多数情况下,振动工具和压力脉冲设备由DAT组成。振动工具一般连接在有节钻杆上(带有旋转肩台接箍的钻杆)。在连续油管应用中,DAT产生的压力脉冲作用在灵活弹动的线圈上形成轴向弹簧,从而降低摩擦力。

振动工具需要使钻柱产生轴向振荡,从而降低井眼中摩擦力。振动工具有一个心轴,使其在轴向方向对弹簧进行加压。心轴被密封在内部钻杆压力和环空压力之间,形成泵开放区。当内部压力施加在泵开放区时,心轴拉伸。一旦压力去掉,心轴回到原来位置。振动工具一般直接安装在DAT上方,运行中通常沿轴向移动1/8到3/8距离。

DAT与其它钻柱组件的兼容性

行业中使用很多随钻测量(WMD)工具并被划分成不同的振动等级。确定井底振动等级的最常见方法是记录“震动次数”。25g或更大的加速事件发生时能够记录到震动(Rewcastle -1992, Ashley-2001)。随钻测量(WMD)工具安装时需要能够承受该震动次数。震动速率也非常重要,震动速率每秒小于10次为良好;每秒10次以上为中等风险;震动速率每秒达到60次以上存在较高风险,会导致潜在失败。

观察安装DAT和没有安装DAT的钻柱的钻井参数,发现使用DAT后钻井性能有很大提升。然而,要量化DAT与其它钻柱组件在实际井底的相互作用情况稍微困难一些。因为需要进行这类油田测试并对DAT与钻柱之间怎样互相影响并且如何影响钻井性能提供全面的深入观察。

油田测试的主要目的是量化评估DAT传送到井底钻井记录工具(DDRT)的机械力。对这些机械力的等级与其它随钻测量工具(MWD)提供的参数规格进行对比,确定DAT与MWD设备之间的兼容性。

在油田测试中应使用完全相同的钻柱(除了附加安装DAT外),几乎相同钻井深度和相似地层。此外,钻井参数尽量保持接近。因此,产生的任何性能或井下动态活动变化就可以归因于有了DAT的添加。

通过分析井下动态事件表明,与无DAT的钻井相比,DAT滑动钻井确实表现出较高的轴向和水平方向加速度。DAT运行时最大轴向加速度是4.5g,而无DAT的钻杆在滑动时加速度接近3g。两种情况下加速度都达到了峰值且两种运行状况的平均值都偏低,平均为2g。

总的来说油田测试结果比较一致,尽管带有DAT的钻柱的加速度水平高一些,但是由于增幅很低所以完全可以与钻柱上的其它组件兼容。油田测试表明,在钻柱上增加合适配置的振荡系统可以提高钻井效率而不会对钻具组合的其它方面造成损害。

DAT在页岩开发中的应用

美国的页岩钻井作业中存在各种各样的挑战,包括高度夹层的坚硬粗糙地层、通过定向和水平段时高度振动、高屈曲度、高阻力和摩擦。安装DAT可以缓解与复杂类型钻井相关的困难,降低单位成本。在德克萨斯州Johnson郡水平井应用中,使用DAT后帮助增加了31.6%的总进尺深度,机械钻速比同一油田的邻井高出30%。

 

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