制造商正在努力解決供應鏈、設 備使用壽命、套管運行和腐蝕抑制方 面的挑戰 在北 美 頁 巖 區， 競 爭 非 常 激 烈， 公 司一直在尋找新 的 工 具 和 技 術， 以幫助他們突破新的技術極限。 隨著水平段長度的不斷增加，頁 巖井鉆井所需的部件承受著更大 的應力和更高的壓力。 隨著頁巖鉆井強度的增加， 其他差距也隨之產生，例如，圍 繞著將套管下放到底部的能力、 設 備 腐 蝕， 甚 至 是 OCTG 供 應 鏈——所有這些因素都可能影響 油井的安全、準時和在預算范圍 內的交付，見圖 1。 Tenaris 鉆機服務副總裁納 賈爾表示 :“效率是關鍵。“在 安全和產品質量的堅實基礎上， 這是我們目前可以為客戶增加價 值的最大領域之一。美國頁巖油 運營商的發展速度越來越快。”
 

優化供應鏈管理
 
隨著油氣行業繼續應對供應 鏈限制，Tenaris 專注于加強其 Rig Direct 模型，以更好地緩解 價值鏈中的挑戰，并支持運營需 求。Rig Direct 包括材料選擇和 井設計服務。然后，Tenaris 將 提供的輸入作為這些服務的一部 分，以及客戶鉆機預測，來生產 所需的產品和數量，見圖 2。 在 鉆 機 直 接 管 理 下， Tenaris 管 理 管 道 庫 存， 根 據 需要交付產品，以及鉆機設備 退貨。該公司通過自己的卡車 車隊和與其區域服務中心合作的 第三方公司的組合來管理交付。 運營商 還可以訪問 Rig Direct Portal，這是一個在線平臺， 可以請求或修改材料訂單。納賈 爾表示，這些能力都有助于提高 供應鏈的效率。 他說 :“運營商要求我們更 精簡的流程和更‘及時’的交付， 這樣他們就不必承擔大量的庫存 承諾。有了鉆機直接管理，我們 進入了這種模式，我們與運營商 直接合作，提供貨物和服務，這 在 過 去 不 是 OCTG 行 業 的 運 作 方式。這是油氣行業中為數不多 的主要由分銷渠道控制的行業之 一。鉆機直接管理使我們能夠從 原材料生產、交付到服務中心、 管理服務中心的庫存，然后交付 到井場。” 自 2016 年首次推出以來， Tenaris 定期更新鉆機直接管理 的新解決方案。最大的更新之一 是在 2020 年，當時該公司推出 了鉆機直接管理平臺，這是一種 集中式通信系統。與管理給定井 的管材交付不同，該門戶允許運 營商查看給定鉆機上計劃的所有 井，并管理未來井的材料需求。 鉆機直接管理平臺還在單一 數字平臺上簡化了管理流程。這 使得運營商更容易下訂單，跟 蹤發貨，發出電子交貨證明， 訪問發票和其他與訂單相關的 備份文件。 納賈爾表示 :“鉆機直接管 理平臺是將我們的預測與呼出和 交付聯系起來的部分。“你可以 看到某臺鉆機未來 12 個月的預測 產品，它允許他們向我們傳達他 們的所有需求。如果你突然需要 套管，你打電話來，我們可以給 他們提供最新的交貨時間，告訴 他們卡車的預定時間，然后給他 們提供最新的信息。所有參與者 都可以在一個平臺上看到它。” 見圖 3。 其他新發展有助于推動鉆機 直接系統超越供應鏈管理，進入 完整的油井生命周期管理。今年 推出的套管云平臺可監控套管安 裝作業 , 提供給定作業期間關鍵 變量的進度說明以及提高安全性 和效率的指南。該工具根據井筒 條件檢測套管安裝過程中的挑戰。 內賈爾表示 :“我們一直在 關注的一件事是，如何為運營商 降低風險。“我們負責生產和輸 送到井場，在套管作業期間，我 們有現場服務代表為鉆機提供支 持。 從 價 值 鏈 來 看， 泰 納 瑞 斯 擁 有 整 個 流 程 的 所 有 權。 通 過 iRun，我們進一步將自己與整個 價值鏈聯系起來，并允許我們為 運營商解決特定的建井和完整性 痛點。” 鉆機直接管理服務目前在北 美的幾個陸上盆地以及其他 20 個 國家使用。
 

