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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)化的結果。此井大幅縮減了鉆井時間，即使變換實際位置，也能保持目標層百分之百完好。這分支井組在賓夕法尼亞州阿勒格尼縣匹茲堡國際機場得到延伸，它是該區(qū)域首次利用高造斜率導向系統(tǒng)（HBRSS）的鉆井之一。運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。在當前市場環(huán)境中，提高產量和改進井的經濟效益需要多井組井工廠與復雜井剖面解析。優(yōu)化井剖面通常需要較長的井段，這對摩阻和扭矩提出了新的挑戰(zhàn)。其它鉆井目標包括維持井百分之百在目標層中，且能夠在一趟鉆中鉆探豎區(qū)段、曲線區(qū)段和橫剖面。在匹茲堡國際機場附近鉆井為相關租賃邊界、增斜井段、下入點及摩阻扭矩的優(yōu)化帶來附加挑戰(zhàn)。  
鉆探曲線區(qū)段需要定向鉆進系統(tǒng)能夠持續(xù)產生所需的造斜率（BUR），以在預定下入點鉆入，接著繼續(xù)鉆探延伸區(qū)段。根據經驗和利用 HBRSS 在馬塞勒斯中鉆探分支井的最佳實踐，運營商和服務公司決定在機場附近應用這種技術。鉆井、地球科學及儲層導向專家組成了團隊。廣泛的布井設計專注于兩個目標：為未來產量創(chuàng)建最佳儲層接觸和維持鉆井效率及一致性。該專家團隊解決井底鉆具的組合（BHA）配套設計和地質導向技術，以及詳細的執(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。
 
鉆井設計
 
多學科小組決定確定以標準化方法降低 PAD1 鉆探 8¾-in 曲線與井段的成本和時間。優(yōu)化工藝過程起初以 PAD2 中的位移資料分析為重點，來確定定向鉆井、RN 技術、鉆頭和井底鉆具組合（BHA）匹配、積極鉆井參數管理和最佳實踐。典 型 的 井 設 計 包 括 批 量 鉆 探17½-in 和 12¼-in 井段，采用空氣鉆井技術真實垂直深度（TVD）分別達到 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 模型的基礎之上。8¾-in 生產井段通過層間傾斜地層達到造斜點， 其需要高狗腿度 （DLS）曲線下入和沿正確方位調整井眼軌跡。地質導向需要確保通過延伸段到達確定的總深度（TD）。在 PAD2 上的六口井進行了位移分析，它們在 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)劃兩個主要目標層。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。根據相鄰地區(qū)以往的經驗，預計早泥盆紀頁巖的地質導向將需要專門關注仰斜地層。中泥盆紀頁巖傾斜層起伏將造成位移井轉向過度。
 
井底鉆具組合
 
和鉆頭設計多學科小組決定確定標準化方法，以降低 PAD1 鉆探 8¾-in 曲線與井段的成本和時間。優(yōu)化工藝過程起初以 PAD2 中的位移資料分析為重點。HBRSS 技 術 是 該 項 目 的 關鍵 驅 動 因 素。
 
自 2011 年 以 來，CONSOL 能源公司利用貝克休斯AutoTrak 曲線 HBRSS 技術在賓夕法尼亞州、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，該技術能夠精準地在一趟鉆中鉆探垂直段、切線段和橫截面。自動閉環(huán)導向控制允許這些重要的井位進行連續(xù)導向。HBRSS 技術其它相關特征包括實時保持近鉆頭切線實傾角、BUR預測、精準下入預測和水平井過程中的 TVD 控制。除此之外，在大位移鉆井中，近鉆頭可實時上下伽瑪服務用于 RN。實時近鉆頭振動傳感器盡可能優(yōu)化鉆井參數，在不影響井眼穩(wěn)定性或工具可靠性情況下快速鉆井。
 
經證明，自動井下系統(tǒng)對馬塞勒斯頁巖地質導向至關重要，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) 和鉆進過程導致無輔助推動轉變?yōu)檩o助推動 BHA，使得井段較長，提高了機械鉆速。2013 年，輔助推動轉變 HBRSS，由 BHA 完成。鉆探阿勒格尼縣 PAD2位移井，高 速 XL/RS 馬 達 即 每 伽 0.21 轉的低速馬達，與流量的比值已成為該區(qū)域的標準。其優(yōu)勢包括低鉆頭RPM 附加鉆頭扭矩、 提高鉆井效率、保護鉆頭免受異常損壞。此馬達設計為通過高 DLS，提供附加轉動，處理擴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。對整個井底鉆具組合進行有限元分析，證實BUR 通過彎矩極限以及靜態(tài)和動態(tài)監(jiān)查，來確保最佳性能。馬 塞 勒 斯 的 PDC 鉆 頭 設 計 進展主要受鉆頭高 BUR 轉向性的影響。然而，動態(tài)和熱穩(wěn)定性、鉆孔質量、持久性和液壓都被認為是鉆井 整 體 性 能 中 的 應 用 程 序。 設 計的 PDC 鉆頭于 2014~2015 年間在用于馬塞勒斯其它區(qū)域進行鉆探。19mm 切削齒六瓣式 PDC 鉆頭和支承切削齒（AT606X）是為高 / 低造斜點和鉆通磨蝕性巖層的切線段設 計。16mm 五 葉 切 削 齒 PDC 鉆頭（AT505）為機械鉆速高和 BUR性能適宜深造斜點設計。根據經驗和 PAD2 位移資料，鉆井優(yōu)化團隊計劃在單趟鉆中鉆兩個主要段，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頁巖層，這使得其利用隨鉆伽瑪讀數很難被預測或觀察。在這些巖層中，維持適當鉆井參數以防止鉆頭損壞。橫剖面的特征讓凈化頁巖和鉆頭損壞的風險最低。HBRSS 定制 PDC 鉆頭的目標是提供持久性、穩(wěn)定性、BUR 收率一致、轉向能力優(yōu)良、可靠。
 
優(yōu)化工作流程機
 
場 項 目 團 隊 的 馬 塞 勒 斯HBRSS 鉆井知識有助于優(yōu)化工作流程， 實現最佳實踐， 包括實時流數據、相對于每個井孔井段的具體開采技術和多學科小組之間的高效溝通。實時數據傳輸使地質學家和地質導向服務（RNS）人員，根據平臺地面鉆井資料查看信息，30 秒后錄入數據庫。迅速查看信息，使界外工作人員快速觀察參數之間的趨勢，在事后調查之前預測明顯的傾斜地層，進行調整保持分配地質目標窗。地質導向服務提供更新數據，顯示鉆頭相關目標窗和目的層的準確位置。這些更新數據也顯示了有關地層運動的明顯傾斜或出現的鉆井問題。