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Varel新型復合牙輪鉆頭提高鉆磨橋塞效率

Varel新型復合牙輪鉆頭提高鉆磨橋塞效率

研究了Eagle Ford區塊的57口井,4-1/2寸鉆頭平均速度達到每8.1分鐘鉆一個塞。

來自 | Drilling Contractor
編譯 | Tom

鉆磨橋塞是多層完井中常規但又低效的作業。此作業通常使用標準鉆頭來完成。然而,移除15~40個橋塞對于鉆頭性能的確是提出了一些挑戰。與鉆井作業一樣,完井作業的目標也是在起鉆換鉆頭前,能夠盡可能的有效地鉆更多。

橋塞的外部硬質卡瓦會很快磨損鋼齒切削結構,因此鉆頭在每個橋塞上的切削效率會越來越低。在鉆穿各種橋塞材料時很難形成小塊的切屑,這又會限制井眼清潔的效率。此外,封隔的完井區域內的流體會產生峰值壓力,從而減少軸承的壽命。

Varel油氣鉆頭公司研發了SlipStream RC Pro復合牙輪鉆頭,該鉆頭在每個牙輪上都配備了由鋼齒和碳化鎢鑲齒構成的雙切削結構。在德克薩斯州南部進行的廣泛研究中,該牙輪鉆頭提高了性能,效率更高,切削結構磨損更少。

Eagle Ford區塊完井工藝研究

在德克薩斯州南部Eagle Ford頁巖氣區塊開展了一項對57口井的研究,4-1/2in的Slipstream SRP624鉆頭,平均鉆塞速度達到每8.1分鐘鉆一個塞,比標準齒牙輪鉆頭快13.6%。而且與競爭對手鋼齒或碳化鎢鑲齒鉆頭相比,使用該鉆頭平均能多鉆3.3個橋塞。

此外,該鉆頭產生相當小的鉆屑,顯著減少了橋塞間的沖洗時間。與常規鉆頭相比,Slipstream SRP624鉆頭能夠連貫的鉆磨一整套橋塞,而常規鉆頭切削多個橋塞后,切削結構磨損,鉆速下降。第15個橋塞之后,使用常規鉆頭鉆塞速度通常會下降,而SRP624鉆頭還能保持較高的鉆速。

在Atascosa郡的一口井中,單只鉆頭鉆了一個復合橋塞以及25個復合壓裂橋塞,總鉆進時間為234分鐘。平均為每9分鐘鉆一個塞。泵速2.75桶/分鐘,返出速率3.9桶/分鐘,循環壓力3800psi,井口壓力2300psi。

在Gonzales郡的一口井中,鉆了一個復合橋塞以及21個復合壓裂橋塞,總鉆進時間為175分鐘,平均為每8分鐘鉆一個塞。

在這兩口井的完井鉆塞作業中使用該鉆頭,磨損最小,磨損分級為1-2-WT-G-E-Ⅰ-ER-TD。

Varel新型復合牙輪鉆頭提高鉆磨橋塞效率

SlipStream RC Pro復合牙輪鉆頭在鉆頭牙輪外側設計有碳化鎢切削結構,在鉆削堅硬的壓裂橋塞組件時此區域會產生嚴重的磨損。該鉆頭內側還有個鋼齒切削結構,用于鉆削橋塞的復合材料與較軟材料部分。

鉆磨橋塞

各種類型的鉆頭通常都被用來鉆磨壓裂橋塞與橋塞,包括平頂形碳化鎢鑲齒(TCI)磨銑鉆頭、人造聚晶金剛石復合片(PDC)鉆頭。鋼齒鉆頭以及碳化鎢鉆頭。這些鉆頭都是在轉盤和井下馬達下應用,還經常與連續油管一起使用。鉆頭尺寸根據完井工藝使用的套管尺寸來定,大多數情況鉆頭尺寸在3-7/8in~4-7/8in之間。

每個標準鉆頭在用于鉆磨橋塞作業時都會出現困難:攻擊性過高、所需扭矩過大、太鈍,攻擊性不足。扭矩問題可能包括井下馬達停止轉動,鉆磨產生的大塊橋塞材料很難循環出井眼,這些都會導致切削結構過早磨損或嚴重受損。

鉆頭磨損問題是鉆磨橋塞的關鍵問題。普通的橋塞由各種材料組成,包括復合材料、黃銅、熱塑性塑料、鑄鐵以及陶瓷鑲齒。在不同的壓裂橋塞與橋塞設計中使用這些材料,會給鉆頭切削結構帶來一些必須要解決的難題。

