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切削齒結構新設計 提高鉆井效率

新型切削齒結構提高鉆井效率

NOV推出的新型切削齒在實際應用中大幅提高了鉆井效率。

編譯:驚蟄

鉆頭設計的發展速度,遠超油田使用的其他任何井下工具。激烈的競爭,以及在不同條件下實現更高性能、更高耐用性的需求,推動了廠商不斷的迭代研發、推陳出新。在設計過程中,工程師需要清楚地了解鉆頭失效的原因,以及切削齒與地層中不同類型巖石之間的相互作用。每個設計的終極目標都是利用數據開發出最好的鉆頭,使作業者能夠破紀錄的進行鉆進作業,從而縮短鉆井時間,節約作業成本。

市場普遍認為PDC鉆頭優于牙輪鉆頭,提升鉆頭性能的關鍵通常是本體設計與切削齒結構。為了應對高難度鉆井作業的持續增長,國民油井華高公司(NOV)的ReedHycalog事業部利用Tektonic鉆頭平臺上的ION 3D切削齒,開發出一種新型Chainsaw切削齒結構。

Tektonic鉆頭可針對各種應用進行定制與優化,以幫助作業者在特定挑戰中實現最大價值。該鉆頭擁有先進的本體幾何結構,并配備NOV最新一代的切削技術ION,有助于提高機械鉆速(ROP),最大限度地縮短非生產時間(NPT),從而降低鉆井作業的每英尺進尺成本。ION系列的高性能切割齒,主要是3D切削齒,憑借其優異的切割作用,可以鉆穿多種類型的地層。

這些切削齒具有基于應用的幾何結構,通??梢蕴岣咂扑橹杏驳貙拥哪芰?。由于這種切削齒擁有鑿形邊緣,因此向地層施加的點載荷會精準傳遞至表面,從而產生地下裂縫,有助于更快地鉆穿巖石,且不會犧牲鉆頭壽命。得益于更先進的制造工藝與方法,從成本角度考慮,高性能切削齒的設計也更加可行。業內逐漸轉向利用切削齒設計,來解決特殊挑戰。Chainsaw的概念使上述想法更進一步。

這種新型切削齒結構旨在提高鉆頭的破巖效率,將ION 3D切削齒與圓形切削齒結合在一起,可獲得最大破巖效率。ION 3D切削齒可提供切割頁巖所需的剪切、壓碎切割作用,其光面設計減少了齒面上的巖屑摩擦,提高了整體鉆井效率。以一種新的排列方式將兩種切削齒布置在鉆頭上,增加了其有效范圍,因為僅使用單一的切削作用并不總是最有效的方法。此外,這種切削齒結構實現了異形切削齒與圓形切削齒之間的平衡,可基于特定應用中的挑戰與巖石類型進行設計。

ReedHycalog能夠為Permian區塊的客戶提供性能提升,在很大程度上歸功于其對Permian區塊銷售、設計與作業的專注。Permian區塊之所以能夠迅速發展,其關鍵是針對該地區不同鉆井工況量身定做的鉆頭。利用Tektonic平臺,新鉆頭可在水平段提供更高的ROP與可導向性。通過將該平臺與ION切削齒以及耐用性更高的新型組件相結合,這些鉆頭在鉆穿硬質地層或夾層時擁有更長的壽命。利用當地的設計工程師與專門的支持工程師,公司可以確定出需要改進的地方,結合當地特點,設計出新鉆頭,繼續為客戶提供更好的性能與支持。

在美國德克薩斯州,開發商需鉆穿砂巖、石灰巖、粉砂巖與泥巖的互層,同時還需保持橫向的穩定性,盡量縮短鉆井時間。先前使用的鉆頭在鉆進更短的水平段時,ROP不夠高,切削齒也經常損壞。然而,換用Chainsaw切削齒結構的8.75寸Tektonic鉆頭,鉆井效率提高了9%,平均ROP提升了10%,而且鉆至完鉆井深后,鉆頭的磨損情況良好。

同一地區的另一作業者需要從造斜點開始鉆穿高度互層的地層,鉆出9.875寸的造斜段,同時還要實現高造斜率,維持定向能力,提高鉆頭的ROP與耐用性。選擇精心設計的9.875寸鉆頭,該開發商的平均造斜率為6.6度/100英尺,最大造斜率達到12.5度/100英尺。整趟鉆的表現也頗為優異,鉆了1005英尺,ROP為23.4英尺/小時,超過了平均值。鉆頭的前傾刀翼形狀可幫助鉆頭更好的匹配所受鉆壓,而優化的螺旋刀翼結構有助于降低切削齒與巖石之間的局部約束壓力。

Permian區塊的成功開發,與通過鉆頭選擇和設計實現的性能提升息息相關。除了增加ROP之外,先進的鉆頭還必須能夠有效地鉆穿不同巖性、不同類型的巖石。作業者一直關注的領域是量身定做鉆頭,以解決特定的挑戰。鉆頭設計師們嘔心瀝血,基于現有產品,不斷推陳出新,以在更長、更復雜、井況更惡劣的水平段內獲得成功。通過持續創新與現場測試,ReedHycalog再次兌現了自己的承諾:致力于滿足油田作業者的需求。

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