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经典案例

PDC钻头经典案例表现和研究

2020-09-29 15:12:36

桓业机械介绍几种新设计的PDC钻头的经典案例和它们的现场表现:

PDC钻头

一、贝克休斯公司使用的PDC钻头案例:


贝克休斯的休斯克里斯滕森Quantec Force强力PDC钻头,经过多项钻头参数的改进试验,得出的结论是:提高了钻头的机械钻速、耐用性、稳定性、方向可控性、切削齿结构的理想载荷及切削齿材质的性能,有限的元素分析用以保证结构的和力学的完美结合,计算的流体力学有助于液效率的评估,最优化的破岩效力的分配确保了钻头的稳定性和钻进效率,使得所有的切削齿都能均匀持续地吃进地层。

 

多排切削齿能使钻头应对各种岩性而不会牺牲钻头性能,贝克休斯的切割深度控制(DOCC)技术为钻头提供了一个稳定的、低震动的切削面控制,对于一个特定的应用,定制的钻头外形和切削齿布局,增强了金刚石体的破岩能力,使钻头的切削结构达到最佳。

 

贝克休斯将一项有专利的钻头力学模型与破岩力分布的实践相结合,提高了钻头的稳定性,使切削结构更加均匀连贯地承载负荷,依赖更低的能量钻进井眼,即使在较低机械钻速的情况下,也能获得最佳的效率和稳定性,它的平滑切割深度控制(SmoothCutDOCC)技术降低了钻头的损坏。

 

据贝克休斯公司发布的消息称,两项特定应用的新型切削齿已在现场得到验证,比先前切削齿的抗磨性能提高了6倍,在金刚石切削面与碳化物基岩面相互作用的过程中,获得了耐用性和热稳定性更高的最佳效果,切削刃上的残余应力被迁移,结合稳定性技术,减少了极端的和切削齿毁坏载荷的风险。

 

PDC钻头


二、巴尼特使用PDC钻头的经典案例:


在巴尼特(Barnett)页岩的钻进过程中,新钻头以平均47英尺/每小时(14.32米/每小时)的机械钻速,保持起始点的切线方向,打了1873英尺(571米)的阿托卡(Atoka)砂岩和本德(bend)砾岩段,钻进节省了作业者近35小时,相比之前的补偿井,减少了钻井费用58000美元。

 

在德克萨斯州某县的一口石灰岩井,一只7 7/8英寸的 Quantec Force 强力Q507FX型PDC钻头用来打特拉维斯峰(TravisPeak)和棉花谷(Cotton Valley)不规则的硬砂岩和软页岩的过渡层系,钻头以平均21.3英尺/每小时(6.5米/每小时)的机械钻速打了1269英尺(386.8米),比补偿井平均快了31%,比一个6英里半径范围内的补偿井平均多打了122%的进尺,钻进节省了作业者18小时以上的钻井时间,每英尺节约成本24美元。

 

PDC钻头


三、哈里伯顿PDC钻头服务公司:


哈里伯顿钻头与服务分公司的FX钻头从铸型到黏合剂都使用了更抗腐蚀的材料,以抵御流体的腐蚀,正像该公司认为的那样,FX钻头是市场上任何PDC钻头切削齿热力学性能最高的产品,新设计刀翼的几何形状和喷嘴布局都提供了极好的流控制特性。

 


据公司报道,FX钻头包括了热稳定性和高抗磨损的X3切削齿,这种切削齿增强了钻头承受极高温的能力,一种新的加工处理方法显著地降低了金刚石切削结构的损坏概率,有助于保持钻头的切削齿打更多的进尺。

 

在定向应用方面,FX固定切削齿钻头有效地充实了斯佩里(Sperry)钻井技术服务公司的地质引导(Geo-Pilot)旋转导向钻井系统和井眼平滑(SlickBore)钻井配套系统,增强了钻进的偏斜控制,通过对制动器的作用,使钻头的震动明显减小,通过跟踪井底地层间的鼓脊形状,减少了钻头的跳动,稳定了钻具的侧摆。

 


哈里伯顿钻头与服务公司的FX钻头采用了更抗腐蚀的材料和先进的刀刃技术,使切削齿更抗磨损,为了打更硬的地层,钻头设计为双排齿结构,以增加可用的金刚石数量,而不减少钻头的开面体积。

