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事半功倍 鉆進效率再飛躍

事半功倍 鉆進效率再飛躍

通過切削齒與胎體的重新設計,PDC鉆頭鉆進性能實現了質的飛躍。

來自 | Ulterra
編譯 | TOM 驚蟄

鉆井作業的一個關鍵是鉆頭加壓,才能成功破碎巖石。鉆壓(WOB)是鉆具組合中鉆鋌對鉆頭施加的向下作用力。這些管柱向下的重力為鉆頭提供了足夠的鉆壓,使其能夠有效的破碎巖石。

當鉆頭提離井底,即可控制與測量BHA重量。然后,緩慢小心地下放鉆柱,直到它觸及井底。隨著司鉆持續下放上部鉆柱,更多的重量會被施加在鉆頭上,同時地面上拉力則會降低。

鉆壓是鉆井優化的重要組成部分,確保向前鉆井作業時,井深也會有效增加。針對每個應用找到合適的鉆壓,對于鉆井作業至關重要。如果鉆壓大于最佳值,鉆頭磨損或損壞的幾率就會增大,鉆桿甚至有可能會發生彎曲。反之,若是鉆壓低于最佳值,機械鉆速(ROP)就會減慢,鉆井性能也會低于正常水平。ROP是鉆頭破碎巖石或沉積物的速度;ROP通常以英尺或米/小時來測量。

為了減少作業時間與成本,最大限度提高ROP是很重要的。為了優化鉆壓,鉆井作業人員必須密切關注鉆壓,并根據需要對其進行修正。找出最佳鉆壓取決于鉆頭的設計與參數,以及外部因素,如泥漿比重、底部鉆具組合以及正在鉆進的巖石。鉆頭是沒有適用的標準鉆壓范圍的,可以是1000磅至10000磅。完全是根據鉆頭的大小與類型、鉆進的巖石以及應用情況而定。Ulterra向客戶推薦的鉆壓值完全是基于應用的局部認識與經驗。

選擇最佳鉆壓與轉速對優化鉆井作業、降低成本、提高鉆頭壽命具有重要意義。鉆井環境,如巖石巖性、作業能力不足,會影響鉆井作業,并可能對鉆井效率產生負面影響。轉速與鉆壓能夠控制振動與機械鉆速。為了使鉆頭與巖石保持平穩接觸,防止損傷,減少能量浪費,使作業效率最大化,控制鉆井振動是非常重要的。

必須達到最小鉆壓才能開始鉆進,這被認為是閾值鉆壓。鉆壓的平均值已經確定,但是還需確定每個應用的最佳鉆壓,在最佳的轉速下,通過以1000至2000磅的步長增加鉆壓來確定。當額外的鉆壓并沒有帶來進一步的鉆進,并且鉆頭開始吃入地層時,就達到最佳鉆壓。

Ulterra公司組建了一支由材料專家、設計工程師以及性能優化專家組成的團隊,創建了一個新的PDC鉆頭胎體。該胎體優于傳統PDC鉆頭的鋼制胎體,可以讓切削齒深入地層以增加機械鉆速。專家團隊最終創建了FastBack系列鉆頭,以更低的鉆壓更快地鉆進。FastBack設計是為了將鉆進能量集中于PDC切削齒的鋒刃上。在這些設計中,PDC切削結構只需更小的鉆壓即可提供能量,同時仍能提供比傳統鉆頭更快的機械鉆速。

包括碳化鎢、金剛石、獨特合金、高強度處理鋼、PDC鉆頭由一些最極端堅硬的材料組成。然而,在影響性能的設計與制造中,優異的性能常常需要很大的權衡。Ulterra公司決定改變規則,設置難度更大的挑戰。FastBack不會因為材料的弱點限制了PDC鉆頭的性能,而是將材料強度與鉆頭構造的每個部分相結合,從而增強其他方面。

FastBack鉆頭利用優質材料與工程原理,將更多的鉆進能量集中在PDC切削齒上。最明顯的視覺效果是FastBack鉆頭的高而薄的梳狀刀翼,這一特征只有通過使用業內最先進的材料技術才能實現。傳統的PDC刀翼形狀都是寬刀翼,在高鉆速與高鉆壓下與地層嚙合,從而鉆速會降低。使用FastBack鉆頭,我們可以將刀翼移開,并將切削齒更深的吃入地層。

傳統的PDC刀翼形狀都是寬刀翼,在高鉆速與高鉆壓下與地層嚙合,從而鉆速會降低。使用FastBack鉆頭,我們可以將刀翼移開,并將切削齒更深的吃入地層。其應用優勢包括:以極簡的刀翼結構支撐PDC切削齒;所有能量都集中在鋒利的鉆石切割面上;沒有能量浪費在將扁平刀翼表面壓入地層。

如今的鉆井環境著眼于掃清妨礙提高性能的障礙,來獲得更高的參數與更高的效率。使用世界領先的材料與工程技術,FastBack能夠在更大的鉆壓范圍內鉆得更快。此外,隨著鉆速越快,需要從鉆頭表面上清除的鉆屑就會越多,如果無法及時清除鉆屑,由于鉆屑堆積,性能則會開始下降。由于FastBack技術允許更薄的刀翼,且具有更大的刀翼間隙,因此鉆頭的排屑面積更大,從而實現更高的水力效率與更好的排屑能力。

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