小泵提供更堅固的框架
 
G D E n e r g y P r o d u c t s (GDEP) 于 2019 年 推 出 了 首 款 5000 馬 力 的 Thunder 5000 Quintuplex 壓裂泵。據該公司 稱，與 2500 馬力的泵相比，它 可以將壓裂段的尺寸縮小 50%。 此外，由于需要維護的泵、傳動 裝置和發動機更少，該系統可以 減少壓裂現場的潛在故障點。 然 而， 并 不 是 所 有的公司都準備投資 升級整個壓裂車隊， 這就是為什么 GDEP 的 GD 2500Q 重 型 框 架 (HDF) 五 聯 泵 等低容量設備仍然存 在需求的原因，該設備 可以使用柴油、雙燃料和 電動馬達。“大多數壓裂車 隊都是圍繞 2500 馬力的泵建造 的，因此沒有必要重新設計現有 的拖車。GDEP 的工程主管霍爾 說 :“你可以利用現有的設備， 節省大量的資本投資。” 然而，更長的分支段和更激 烈的壓裂作業意味著需要創新來 延長這些 2500 馬力泵的使用壽 命。 因 此，GDEP 在 2021 年 將 Thunder 5000 的設計元素融入 到 HDF 泵中。“我們舊的 2500 馬力泵是在占空比低得多的時候設計的。運營商每天可能只運行 泵 8-12 小時。”“現在，大多 數公司希望每天的正常運行時間 達到 20 小時或更長，因此這些 泵的運行難度和持續時間要長得 多。”見圖 4。 設計升級包括更厚的頂部和 底部蒙皮板，以及更厚的主承重 板。主承重板也經過了重新設計， 突出在蒙皮板之間，霍爾認為這樣可以減少車架和焊縫上的應力。 還增加了前板焊縫尺寸，以減小 前板接頭的應力，并增加了前板 周圍支撐結構的厚度。 “在某些地方添加更厚的材 料可以實現更大的焊縫，這使得更容易處理這些區域突出的疲勞 損傷。我們用的鋼沒有變。變化 更多的是在幾何上。較厚的焊縫 有助于更好地分配泵在整個框架 上的負載，”霍爾說。 為 2500 馬力的泵設計 HDF 框架的挑戰是，要確保各種重新 設計的板的增加厚度不會增加泵 本身的物理尺寸。

雖然 5000 馬 力的泵是從零開始設計的，需要 安 裝 一 個 更 大 的 壓 裂 拖 車， 但 GDEP 希望通過將 2500 馬力的 泵改造到現有的拖車上， 從而為客戶節省 成本，而無需購 買新的拖車。 霍爾表 示 :“ 這 是 我 們 開始重新設計車架 時的關鍵設計輸入 之一——我們希望它能替 代現有的 2500 馬力泵。”“如 果你從遠處看這兩個泵——舊的 2500 馬力和 HDF 框架——你將 無法識別兩者之間的區別。” 到目前為止，新的設計元素 似乎有所不同。GDEP 表示，根 據從客戶那里收到的數據，2500 馬力的 HDF 泵的平 均使用壽命 為 5000 小時，其中一臺泵的使 用壽命超過 7000 小時。相比之 下，GDEP 之 前 的 2500 馬 力 車 型上的傳統框架通常在不到 3000小時的時間內出現與框架相關的 問題。 霍爾稱 :“在過去幾年里， 我們在重新設計框架的 2500 馬 力泵上付出了難以置信的努力。” 他說 :“我們現在已經在現場安 裝了很多這樣的設備，但還沒有 從服務中得到任何回收。這對我 們這個行業來說是一個巨大的勝 利。盡管我們有 5000 馬力的泵， 但我們絕對沒有忘記我們的 2500 馬力 HDF 產品線。這是我們了 解行業需求的東西。”

 
改進大位移井的套管作業
 
隨著作業者鉆井水平段長度 的增加，下入套管到總深度變得 更加具有挑戰性。完井管柱也可 能暴露在高應力率下，這可能會 增加管柱的疲勞，并在井的使用 壽命期間引發問題。這些挑戰促 使 Thru 油管解決方案公司重新 專注于 2014 年推出的老產品， 直到最近，該產品的占地面積仍 然有限。其套管 XRV 工具旨在 減少井筒與套管之間的摩擦，有 助于在不施加過大力的情況下將 完井到達總深度。見圖 5。 該工具位于套管鞋附近的套 管柱中，通過誘導軸向振動來減 小摩擦力，提高套管下入能力。 當流體流經套管時，該工具在其 出口處對流體進行脈動。這就產 生了一個連續的流動，減輕了水 錘的風險，或者由于流體流動減 少或突然停止而引起的沖擊波。 誘導振動的另一個好處是，它減 少了固井中常見的空隙，提高了 固井作業的完整性。 Thru 油管解決方案公司中 東 / 北非經理斯蒂爾曼表示 :“該 工具可以節省時間。“當泵送水 泥時，當水泥離開鞋時，會產生 流體振蕩，但該工具可以防止過 度旋轉管柱或將管柱撞入井中。 當這樣做時，會給連接施加額外 的壓力，可能會導致管柱退化或 管柱變形，從而限制了通過井筒 的內徑，并可能產生無法通過橋 塞的問題。” 該 工 具 是 該 公 司 Drilling XRV 的分支產品，后者是一種大 位移井下振動工具，可以最大限 度地減少鉆桿與井筒之間的摩擦。 斯蒂爾曼解釋說，套管 XRV 最 初是為處理俄克拉何馬州套管和 固井問題的特定運營商開發的。 南德克薩斯和米德蘭盆地等不同 地區的其他作業者也發現了該技 術的實用性，但除此之外，該公 司并沒有看到巨大的需求，因為 作業者在將套管下至井底時并不 經常遇到問題。