 

PDC钻头


四、墨西哥PDC钻头案例研究:


在墨西哥的布尔戈斯盆地,一个打定向井的作业公司需要一只能提高机械钻速的61/8英寸的钻头,用一只钻头打一个井段,哈里伯顿公司推荐了一只61/8英寸FMX453Z型号的钻头,该型钻头设计使用了X3切削齿,单只钻头下井打了整972米井段,创造了一项机械钻速70.4米/每小时、高于该区块最快井18%的现场纪录,这个井段的每米进尺成本从58.37美元下降为21.31美元。

 

PDC钻头经典案例表现和研究(图5)


五、NOV井下公司与PDC钻头:


同时下一只钻头和钻具扩眼器组合打一些非同介质的地层仍面临着挑战,这是由于钻头和扩眼器时常处于不同的岩石地层,这会导致施加在钻头和扩眼器上的钻压和扭矩分配变得漂浮不定,增加了此时钻具的侧摆和扭力摆动,还有钻机在深水作业中的提升挑战,正确的选择钻头和扩眼器则变得尤为关键。

 

典型的挑战包括,当遇到更硬的地层或纤维状地层时,钻头与扩眼器的过渡变化,例如:当钻头钻入一个硬地层时,而扩眼器可能仍处在一个较软的地层,地面显示的钻压实际上大部分被钻头占用,同样,大多数扭矩由钻头产生,由于钻头开始打硬岩石层,切削力变化极大,容易产生钻具侧摆,如果此时钻头的扭矩增加太大,可能会开始出现粘滑。

 

 

NOV井下公司的钻头扩眼器选择软件可以使钻头与扩眼器得到最优的匹配,钻头与扩眼器更具有可钻性和稳定性。

 

随着钻进的继续,扩眼器进入更硬的岩石层,作用在扩眼器上的钻压和扭矩将会增加,相反,钻头上的钻压和扭矩则会减小,当扩眼器的切削刀刃吃入更高压缩强度的岩石时,扩眼器的侧摆等级可能会增加,同样,扩眼器的扭力摆动等级或粘滑等级也会增加。

 

当钻头处于较软的地层而扩眼器处于硬地层时,最糟糕的情况出现了,这时,施加的大部分钻压被扩眼器占用,大多数扭矩由扩眼器产生,扩眼器的侧摆或涡旋时常显现,另外,扩眼器扭矩的突然增加可能会开始出现粘滑,留给钻头的钻压会非常低,在某些情况下,钻头几乎悬挂在扩眼器下,导致钻头过度旋转而进尺很低的危险情景。

 

在钻头与扩眼器之间,实现两种工具的可钻性匹配,减小钻压和扭矩摆动量级,确保良好的侧稳定性,钻头和扩眼器的选择至关重要,特别是用在有夹层的地层。

 

为了应对这种情况,NOV井下公司开发了一种钻头扩眼器匹配系统选择软件,这个软件可以使钻头与扩眼器得到最佳的匹配,优选出可钻性与稳定性匹配的钻头和扩眼器,井下扩眼工具的类型从数据库中挑选,对于具体的应用,要考虑地层强度的变化,输入预计的转速和机械钻速范围,从这些参数中,系统匹配软件采用逻辑表格形式描述出钻头和与其匹配的扩眼器,使稳定性和可钻性达到最优。

 

PDC钻头经典案例表现和研究(图6)


六、墨西哥湾PDC钻井案例研究:


在墨西哥湾,7刀翼16毫米切削齿14 3/4英寸的ReedHycalog钻头被选中,匹配一套141/2英寸x 16 1/2英寸的扩眼器,该设计满足了所有的定向要求,以很低的扭矩和侧摆量级打完了指定井段,使用后的钻头和扩眼器磨损程度很低,新度很高。

 

在另一口井,作业者使用了一套12 1/4 英寸x 14 1/2 英寸的液力扩眼器与一只NOV公司的121/4英寸MSR813S型号的ReedHycalog钻头,以很低的震动打完了整个井段,钻头和扩眼器没有损坏,所有的定向目标满足要求。


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