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業內首款自適應鉆頭高效應對粘滑振動

業內首款自適應鉆頭高效應對粘滑振動

貝克休斯發布了TerrAdapt自適應鉆頭,該鉆頭的自調整切割深度(DOC)控制元件可自動調節攻擊性,減少井下鉆頭故障,減少振動、粘滑效應和沖擊荷載。

來自 | Baker Hughes
編譯 | 鄭斯赫

隨著石油工業的發展,石油勘探開發的重點逐步轉向深井、超深井,例如我國四川、塔里木等區塊有大量的石油資源位于深部地層。隨著井深的增加,巖石的硬度和塑性增大,可鉆性變差,機械鉆速降低?,F場鉆井資料顯示,深井段的平均機械鉆速僅是其上部井段平均機械鉆速的15%~30%,部分地區甚至低于這一數值。研究表明,粘滑振動是造成機械鉆速降低的重要原因之一。

井下故障往往會導致低效鉆進和代價高昂的工具失效。鉆井作業中一半以上的時間會伴隨有粘滑現象,鉆柱粘滑振動是造成井下鉆具和鉆頭過早失效的重要原因。貝克休斯近日推出了業內首款自適應鉆頭—TerrAdapt?自適應鉆頭,它通過自身的自動化控制來減小井下故障的發生頻率,大大提高鉆井的經濟效益。搭配業內首個自調整切割深度控制元件,TerrAdapt鉆頭可以根據其正在鉆進的地層具體情況來調整自身的攻擊性,從而減少振動、粘滑效應和沖擊荷載。從作業者的角度看,這就意味著更快更平穩地鉆進以及更長的工具使用壽命,可顯著減少非生產時間。

DOC通常被定義為在一次旋轉中鉆齒咬入地層的軸向距離??刂艱OC能消除鉆頭黏滑振動,形成高質量光滑井眼,避免切削齒過早失效,延長鉆頭使用壽命。鉆頭切削深度控制DOCC(Depth of Cut Control)技術在引入之初是為了減震,而隨著固定齒PDC鉆頭的發展,面臨著用單一鉆頭完成一口井不同井段鉆進(同時滿足在一些井段需要消除黏滑而在一些井段則要求高鉆速的要求)的挑戰,因此,合理的應用DOCC技術優化鉆頭鉆進性能,成為各大公司關注的焦點。

通常情況下,大部分井段都會鉆遇很多不同的地層,每個地層的巖石類型都各有不同,但目前的PDC鉆頭的設計卻往往只有一種固定的DOC控制設置,都僅能對其中某一種巖石類型實現優化鉆進。鉆頭在不同巖石類型的過渡中常產生振動,導致粘滑效應,因此固定式DOC鉆頭在某些區域也許可以平滑鉆進,但在其他區域卻很容易表現得非常不穩定且低效。

當鉆柱發生粘滯時,鉆頭停止轉動;此時,鉆柱在轉盤的旋轉下繼續扭轉,當鉆柱內積蓄的能量足以克服鉆頭與地層之間摩擦轉矩時,鉆頭會以兩倍或數倍于轉盤轉速加速旋轉,底部鉆具振蕩加劇,鉆頭轉動轉矩也劇烈波動。深井鉆井過程中,井下巖性多變,非均質性嚴重,鉆頭在井底受到較大的阻力矩,間斷性憋跳鉆和鉆桿的縱向振動頻繁,這些因素都是造成鉆頭掉齒、斷齒、軸承失效、井下工具損壞的主要原因,嚴重制約了鉆井速度。這種情況下,作業者便不得不選擇更換鉆頭。

TerrAdapt鉆頭整合了自調整DOC元件,可以依據地層情況自動延伸,形成最佳DOC,在鉆頭鉆遇不同的巖石類型或者井段時,避免振動和粘滑效應的產生。鉆過粘滑效應高發井段后,即可將元件收回,恢復到最大ROP進行鉆進。這些元件還可緩沖鉆頭面收到的任何突然沖擊,降低TerrAdapt鉆頭銑刀和其他BHA硬件及電子元件的損壞。

業內首款自適應鉆頭高效應對粘滑振動

“我相信,TerrAdapt自適應鉆頭將給用戶帶來巨大的改變,” 貝克休斯鉆頭部門的副經理Scott Schmidt表示,“粘滑效應每年都給我們的用戶造成上百萬美元的損失,而現在我們可以輕松解決這個難題。與其費腦筋考慮怎樣降低粘滑效應帶來的后果,不如將目光聚焦在另一個關鍵點上—快鉆進,零故障?!?/span>

最近,TerrAdapt鉆頭在Delaware盆地通過提高ROP證明了自己的實力。鉆穿同一套夾層,,TerrAdapt鉆頭的ROP比鄰井提高了27%,扭矩變化降低90%,粘滑效應大大減少,鉆井進尺增加713英尺(提高27%),同時花費的精力也比傳統PDC鉆頭少了很多。

應用案例

德州Reeves縣的一家作業者在12-1/4in的井中鉆遇頁巖、石灰巖和鹽巖層,鉆進表現極不穩定,超高的扭矩波動和嚴重的粘滑效應大大影響了鉆進效率,井下工具失效進一步促使非生產時間和成本一路飆升。

為了將停工時間縮到最短,作業者選擇了TerrAdapt鉆頭。

一趟鉆完成了3355英尺,與鄰井的標準PDC鉆頭相比,ROP提高27%,平均ROP達到168英尺/小時,平均扭矩降低45%,穩定性高出90%,機械比能提高45%。整個鉆井作業極大減少了粘滑效應和扭轉振動,并保證了BHA在整個過程中毫發無損。

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