石油圈
鉆頭是鉆井作業的核心技術之一，鉆頭的性能優劣直接關系著鉆井作業的效率、質量以及成本。近年來，各大油公司在鉆頭方面都取得了十分顯著的技術進展。
來自 | Baker Hughes
編譯 | Leia
美國頁巖氣開發取得成功，不僅使其本國的能源結構發生了變化，而且也改變了全球能源的市場格局，具有重要意義。但是，頁巖氣作為一種非常規油氣能源，開發技術難度大，投資成本高。于是，石油公司和鉆井承包商便設法依靠技術創新來加強頁巖氣的勘探開發，以降低成本，增加利潤，這就促進了油氣鉆井的科技進步。近10 余年來，油氣鉆井用鉆頭、鉆具、鉆探設備、導向鉆進技術等，甚至整個鉆井模式都發生了很大變化。僅就鉆頭而言，近五六年來取得了顯著進展，各大著名石油服務公司和石油工具供應商研究開發出多種新型鉆頭，大大地提高了鉆井效率，延長了鉆頭壽命，擴大了應用領域。
貝克休斯公司研發的IRev鉆頭延長了普通鉆頭的使用壽命，同時最大限度地減少了鉆進堅硬地層時使用的鉆頭數量。IRev技術設計了全新的切削結構，將金剛石鑲嵌在鉆頭上，很大程度地增加了鉆進速度。
IRev鉆頭尺寸在5-5/8in到14-3/4in間（142.9到374.7毫米），可滿足不同使用條件的需求。這種鉆頭可靠耐用，可滿足貝克休斯Navi-Drill X-treme HS系統等高速電機的各轉速需求。動力部分具有極高扭矩，且靈活性很強，與渦輪機在相同的轉速范圍內。
IRev鉆頭可用于巖性極硬的地層以及巖性較軟的頁巖和粉砂巖的地層，也可提高取芯效果。
IRev鉆頭特點及優勢
1.鑲嵌金剛石：增加鉆頭耐用性、鉆尺和鉆進效果；
2.結構設計合理：增大輸出扭矩，機械鉆速升高，配合高速電機使用時效果更好；
3.制造工藝優良：提高切削結構耐用性和質量，延長鉆頭壽命；
4.特制的金剛石磨粒：根據工作特點采用特制金剛石磨粒，提升鉆進效果；
5.優化鉆頭形狀：平衡負載和鉆頭壽命之間的關系；
6.改善鉆頭水利結構：有效的清除堅硬巖石夾層間的黏土、頁巖和粉砂巖。
應用案例
鉆進哥倫比亞丘陵地帶時，需要在提高鉆頭耐用性的基礎上鉆過鉆進難度較大的Barco和Guadalupe地層。貝克休斯使用14-3/4in的IRev金剛石鉆頭，以1.5m/h的速度鉆進了32.9 m。然后，又使用低速鉆機（0.15轉/加侖）以1.2m/h的速度鉆進了202.6m。該鉆頭以1.2m/h的速度鉆進了235.6m，成功完成了難度較大地層的鉆進。
Direct XCD套管鉆頭可通過地面旋轉的標準套管鉆進，在直井或斜井中可一趟鉆至完鉆井深。
該鉆頭的切削結構可以與13、16或19mm的標準級或優質級PDC齒配合，接頭選用耐用性強的油田級鋼材，主體由鋼合金制成。鉆到完鉆井并完成固井作業后，Direct XCD鉆頭獨特的合金材質可以配合任意標準的PDC鉆頭鉆穿水泥塞，全程無需更換鉆頭。優選防磨噴嘴，可引導流體流動和水力作用，最大化機械鉆速。Direct XCD的碳化鎢涂層可給鉆頭主體和刮刀提供強有力的保護，有效提高鉆頭整體抗侵蝕能力。
應用案例
位于科羅拉多州Fremont縣的一口井，作業者正在鉆進一口井眼尺寸9-5/8英寸的油井，鉆遇Denver-Julesburg盆地的Niobrara地層，具有顯著的Pierre頁巖不穩定性。
計劃井深5000英尺，而在鉆至3800英尺時，BHA發生卡鉆而棄用。68個鉆井日之后，作業者考慮放棄這口井。最終決定嘗試采用Direct XCD套管鉆頭，爭取鉆至計劃的完鉆井深。作業者將8英寸Direct XCD套管鉆頭與7英寸套管配合使用，繼續鉆至完鉆井深處。整個隨鉆下套管作業共花費了約10個鉆井日，節約5.5百萬美元的作業成本。
該井完井后，作業者開鉆20英尺外的另一口井。作業者在第二口井下入Direct XCD套管鉆頭到9-5/8in的套管上，7天內從1600英尺鉆進至4900英尺的完鉆井深。相較第一口井的花費，第二口井的作業成本僅有2.4百萬美元。
Kymera? XT鉆頭
