制造商正在努力解决供应链、设 备使用寿命、套管运行和腐蚀抑制方 面的挑战 在北 美 页 岩 区， 竞 争 非 常 激 烈， 公 司一直在寻找新 的 工 具 和 技 术， 以帮助他们突破新的技术极限。 随着水平段长度的不断增加，页 岩井钻井所需的部件承受着更大 的应力和更高的压力。 随着页岩钻井强度的增加， 其他差距也随之产生，例如，围 绕着将套管下放到底部的能力、 设 备 腐 蚀， 甚 至 是 OCTG 供 应 链——所有这些因素都可能影响 油井的安全、准时和在预算范围 内的交付，见图 1。 Tenaris 钻机服务副总裁纳 贾尔表示 :“效率是关键。“在 安全和产品质量的坚实基础上， 这是我们目前可以为客户增加价 值的最大领域之一。美国页岩油 运营商的发展速度越来越快。”
 

优化供应链管理
 
随着油气行业继续应对供应 链限制，Tenaris 专注于加强其 Rig Direct 模型，以更好地缓解 价值链中的挑战，并支持运营需 求。Rig Direct 包括材料选择和 井设计服务。然后，Tenaris 将 提供的输入作为这些服务的一部 分，以及客户钻机预测，来生产 所需的产品和数量，见图 2。 在 钻 机 直 接 管 理 下， Tenaris 管 理 管 道 库 存， 根 据 需要交付产品，以及钻机设备 退货。该公司通过自己的卡车 车队和与其区域服务中心合作的 第三方公司的组合来管理交付。 运营商 还可以访问 Rig Direct Portal，这是一个在线平台， 可以请求或修改材料订单。纳贾 尔表示，这些能力都有助于提高 供应链的效率。 他说 :“运营商要求我们更 精简的流程和更‘及时’的交付， 这样他们就不必承担大量的库存 承诺。有了钻机直接管理，我们 进入了这种模式，我们与运营商 直接合作，提供货物和服务，这 在 过 去 不 是 OCTG 行 业 的 运 作 方式。这是油气行业中为数不多 的主要由分销渠道控制的行业之 一。钻机直接管理使我们能够从 原材料生产、交付到服务中心、 管理服务中心的库存，然后交付 到井场。” 自 2016 年首次推出以来， Tenaris 定期更新钻机直接管理 的新解决方案。最大的更新之一 是在 2020 年，当时该公司推出 了钻机直接管理平台，这是一种 集中式通信系统。与管理给定井 的管材交付不同，该门户允许运 营商查看给定钻机上计划的所有 井，并管理未来井的材料需求。 钻机直接管理平台还在单一 数字平台上简化了管理流程。这 使得运营商更容易下订单，跟 踪发货，发出电子交货证明， 访问发票和其他与订单相关的 备份文件。 纳贾尔表示 :“钻机直接管 理平台是将我们的预测与呼出和 交付联系起来的部分。“你可以 看到某台钻机未来 12 个月的预测 产品，它允许他们向我们传达他 们的所有需求。如果你突然需要 套管，你打电话来，我们可以给 他们提供最新的交货时间，告诉 他们卡车的预定时间，然后给他 们提供最新的信息。所有参与者 都可以在一个平台上看到它。” 见图 3。 其他新发展有助于推动钻机 直接系统超越供应链管理，进入 完整的油井生命周期管理。今年 推出的套管云平台可监控套管安 装作业 , 提供给定作业期间关键 变量的进度说明以及提高安全性 和效率的指南。该工具根据井筒 条件检测套管安装过程中的挑战。 内贾尔表示 :“我们一直在 关注的一件事是，如何为运营商 降低风险。“我们负责生产和输 送到井场，在套管作业期间，我 们有现场服务代表为钻机提供支 持。 从 价 值 链 来 看， 泰 纳 瑞 斯 拥 有 整 个 流 程 的 所 有 权。 通 过 iRun，我们进一步将自己与整个 价值链联系起来，并允许我们为 运营商解决特定的建井和完整性 痛点。” 钻机直接管理服务目前在北 美的几个陆上盆地以及其他 20 个 国家使用。
 

