下载文档原格式
国外页岩气水力压裂技术及工具一览页岩储层具有超低孔低渗特性，钻完井后需要压裂改造后才得到经济产量。
国外油田服务公司最新工具达到了很高水平，水平井裸眼封隔器投球滑套分段压裂技术用高强度低密度球级差达到1/16in，封隔器耐压差达到70MPa，TAM公司自膨胀封隔器最高可达302 °C ；泵送桥塞射孔分段压裂技术所用桥塞可分为：堵塞式、单流阀式和投球式复合桥塞，桥塞耐压差达103.4MPa，耐温232 °C ；哈里伯顿CobraMax H连续油管喷射工具系统，目前最多达到44段。
这些为国内页岩气水力压裂完井方式与压裂工具的选用打下基础。
从应用工具角度看，分段压裂工艺方面主要包括：水平井裸眼封隔器投球滑套分段压裂技术，泵送桥塞分段压裂技术，水力喷射分段压裂技术。
从压裂工具方面分析，目前页岩气压裂技术有可膨胀封隔器/裸眼封隔器+滑套多级压裂，泵送桥塞射孔压裂联作多级压裂，水力喷射压裂等。
在美国的页岩气开发技术中，可膨胀封隔器/裸眼封隔器+滑套多级压裂，泵送桥塞射孔压裂联作多级压裂技术比较成熟，使用比较广泛，可适用于较长的水平段；水力喷射压裂可实现准确定位喷射，无需机械封隔，节省作业时间，非常适合用于裸眼井、筛管井以及套管中井。
1、水平井裸眼封隔器投球滑套多级压裂系统封隔器投球滑套多级压裂技术一般采用可膨胀封隔器或者裸眼封隔器分段封隔。
根据页岩气储层开发的需要，使用封隔器将水平井段分隔成若干段，水力压裂施工时水平段最趾端滑套为压力开启式滑套，其它滑套通过投球打开，从水平段趾端第二级开始逐级投球，进行有针对性的压裂施工。
水平裸眼井多级压裂目前已经是北美页岩气压裂开采主要技术手段，并越来越受到作业者的欢迎。
水平井多级压裂技术关键在于封隔器（压裂封隔器和可膨胀封隔器）和滑套可靠性和安全性能，尤其是管外封压裂管柱的可膨胀封隔器和开启滑套的高强度低密度球材料决定技术的成功与否。
目前国外油田服务公司都有自己成熟的工具，高强度低密度球级差达到1/16in，封隔器耐压差达到70MPa，TAM公司耐高温自膨胀封隔器最高可达30 °C 。
在石油和地质钻井中，扩眼技术通常用于解决地层蠕变和岩层不稳定引起的缩经，以及深井、超深井中小井眼环空间隙过小造成后期作业困难等问题。
国外著名的石油服务公司已经拥有了随钻扩眼系列的成熟产品和工具，国内对于随钻扩眼工具的研究处于起步阶段。
一、随钻扩眼工具的优点及分类1.随钻扩眼工具优点（1）实现小间隙套管固井。
在深海、高温高压井、多层套管井等高成本钻井环境中，为最大限度地增大产层段的井眼尺寸，井下扩眼后采用小间隙套管程序。
（2）提高固井质量。
应用井下扩眼技术能够增大裸眼与套管之间的环空间隙，显著地提高固井质量，给后续的完井作业和采油作业提供有利的条件。
（3）解决缩径井段钻井问题。
井下随钻扩眼工具可以扩大盐膏层井段的井眼，以抵消盐膏层蠕变和挤压所造成的缩径位移，增大水泥环厚度，保护套管。
（4）支撑钻完井新工艺技术。
如膨胀管技术、套管钻井技术和多分支井技术等，都需要增大井眼尺寸以保证工艺的实现。
2.随钻扩眼工具分类随钻扩眼工具按其扩眼原理大致可以分为扩张式和固定翼式等。
固定翼式扩眼器主要是指双心钻头，由领眼钻头和扩眼刀翼等组成，领眼钻头钻出直径较小的领眼，然后通过扩眼刀翼将领眼扩大到设计要求的直径的井眼。
扩张式随钻扩眼工具按其执行机构动作原理则可以分为机械式和液压式。
相比较而言，扩张式随钻扩眼工具的执行机构即可更换式刀翼，可以按照工艺需要张开或者收回，其扩眼尺寸范围更广、井壁更规则光滑。
二、国外随钻扩眼工具现状及应用随钻扩眼工具的基本结构主要由三部分构成，即控制机构、扩眼总成和本体。
其中本体与上下钻具相连，同时承载执行机构和扩眼总成；控制机构主要是通过一定的方式控制扩眼总成的启动与停止；扩眼总成即执行机构主要包括刀翼等，完成破岩扩眼作业。
1.威德福Rip Tide扩眼工具威德福扩眼器分为上、下两短节。
上短节为控制部分，下短节为扩眼器部分，上部分可通过两种方式控制动作，即投球和RFID，RFID通过无线电讯号控制扩眼器开闭时，泵送一个小型的射频发射器到扩眼器，使扩眼器控制部分接收到“开”或者“闭”的指令。
Para Bow 水泥伞固井一、介绍理想状态具有代表性的情况Para Bow固井工具Para Bow固井工具用于裸眼井或者套管井中精确放置水泥塞。
它将伞状结构工具放置于不规则的井眼中，以阻止重的水泥浆穿过较轻的泥浆。
Para Bow固井工具由两部分组成：Para Bow送入工具和Para Bow水泥伞。
Para Bow送入工具是用来将水泥伞送到井眼的预订位置，并将水泥伞展开。
Para Bow水泥伞由2个头对头（在井眼中方向相反）的伞状结构组成，形成一个临时性的堵塞器。