井壁、套管、卡瓦以及鑲齒等區域,需要鉆頭切削結構能夠破壞陶瓷或鑄鐵,并能從井壁或套管壁上移除鈦合金鑲齒。鉆頭還必須足夠耐用,以承受與套管壁以及壓裂橋塞鑲齒的持續接觸。

鉆磨橋塞本體與其填充材料需要鉆頭的切削結構能夠將鋁、黃銅或復合填充材料破壞成易于循環出井眼的尺寸,并且能夠承受偶爾與鑲齒以及卡瓦的碰撞。

鉆磨橋塞中心管與其填充材料需要鉆頭的切削結構能夠破壞鋁、黃銅或復合材料,并且切削結構要足夠堅硬,能夠承受切割這些材料所需的扭矩。

此外,鉆頭必須能夠承受鉆入完井封隔區后的流體壓力。在水力壓裂作業期間,這些橋塞封隔了高壓流體。因此當橋塞被鉆穿時,受壓的流體就會被釋放,使鉆頭受到峰值壓力。維持鉆頭軸承的壽命需要運用壓力補償系統,此系統能夠處理這些井下壓力驟變的情況。

Varel新型復合牙輪鉆頭提高鉆磨橋塞效率

Varel公司研發的SlipStream復合鉆頭可以有效鉆磨橋塞。橋塞通常由堅固的外部卡瓦組成,這些卡瓦被塑性材料與彈性材料所包裹,大多標準鉆頭沒有被設計有鉆穿橋塞的能力。這些類型的作業通常會磨損標準鉆頭的鋼齒切削結構,導致標準鉆頭在連續鉆穿橋塞時效率降低。

鉆磨橋塞技術

Varel公司SlipStream鉆頭的每個牙輪都設計有鋼齒與碳化鎢鑲齒切削結構。這個獨特的設計將碳化鎢鑲齒切削結構置于牙輪外側,這個區域在鉆磨堅硬的壓裂橋塞組件時磨損較嚴重,將鋼齒切削結構置于牙輪內側,用來鉆橋塞的復合材料與較軟材料部分。

Varel新型復合牙輪鉆頭提高鉆磨橋塞效率

SlipStream鉆頭在潤滑系統中增加了一個泄壓器,用來減輕密封區域所受的峰值壓力,在不釋放潤滑油的情況下,為壓力補償器做出反應提供時間,受到峰值壓力后普遍都是釋放潤滑油。

這種“量身定做”的碳化鎢鑲齒經受了具有專利權的高能燒結工藝,以提高其耐用性。短而密集的內排鋼齒被優質的硬面敷焊金屬DC30完全覆蓋,不僅給鋼齒提供了耐用性,而且切削下來的鉆屑很小,便于運移。

具有專利權的軸承密封設計進一步提高了鉆頭壽命,從而提升了鉆頭的可靠性,同時軸承密封還具有更好的抗峰值壓力能力與抗泥漿堵塞能力。軸承的密封元件由高飽和丁腈(HSN)橡膠材料制成,具有更高的熱穩定性,更寬泛的耐化學性以及更高的抗拉強度。錐形密封壓蓋能解決鉆穿每個完井層段時所受的壓力波動,該壓蓋還可以更好的控制與保持優選的密封位置與接觸面。而且此軸承密封的熱絕緣性,還可使其作業溫度更低。

最近表現

在得克薩斯州Martin郡,一只4-5/8in SRP624鉆頭鉆了36個橋塞,平均4.97分鐘鉆磨一個橋塞。泵速4桶/分鐘,轉速400,鉆壓(WOB)1000~4000磅。

鉆橋塞作業期間沒有停止井下馬達的轉動,也沒有進行短起下。從觸及第一個橋塞到鉆完第36個橋塞,完成這項作業所需的總時間僅為20小時。

在Wyoming,一只3-3/4in SRP624鉆頭鉆了45個橋塞。作業者控制速度在每25分鐘鉆一個橋塞,該作業中所有鉆頭都這樣做。而正常鉆塞時,SRP624鉆頭能夠每8分鐘鉆一個橋塞。在Wyoming的作業中,該鉆頭多鉆了15個橋塞。

在德克薩斯州Karnes郡,見證了一只4-1/2寸SRP624鉆頭在連續油管鉆機上218分鐘內鉆了34個壓裂橋塞。鉆頭磨損分級為2-1-CT-M-E-1-ER-TD。導致這個磨損狀況,還是因為作業者在起鉆換鉆頭前又多鉆了一些橋塞。

每個作業的作業參數都不同。鉆壓很難準確預測,但一般作業的鉆壓范圍在3000~5000磅。轉速范圍在80~400轉/分鐘,這取決于所用轉盤或井下馬達。一般井下馬達轉速范圍為230~350轉/分鐘,這取決于排量與馬達的配置。

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