「鑽井」切削齒結構新設計 提高鑽井效率

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NOV推出的新型切削齒在實際應用中大幅提高了鑽井效率。

編譯 | 驚蟄

鑽頭設計的發展速度，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效能、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，工程師需要清楚地瞭解鑽頭失效的原因，以及切削齒與地層中不同型別岩石之間的相互作用。每個設計的終極目標都是利用資料開發出最好的鑽頭，使作業者能夠破紀錄的進行鑽進作業，從而縮短鑽井時間，節約作業成本。

市場普遍認為PDC鑽頭優於牙輪鑽頭，提升鑽頭效能的關鍵通常是本體設計與切削齒結構。為了應對高難度鑽井作業的持續增長，國民油井華高公司（NOV）的ReedHycalog事業部利用Tektonic鑽頭平臺上的ION 3D切削齒，開發出一種新型Chainsaw切削齒結構。

Tektonic鑽頭可針對各種應用進行定製與最佳化，以幫助作業者在特定挑戰中實現最大價值。該鑽頭擁有先進的本體幾何結構，並配備NOV最新一代的切削技術ION，有助於提高機械鑽速，最大限度地縮短非生產時間，從而降低鑽井作業的每英尺進尺成本。ION系列的高效能切割齒，主要是3D切削齒，憑藉其優異的切割作用，可以鑽穿多種型別的地層。

這些切削齒具有基於應用的幾何結構，通常可以提高破碎中硬地層的能力。由於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，有助於更快地鑽穿岩石，且不會犧牲鑽頭壽命。

石油圈原創，石油圈公眾號：oilsns

這得益於更先進的製造工藝與方法，從成本角度考慮，高效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。

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岩所需的剪下、壓碎切割作用，其光面設計減少了齒面上的岩屑摩擦，提高了整體鑽井效率。

以一種新的排列方式將兩種切削齒佈置在鑽頭上，增加了其有效範圍，因為僅使用單一的切削作用並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，可基於特定應用中的挑戰與岩石型別進行設計。

ReedHycalog能夠為Permian區塊的客戶提供效能提升，在很大程度上歸功於其對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鑽井工況量身定做的鑽頭。利用Tektonic平臺，新鑽頭可在水平段提供更高的ROP與可導向性。

透過將該平臺與ION切削齒以及耐用性更高的新型元件相結合，這些鑽頭在鑽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援工程師，公司可以確定出需要改進的地方，結合當地特點，設計出新鑽頭，繼續為客戶提供更好的效能與支援。

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在美國德克薩斯州，開發商需鑽穿砂岩、石灰岩、粉砂岩與泥岩的互層，同時還需保持橫向的穩定性，儘量縮短鑽井時間。先前使用的鑽頭在鑽進更短的水平段時，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鑽頭，鑽井效率提高了9%，平均ROP提升了10%，而且鑽至完鑽井深後，鑽頭的磨損情況良好。

同一地區的另一作業者需要從造斜點開始鑽穿高度互層的地層，鑽出9。875寸的造斜段，同時還要實現高造斜率，維持定向能力，提高鑽頭的ROP與耐用性。選擇精心設計的9。875寸鑽頭，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。

整趟鑽的表現也頗為優異，鑽了1005英尺，ROP為23。4英尺/小時，超過了平均值。鑽頭的前傾刀翼形狀可幫助鑽頭更好的匹配所受鑽壓，而最佳化的螺旋刀翼結構有助於降低切削齒與岩石之間的區域性約束壓力。

Permian區塊的成功開發，與透過鑽頭選擇和設計實現的效能提升息息相關。除了增加ROP之外，先進的鑽頭還必須能夠有效地鑽穿不同巖性、不同型別的岩石。作業者一直關注的領域是量身定做鑽頭，以解決特定的挑戰。鑽頭設計師們嘔心瀝血，基於現有產品，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。透過持續創新與現場測試，ReedHycalog再次兌現了自己的承諾：致力於滿足油田作業者的需求。

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