二、特征及优点特征：•One Connection Hook-up 一次性组装到位•Simple and reliable construction 结构简单/可靠•Simple one trip hydraulic operation 只需要一趟钻•Fully Drillable with PDC Bit PDC钻头可钻优点：•Dramatically improves the odds of placing the cement plug at the desired location能够非常明显的提高在需要的位置布置水泥塞的可能性•Less waiting on cement time. 减少等待固井的时间•Reduces mud-conditioning time. 减少处理泥浆的时间•One Ball Drop Operation 仅需要一次投球三、作业程序•检查工具，下钻（1）请注意不要在上下腔体打背钳，也不要在顶部短节的上循环孔处打钳子（2）每下入20-50柱缓慢开泵循环一次，不要超过5BPM的排量，一旦超过的会可能会提前将Para Bow水泥伞挤出来（3）在裸眼井段或者斜井段，一边以2-3 BPM的排量进行循环一边下钻•下钻至预订井深到达预定井深以后，开泵循环处理井眼。
如果需要的排量大于5BPM的话，最好是先将Para Bow水泥伞挤出去，然后上体10ft后再循环。
Baker Hughes INTEQ䕉⩗⩤㏳㘸ۡ 83%&䕉⩗ऀ⩤ᱩ㘸ۡ 83$⩗ᝦڻP/N 750-500-113 Rev. D April 15, 2002ConfidentialBaker Hughes INTEQProduct Launch GroupP.O. Box 670968Houston, Tx. 77267-0968USA713-625-46941.通用脉冲器1.1通用脉冲器简介通用脉冲器是一种最早应用于小井眼钻井的励磁驱动脉冲器，但现在已应用于大井眼钻井领域。
通用脉冲器主要由主阀组件和驱动组件构成，可以适用于涡轮发电机系统（UP-UPU或UPA）或者NaviTrak电池系统（UPB），两者都需要配备已替代了NaviTrak PDM脉冲系统的励磁驱动电路模块。
当使用NaviTrak185 MWD系统时，不需要包含了主模块、驱动模块、振动侦测设备的励磁驱动电路模块。
1.2工作原理通用脉冲器在井下工作时有三种状态，即正常打开（待命）、驱动组件加电（先导阀关闭）和驱动组件断电（先导阀打开）状态。
1.2.1通用脉冲器正常打开（待命）：钻井液通过钻柱向下到达主阀组件，在主阀组件，一部分流体通过进口的筛屏转入主阀体内，其余的流体从限流环和主阀体（主阀头）之间空隙通过。
一部分流体通过进口的筛屏转入主阀体内，因此，流经主阀体内的流体的速度取决于限流环的过流面积。
流入主阀体内的流体向下到达先导阀座，从驱动组件波纹管罩上6个泄流孔流出。
1.2.2驱动组件加电（先导阀关闭）当励磁驱动电路给驱动组件线圈供电时，驱动组件铁芯在电磁力作用下与线圈极板吸合，使得驱动轴和先导阀伸出，驱动组件的电磁力不是线性的，当铁芯接近线圈极板时，电磁力显著增大。
这种成倍增大的力是克服先导阀趋近于截断先导阀座的流体产生的阻力所必需的。
当流体被截止时，主阀体内的压力几乎瞬间增大，使得主阀体内部和主阀体外部主阀头下方区域产生了很高的压差。
最新随钻声波测井仪器的技术性能近年来，声波测井技术已成功应用于随钻测量(MWD)和随钻测井(LWD)中。
随钻声波测井技术为钻井施工和储层评价提供了全面的数据支持和测井解释。
目前，国外三大公司分别推出了最新的随钻声波仪器，它们分别是贝克休斯公司的APX随钻声波测井仪，哈里波顿Sperry Drilling Service公司研制的双模式随钻声波测井仪器（BAT）和斯伦贝谢公司研制的新一代随钻声波仪器sonicVISION。
下面我们对三种仪器的性能分别进行介绍和对比。
1．APX随钻声波测井仪APX随钻声波测井仪由贝克休斯公司INTEQ公司生产，其结构简图见图1。
该仪器声源以最佳频率向井眼周围地层发射声波，声波在沿井壁传播的过程中被接收器检测并接收。
接收器采用了先进的嵌入技术，将接收到的声波模拟信号转换为数字信号，以获取地层声波时差(△t)，而后将原始声波波形数据和预处理的声波波形数据存储在高速存储器内。
仪器的主要技术性能●计算机模型(FEA)：该模型是为声学仪器的优化配置而设计，同时具备有助于不同窗口模式的评价和解释。
●全向发射器：与典型的LWD仪器等单向的有线测井仪不同，APX发射器使用一组圆柱形压电晶体，对井眼和周围地层提供3600的覆盖范围，其声源能够在10～18，000Hz频率范围内调频，并可以单极子和偶极子发射。