大約兩年前，隨著頁巖井的 復雜性和長度的增加，開發商和 定向公司對該工具的興趣開始增 長，突然需要一種能夠提高這部 分建井效率的工具。 此外，傳統的將套管送入井 底的方法——無論是通過振蕩器 還是往復泵將套管送入井下—— 都不起作用，斯蒂爾曼說。這些 工具對鉆桿連接處施加了壓力， 造成了鉆桿的退化，從而限制了 井筒內徑，增加了累積阻力和摩 擦力的可能性，從而阻礙了將套管推至底部的過程。套管 XRV 成為幫助解決這些問題的寶貴資 源。除了俄克拉何馬州，這個工 具現在也在尼奧布拉拉和馬塞勒 斯使用。在美國以外，該工具已 在加拿大的蒙特希以及沙特阿拉 伯部署。 斯蒂爾曼表示 :“我們研究 了公司是如何完成完井作業的， 發現人們確實在追求效率。”“合 作中觀察他們如何下入工具，如 何下入水泥，并將該工具應用于 管柱。他們開始看到工作的前景 遠遠好于預期。” Thru 油管公司以 Niobrara 的一個項目為例，該項目的運營 商希望鉆完一口 12,333 英尺的 井。在附近的一口鄰井中，僅將 最后 3000 英尺的套管下至底部 就花費了大約 17 個小時。在新井 中使用套管 XRV，作業者能夠在 12 小時內將整個 12,333 英尺的 套管下至底部。

 
抑制高溫腐蝕
 
絕緣下腐蝕 (CUI) 可能會導 致陸上油氣設施 ( 包括陸上鉆井 平臺上的設備 ) 出現重大問題。 水滲透可能是由許多原因造成的， 包括雨水、沖刷和灑水系統，以 及暴露于蒸汽或大氣水分的頻繁 冷凝和蒸發。完全去除絕緣以徹 底檢查材料既耗時又昂貴。大部 分維護費用花在外部管道檢查、 絕 緣 拆 除 和 更 換、 油 漆 和 管 道 維修上。如果未被發現和治療， CUI 可能導致設備故障。 為了降低 CUI 的潛在危害， Cortec 公司去年推出了一款名為 “腐蝕邏輯”的高溫氣相緩蝕劑。 當直接注入絕緣材料時，緩蝕蒸 汽從注入點沿管道遷移，在管道 金屬表面形成防水保護層。它是 一種“100% 氣相”緩蝕劑，這 意味著它是未經稀釋的——緩蝕 劑是一種 100% 的活性材料，可 以釋放出抑制腐蝕的蒸汽。 “在這個行業 , 你通常會看 到很多公司在隔熱層下的管道上 涂上涂層 ,“Cortec 的營銷負責 人朱莉·霍爾姆奎斯特說。“困 難在于，這通常只能在鋪設隔熱 層之前對新管道進行，或者你必 須移除隔熱層，涂上涂層，然后 安裝新隔熱層。對于氣相產品， 可以將其注入絕緣材料中。不需 要移除任何東西。” 溫度是新抑制劑解決的另一 個挑戰。

Cortec 表示，一個客戶 的溫度有時超過了 338° F，這 是 CUI 最高額定氣相抑制劑的極 限。這意味著抑制劑的化學穩定 性會降低，因此其有效性也會降 低?；裟房固卣f :“我們需要 在高溫下保持穩定的東西，即使 管道在極高溫度和較低溫度之間 來回循環，它也能保護管道。” Cortec 最 初 篩 選 了 幾 種 氣 相緩蝕劑化學成分及其在高溫下 對 CUI 的抑制能力，最終確定了 一種化學成分，該化學成分在高 達 600° F 的溫度下穩定，閃點 高于 300° F。該配方的測試于 2022 年春季在 Cortec 的內部實 驗室進行，該公司將金屬板暴露 在保護蒸汽中不同時間的長度。 在每個周期后，該公司將測量用 抑制劑處理過的一塊板和未處理 過的另一塊板的結果。它會在每 個平板上滴上氯化物溶液，注意 它的疏水性和防腐蝕性能。 金屬板也暴露在不同距離的 防腐蒸汽中——在較長的應用距 離上有效的防腐意味著沿著管道 需要更少的注射點。即使放置在 距離金屬測試板數英尺遠的地方， 該抑制劑也顯示出有效的蒸汽擴 散和腐蝕保護。根據測試結果， Cortec 最終建議注入點間距為 10-20 英尺，以保證緩蝕劑的適 當擴散和應用。