Baker Hughes推出的Kymera XTreme (XT) 混合式鉆頭，鉆頭綜合了PDC鉆頭和三牙輪鉆頭的技術優勢，并保留歷代混合式鉆頭平穩、持續的性能特點，具備更快、更持久的鉆進性能，同時大幅提高進尺速度和使用壽命。Kymera XT鉆頭具有各種規格，可應對各種環境、儲層類型和井眼尺寸所帶來的特殊挑戰。
Kymera XT鉆頭的動態平衡設計可減少扭矩波動以盡可能減少鉆頭損害，在直井段和造斜段均具有高性能的表現。在碳酸鹽巖儲層和交互層儲層等困難環境中，Kymera XT鉆頭還可提供超強的操縱性和控制性。
Kymera XT鉆頭具有更加鋒利、更加耐久的切削結構，與自身增強型形狀及增強硬質合金級別一道，可以提供更強的攻擊性和更快的進尺速度。
“Kymera Xtreme混合式鉆頭將三牙輪鉆頭的控制性和破巖強度，與PDC鉆頭的鉆進速度和剪切作用進行了結合，在幾乎所有場合都比上述兩種鉆頭更耐用”，Baker Hughes鉆頭部門副總Scott Schmidt提到，“這種結合實現了一只鉆頭在各種富有挑戰性儲層中，能夠以更高的速度在直井段和造斜段鉆進更長的距離，該鉆頭能夠幫助運營商在富有挑戰性的商業環境下高效管理建井成本，是一種極其有價值的工具?！?/span>
應用案例
在中東地區的另一家大型油氣公司在鉆遇復雜的交互層層段時，遭遇了井漏挑戰。為了減少漏失風險，他們使用了高密度泥漿，但卻大大降低了ROP。
Baker Hughes設計了定制化的Kymera XT鉆頭后，一趟鉆鉆穿整個層段，消除了一趟起下鉆和使用第二只鉆頭的費用，鉆穿16英尺厚的復雜層段的平均機械鉆速比油田平均鉆速高出138%，并且單位進尺成本比使用牙輪鉆頭的參照井低50%。因此，經營者比預期提前2~3天完成了該層段的鉆井施工，并節約了近10萬美元的費用。
Smith鉆頭公司推出的AxeBlade斧式金剛石切削齒鉆頭（以下簡稱AxeBlade鉆頭），采用獨特的脊狀斧式切削齒，集成了常規PDC鉆頭的剪切破巖和硬質合金鉆頭擠壓破巖的功能，大幅提高機械鉆速和定向鉆井過程的可操控性?，F場試驗表明：在相同條件下，AxeBlade鉆頭的機械鉆速比高性能PDC鉆頭提高了29%。
AxeBlade斧式切削齒以其獨特的脊形幾何結構將剪切破巖與擠壓破巖相結合。與傳統PDC鉆頭相比，相同鉆壓和轉速下，具有更高的機械鉆速，鉆進距離至少提高22%。AxeBlade的斧式結構具有更強的正面抗沖擊性能。
AxeBlade斧式切削齒所需的切屑力較小，具有更高的造斜速率和總體機械鉆速，可用最少的鉆進時間獲得最大的油氣層泄油面積。AxeBlade適用于垂直井、斜井、側鉆井以及無側限抗壓強度大于5000psi的中硬地層，并可配合任意結構的BHAs使用。
應用案例
Unit石油公司在Anadarko盆地鉆遇Granite Wash地層，需在頁巖、砂巖和石灰巖交互層進行鉆井作業，如何提高鉆速成為技術難題。作業者利用AxeBlade鉆頭后，機械鉆速提高了27%。
而在德克薩斯的一次陸地現場應用中，AxeBlade鉆頭在鉆遇頁巖、砂巖和石灰巖交互層時，扭矩降低了20%。
鉆頭是鉆井提速提效的利器，關系到鉆井速度、鉆井周期和成本等，國外大型石油技術服務公司高度重視鉆頭業務和鉆頭技術的創新。
鉆頭是鉆井作業的核心利器之一，通過鉆頭材料、設計和制造等技術的不斷創新，研發高效破巖及長壽命鉆頭可以縮短起下鉆作業時間和鉆井周期，大幅提高作業效率，降低作業成本，是油公司過去、當下以及未來都極為關注的技術重點，也將是優快鉆井技術發展的重中之重。
技術更新永不止步，有限的文字永遠無法觸及智慧的邊際。但，心有多大，舞臺就有多大。石油圈一直在不斷挑戰無限可能，努力為整個大行業奉獻出自己的綿薄之力。面對石油天然氣這個“任性”的老朋友，我們唯一能做的就是放眼國際化，關注他的一舉一動，探尋最讓他“著迷”的新鮮事物，隨時把他的情緒傳達給每一個熱愛石油的人。
未經允許，不得轉載本站任何文章：