●全向接收器阵列：6×4接收器阵列，间距228.6mm。
这种全向结构类似于XMAC电缆测井系统，接收器阵列与声源排成一条线，以实现径向多极子声波激发。
●接收器。
该仪器的声源具有优化发射频率功能，其接收器有几个比仪器本身信号低很多的波段，可以显著减少接收器及钻柱连接的干扰。
在关掉发射源的情况下，该仪器测试到的信号主要来自于频率低于5KHz的PDC钻头噪音。
●较大的动力范围。
该仪器具有较大的信号采集动力范围，能够显著提高信号穿越地层的能力，有助于信号的提取。
●四极子波技术。
首次采用四极子波发射技术，同时兼容单极子和偶极子的信号发射和接收。
JMSR页岩油水平井优快钻井关键技术摘要:JMSP油田页岩油钻进过程中面临井眼轨迹控制难度大、易发井漏、井壁稳定性差、造斜至水平段存在托压、摩阻扭矩大等技术难题，影响了页岩油的勘探开发效益。
为提高长水平段钻井技术水平，首先对不同的技术难题进行原因分析，针对问题并结合现场实际情况提出了优化井深结构、旋转导向控制井眼轨迹、设计激进式水力参数、优化泥浆性能、优选钻井提速工具等技术措施，提高了钻进效率，形成了JMSP页岩油长水平段优快钻井技术，并在10口页岩油水平井进行了现场应用，水平段平均机械钻速提高17%，创造了JMSP油田多项记录。
研究与应用表明，JMSP页岩油长水平段优快钻井技术提高了钻井效率，也为国内页岩油长水平段高效钻进提供了借鉴和指导。
关键词：页岩油；水平井；长水平段；钻井；油基钻井液；JMSP凹陷概述JMSP油田位于ZGR盆地东部JMSP凹陷，属于典型的页岩油油藏，自上而下依次为第四系，新近系，古近系，白垩系吐谷鲁组，侏罗系齐古组、头屯河组、西山窑组、三工河组、八道湾组，三叠系克拉玛依组、烧房沟组、韭菜园组，二叠系梧桐沟组、芦草沟组等层位。
主要储层为二叠系芦草沟组，已落实共控储量超xx亿吨，已成为国内首个规模化开发的陆源碎屑沉积页岩油藏，已获批建立国家页岩油勘探开发示范区，旨在示范中国陆相页岩油资源的规模效益建产[1-3]。
JMSP页岩油是实现XJ油田持续上产规划目标的重点领域，按照十三五规划要求，XJ油田原油产量至2025年达到XXXX万吨。
其中JMSP页岩油产量达到XXX万吨以上，将有力支撑规划目标的实现[4-8]。
该区域在钻井过程中，存在井漏、井壁失稳、定向托压等难题，制约了钻井效率。
为此，优化了井深结构、井眼轨迹控制、钻井参数，优选了钻井设备和提速工具，制定了一系列技术措施，形成了JMSP页岩油水平井优快钻井关键技术，并进行了现场试验且效果良好，值得在该区域推广应用。
1、长水平段技术难点分析JMSP页岩油水平井垂深3500~3800m，水平井井深超过5500m、水平段长超过1500m、裸眼段长超过3000m，平均钻井周期77.85d，建井周期88.83d，平均机械钻速9.26m/h。
井眼清洗工具© 2012 BAKER HUGHES INCORPORATED. ALL RIGHTS RESERVED. TERMS AND CONDITIONS OF USE: BY ACCEPTING THIS DOCUMENT, THE RECIPIENT AGREES THAT THE DOCUMENT TOGETHER WITH ALL INFORMATION INCLUDED THEREIN IS THE CONFIDENTIAL AND PROPRIETARY PROPERTY OF BAKER HUGHES INCORPORATED AND INCLUDES VALUABLE TRADE SECRETS AND/OR PROPRIETARY INFORMATION OF BAKER HUGHES (COLLECTIVELY "INFORMATION"). BAKER HUGHES RETAINS ALL RIGHTS UNDER COPYRIGHT LAWS AND TRADE SECRET LAWS OF THE UNITED STATES OF AMERICA AND OTHER COUNTRIES. THE RECIPIENT FURTHER AGREES THAT THE DOCUMENT MAY NOT BE DISTRIBUTED, TRANSMITTED, COPIED OR REPRODUCED IN WHOLE OR IN PART BY ANY MEANS, ELECTRONIC, MECHANICAL, OR OTHERWISE, WITHOUT THE EXPRESS PRIOR WRITTEN CONSENT OF BAKER HUGHES, AND MAY NOT BE USED DIRECTLY OR INDIRECTLY IN ANY WAY DETRIMENTAL TO BAKER HUGHES’ INTEREST.