小泵提供更坚固的框架
 
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 马 力 的 Thunder 5000 Quintuplex 压裂泵。据该公司 称，与 2500 马力的泵相比，它 可以将压裂段的尺寸缩小 50%。 此外，由于需要维护的泵、传动 装置和发动机更少，该系统可以 减少压裂现场的潜在故障点。 然 而， 并 不 是 所 有的公司都准备投资 升级整个压裂车队， 这就是为什么 GDEP 的 GD 2500Q 重 型 框 架 (HDF) 五 联 泵 等低容量设备仍然存 在需求的原因，该设备 可以使用柴油、双燃料和 电动马达。“大多数压裂车 队都是围绕 2500 马力的泵建造 的，因此没有必要重新设计现有 的拖车。GDEP 的工程主管霍尔 说 :“你可以利用现有的设备， 节省大量的资本投资。” 然而，更长的分支段和更激 烈的压裂作业意味着需要创新来 延长这些 2500 马力泵的使用寿 命。 因 此，GDEP 在 2021 年 将 Thunder 5000 的设计元素融入 到 HDF 泵中。“我们旧的 2500 马力泵是在占空比低得多的时候设计的。运营商每天可能只运行 泵 8-12 小时。”“现在，大多 数公司希望每天的正常运行时间 达到 20 小时或更长，因此这些 泵的运行难度和持续时间要长得 多。”见图 4。 设计升级包括更厚的顶部和 底部蒙皮板，以及更厚的主承重 板。主承重板也经过了重新设计， 突出在蒙皮板之间，霍尔认为这样可以减少车架和焊缝上的应力。 还增加了前板焊缝尺寸，以减小 前板接头的应力，并增加了前板 周围支撑结构的厚度。 “在某些地方添加更厚的材 料可以实现更大的焊缝，这使得更容易处理这些区域突出的疲劳 损伤。我们用的钢没有变。变化 更多的是在几何上。较厚的焊缝 有助于更好地分配泵在整个框架 上的负载，”霍尔说。 为 2500 马力的泵设计 HDF 框架的挑战是，要确保各种重新 设计的板的增加厚度不会增加泵 本身的物理尺寸。

虽然 5000 马 力的泵是从零开始设计的，需要 安 装 一 个 更 大 的 压 裂 拖 车， 但 GDEP 希望通过将 2500 马力的 泵改造到现有的拖车上， 从而为客户节省 成本，而无需购 买新的拖车。 霍尔表 示 :“ 这 是 我 们 开始重新设计车架 时的关键设计输入 之一——我们希望它能替 代现有的 2500 马力泵。”“如 果你从远处看这两个泵——旧的 2500 马力和 HDF 框架——你将 无法识别两者之间的区别。” 到目前为止，新的设计元素 似乎有所不同。GDEP 表示，根 据从客户那里收到的数据，2500 马力的 HDF 泵的平 均使用寿命 为 5000 小时，其中一台泵的使 用寿命超过 7000 小时。相比之 下，GDEP 之 前 的 2500 马 力 车 型上的传统框架通常在不到 3000小时的时间内出现与框架相关的 问题。 霍尔称 :“在过去几年里， 我们在重新设计框架的 2500 马 力泵上付出了难以置信的努力。” 他说 :“我们现在已经在现场安 装了很多这样的设备，但还没有 从服务中得到任何回收。这对我 们这个行业来说是一个巨大的胜 利。尽管我们有 5000 马力的泵， 但我们绝对没有忘记我们的 2500 马力 HDF 产品线。这是我们了 解行业需求的东西。”

 
改进大位移井的套管作业
 
随着作业者钻井水平段长度 的增加，下入套管到总深度变得 更加具有挑战性。完井管柱也可 能暴露在高应力率下，这可能会 增加管柱的疲劳，并在井的使用 寿命期间引发问题。这些挑战促 使 Thru 油管解决方案公司重新 专注于 2014 年推出的老产品， 直到最近，该产品的占地面积仍 然有限。其套管 XRV 工具旨在 减少井筒与套管之间的摩擦，有 助于在不施加过大力的情况下将 完井到达总深度。见图 5。 该工具位于套管鞋附近的套 管柱中，通过诱导轴向振动来减 小摩擦力，提高套管下入能力。 当流体流经套管时，该工具在其 出口处对流体进行脉动。这就产 生了一个连续的流动，减轻了水 锤的风险，或者由于流体流动减 少或突然停止而引起的冲击波。 诱导振动的另一个好处是，它减 少了固井中常见的空隙，提高了 固井作业的完整性。 Thru 油管解决方案公司中 东 / 北非经理斯蒂尔曼表示 :“该 工具可以节省时间。“当泵送水 泥时，当水泥离开鞋时，会产生 流体振荡，但该工具可以防止过 度旋转管柱或将管柱撞入井中。 当这样做时，会给连接施加额外 的压力，可能会导致管柱退化或 管柱变形，从而限制了通过井筒 的内径，并可能产生无法通过桥 塞的问题。” 该 工 具 是 该 公 司 Drilling XRV 的分支产品，后者是一种大 位移井下振动工具，可以最大限 度地减少钻杆与井筒之间的摩擦。 斯蒂尔曼解释说，套管 XRV 最 初是为处理俄克拉何马州套管和 固井问题的特定运营商开发的。 南德克萨斯和米德兰盆地等不同 地区的其他作业者也发现了该技 术的实用性，但除此之外，该公 司并没有看到巨大的需求，因为 作业者在将套管下至井底时并不 经常遇到问题。