风险管理•降低卡钻/埋完井设备及尾管风险•确保从钻井到完井阶段的平顺过渡•一趟完成多个作业节约钻机时间•高质量/专有设计工具降低作业风险•全球迄今为止超过1000趟作业典型杂质回收井眼清洗工具•VACS真空负压吸尘系统•多任务井眼过滤•Ultra-Clean 套管刮管器/套管刷•Super 超级井下磁铁•J型循环阀/旋转头•流入测试封隔器•地面杂质捕获器•投球循环接头VACS 真空吸尘系统•环空流速低或大斜度井中收集井下杂质•防止钻屑悬浮于泥浆中,损害防喷器、泵及管线•不需特别性质的流体或高速流•可以下入该工具本身或作为清洗工具串的部件下入VACS 液体流动及组件低速流体割缝寸管导向管（高速流体）喷嘴（压力降）杂物腔冲管VACS应用表•喷射补心可以与很多井底组合配合，以便于回收从小到大的杂物。
VACS 射孔杂质回收VACS 磨铣杂质回收VACSVACS--GrabitzGrabitzUltra-Clean3604 1/213 3/8Ultra-Clean“Ultra-Clean”套管刷•清除结垢、泥浆固体、水泥残留物等•与刮管器关键组件可以互换•非旋转、安全卡块特性•360度接触套管内径J型旋转头•大套管内径处增加流速及转速帮助井眼清洗•激活后总过流面积增大-提高井眼清洗•激活后工具之上的尾管可以旋转，之下的不能旋转•压缩激活•尺寸：7”、9 5/8”涌入测试封隔器•尾管顶部压力测试•工作压力：5000 psi @ 300o F•下钻时过流面积大•压缩座封-20吨，无卡瓦•需投球激活Ball Drop Circulation Valve •No drill string manipulation isrequired•Allows for same size ball for every cycle•Simple, reliable configuration •Modular design to allow for more cycles•Large circulation ports for high flow ratesVACS应用案例Packer Plug and Bridges Plug Retrieval •Reduces nonproductive time by effectivelycleaning the top of the plug and retrieving the plug in one trip •Keeps debris from suspending in wellbore and reaching surface equipment •Minimizes impact to perforation and formation •Reduces risk to equipment •Increases reliability of operation by ensuring accurate retrievalFull-function valve Drill pipeMagnetsWashpipeV ACS enginePorted sub/SkirtDiverter tube String/water melon millTriple-connection bushingRetrieval toolCase History –Packer Plug Retrieval•Well background and challenges:-Gulf of Mexico-Deepwater well with 2,949-ft water depth, 9 7/8-in., 62.8 lb/ft casing, 22,000-ft measured depth, and 35ºwell angle.-The operator needed to clean the perforation burrs, remove the debris on top of the packer plugs, and retrieve packer plugs for the top and middle intervals with minimum operation costsand time.•Baker Hughes solution and results:-The V ACS system included a packer plug retrievable tools, modular V ACSsystem, Grabitz downhole magnets, and full-function valve to complete allrequired operations in just one trip per plug.-The two upper zones were successfully cleaned and the packer plugs wereretrieved. In the middle zone, the VACS system recovered 374 lb（170千克）of debris in both stackable sections. The perforation interval waspolished with the string mill, and the isolation packer plug was recoveredin one run. In the upper section, the VACS system recovered 571 lb （259千克）of debris in both stackable sections, the perforation interval waspolished using the string mill, and the isolation packer plug was recoveredin one trip.Permanent Packers, Bridge Plugs,and Cement Retainers Milling•Reduces NPT by effectively cleaning wellbore and milling packers, bridge plugs, or cement retainers in one trip •Keeps metal shaving and other solids from suspending in wellbore and reaching surface equipment •Effective in wells with partial or total lost circulation when high circulation rate cannot be achieved •Minimizes impact to perforation and formation •Reduces operational risk by removing packer debrisFull-function valve Drillpipe Magnets V ACS engine Diverter tubePacker millWashpipeCase History –Permanent Packer, BridgePlug, and Cement Retainer Milling•Well background and challenges:-South Texas-5-in. production casing to 10,750-ft MD. Packer set to 9,120-ft MD. Low fluid level, partial lost circulation.-The method and technology used by the operator to mill and recover permanent packers in low fluid level (low bottomhole pressure) wells had typically resulted in poor packer milling,excessive milling time, casing damage, and massive debris in the wellbore due to the inabilityto circulate the cuttings to surface.•Baker Hughes solution and results:-Deployed 3 ¾-in. V ACS system with Metal Muncher™ rotary shoe formilling over packer-The V ACS system enabled milling the packer in 20 minutes. Packer cuttings and debris were recovered downhole with no damages to casings or wellbore. The production was restoredwith minimum NPT. This process would be impossible with a conventional method.。