大约两年前，随着页岩井的 复杂性和长度的增加，开发商和 定向公司对该工具的兴趣开始增 长，突然需要一种能够提高这部 分建井效率的工具。 此外，传统的将套管送入井 底的方法——无论是通过振荡器 还是往复泵将套管送入井下—— 都不起作用，斯蒂尔曼说。这些 工具对钻杆连接处施加了压力， 造成了钻杆的退化，从而限制了 井筒内径，增加了累积阻力和摩 擦力的可能性，从而阻碍了将套管推至底部的过程。套管 XRV 成为帮助解决这些问题的宝贵资 源。除了俄克拉何马州，这个工 具现在也在尼奥布拉拉和马塞勒 斯使用。在美国以外，该工具已 在加拿大的蒙特希以及沙特阿拉 伯部署。 斯蒂尔曼表示 :“我们研究 了公司是如何完成完井作业的， 发现人们确实在追求效率。”“合 作中观察他们如何下入工具，如 何下入水泥，并将该工具应用于 管柱。他们开始看到工作的前景 远远好于预期。” Thru 油管公司以 Niobrara 的一个项目为例，该项目的运营 商希望钻完一口 12,333 英尺的 井。在附近的一口邻井中，仅将 最后 3000 英尺的套管下至底部 就花费了大约 17 个小时。在新井 中使用套管 XRV，作业者能够在 12 小时内将整个 12,333 英尺的 套管下至底部。

 
抑制高温腐蚀
 
绝缘下腐蚀 (CUI) 可能会导 致陆上油气设施 ( 包括陆上钻井 平台上的设备 ) 出现重大问题。 水渗透可能是由许多原因造成的， 包括雨水、冲刷和洒水系统，以 及暴露于蒸汽或大气水分的频繁 冷凝和蒸发。完全去除绝缘以彻 底检查材料既耗时又昂贵。大部 分维护费用花在外部管道检查、 绝 缘 拆 除 和 更 换、 油 漆 和 管 道 维修上。如果未被发现和治疗， CUI 可能导致设备故障。 为了降低 CUI 的潜在危害， Cortec 公司去年推出了一款名为 “腐蚀逻辑”的高温气相缓蚀剂。 当直接注入绝缘材料时，缓蚀蒸 汽从注入点沿管道迁移，在管道 金属表面形成防水保护层。它是 一种“100% 气相”缓蚀剂，这 意味着它是未经稀释的——缓蚀 剂是一种 100% 的活性材料，可 以释放出抑制腐蚀的蒸汽。 “在这个行业 , 你通常会看 到很多公司在隔热层下的管道上 涂上涂层 ,“Cortec 的营销负责 人朱莉·霍尔姆奎斯特说。“困 难在于，这通常只能在铺设隔热 层之前对新管道进行，或者你必 须移除隔热层，涂上涂层，然后 安装新隔热层。对于气相产品， 可以将其注入绝缘材料中。不需 要移除任何东西。” 温度是新抑制剂解决的另一 个挑战。

Cortec 表示，一个客户 的温度有时超过了 338° F，这 是 CUI 最高额定气相抑制剂的极 限。这意味着抑制剂的化学稳定 性会降低，因此其有效性也会降 低。霍姆奎斯特说 :“我们需要 在高温下保持稳定的东西，即使 管道在极高温度和较低温度之间 来回循环，它也能保护管道。” Cortec 最 初 筛 选 了 几 种 气 相缓蚀剂化学成分及其在高温下 对 CUI 的抑制能力，最终确定了 一种化学成分，该化学成分在高 达 600° F 的温度下稳定，闪点 高于 300° F。该配方的测试于 2022 年春季在 Cortec 的内部实 验室进行，该公司将金属板暴露 在保护蒸汽中不同时间的长度。 在每个周期后，该公司将测量用 抑制剂处理过的一块板和未处理 过的另一块板的结果。它会在每 个平板上滴上氯化物溶液，注意 它的疏水性和防腐蚀性能。 金属板也暴露在不同距离的 防腐蒸汽中——在较长的应用距 离上有效的防腐意味着沿着管道 需要更少的注射点。即使放置在 距离金属测试板数英尺远的地方， 该抑制剂也显示出有效的蒸汽扩 散和腐蚀保护。根据测试结果， Cortec 最终建议注入点间距为 10-20 英尺，以保证缓蚀剂的适 当扩散和应用。