搜索

English

中文





全球七大最具創新鉆頭，牛在哪？

分類：公司新聞
作者：
來源：
發布時間：2016-01-26
訪問量：0

【概要描述】為了應對低油價，石油工業各行各業都是八仙過海，各顯神通。鉆頭生產商也不例外。通過改進鉆頭的結構、切削齒的結構以及加入實時優化系統等措施，以期改善鉆頭的性能、提高鉆速、減少起下鉆次數，從而為鉆井各作業程序省時省錢。隨著油氣價格的下降，對鉆頭進行改進對于降低鉆井費用、減少單位進尺成本就顯得非常重要了。與其他底部鉆具組合的部件相比，鉆頭成本相對較低，但是鉆頭的性能對于鉆井的總成本影響非常大。

全球七大最具創新鉆頭，牛在哪？





全球七大最具創新鉆頭，牛在哪？

分類：公司新聞
作者：
來源：
發布時間：2016-01-26
訪問量：0

詳情

　　為了應對低油價，石油工業各行各業都是八仙過海，各顯神通。鉆頭生產商也不例外。通過改進鉆頭的結構、切削齒的結構以及加入實時優化系統等措施，以期改善鉆頭的性能、提高鉆速、減少起下鉆次數，從而為鉆井各作業程序省時省錢。隨著油氣價格的下降，對鉆頭進行改進對于降低鉆井費用、減少單位進尺成本就顯得非常重要了。與其他底部鉆具組合的部件相比，鉆頭成本相對較低，但是鉆頭的性能對于鉆井的總成本影響非常大。

　　現如今經濟環境低迷，加之井身結構越來越復雜，這都促使鉆頭生產商努力提高鉆進效率和鉆頭性能。在常規作業中，鉆頭的使用壽命和機械鉆速（ROP）是用來評價的兩個重要指標，這些參數也直接決定了PDC鉆頭或者牙輪鉆頭的性價比。從經濟角度來看，鉆頭的壽命決定了更換鉆頭的起下鉆次數，而機械鉆速則會影響整個鉆井過程的作業時間。總之，這兩個基本參數直接影響了鉆井總成本。

　　盡管硬質合金和PDC切削鉆頭的質量一直不斷提高，然而軟件模擬和電腦輔助設計系統卻變得越來越重要。專業的評估軟件可以通過裸眼測井的數據來量化地層參數，然后將這些參數值輸入到模擬軟件中，設計出專門適合某一井眼軌跡或地層類型的PDC鉆頭或者牙輪鉆頭。隨著油價的降低和各種各樣新標準的出現，鉆頭生產商必須改進他們的硬件設施和生產工具，并尋找進一步降低鉆井成本的新方法。

　　直接輸入操作系統加速優化進程

　　▲MageForce PDC鉆頭能有效應對各種高難度地層的鉆井作業。

　　哈里伯頓鉆頭的業務鏈主要集中在提高鉆井效率和應對目前的低油價危機方面。哈里伯頓推出的“用戶設計界面”Design at the Customer Interface (DatCI)，可以借助現場第一手資料改進鉆頭功能設計，從而促進產品研發，進而能夠實現快速解決現場施工難題。“用戶設計界面”流程的第一步為：直接由現場施工人員輸入數據，從而指導下一步操作。

　　隨后，公司的工程師通過運用大量不同類型的分析工具，如模擬、分析和設計軟件，以此優選出能夠改善鉆進性能的最佳鉆頭。

　　接下來，會有一個擁有豐富現場實踐經驗的設計團隊對施工流程進行現場指導。這種快速反應系統可以快速解決各種現場應用難題，從而實現鉆井效率最大化，直接節省開支。“用戶設計界面”在俄克拉何馬州的應用提高了其鉆速（ROP），對密西西比灰巖地層彎曲井段也發起了挑戰，通過與甲方的鉆井工程師合作，公司選擇了MegaForce系列的MMD64C 型PDC鉆頭，并配以Select型切削齒（上圖）。

　　該鉆頭鉆井進尺481英尺（約147m）深，平均鉆速43.7 英尺/小時（13,32m/小時），與之前的鉆頭相比，節省了30%的鉆井時間，鉆速也提高了51%。“用戶設計界面”流程還可以用于優化牙輪鉆頭性能。

　　在印度尼西亞的一個地熱井施工中，所采用的12-1/4寸硬質合金牙輪鉆頭（TCI）的工作性能和壽命都受到了影響，由于高溫的環境導致軸承過早損壞。工程師通過借助 “用戶設計界面”程序，對壓力接觸密封圈重新進行了優化設計、使其更加適應地層環境。現場結果表明該設計提高了鉆頭的可靠性。

　　優化鉆頭本體設計提高性能

　　▲新的鉆頭體結構和拋磨牙輪提高了NOV公司Tektonic PDC鉆頭的鉆速，降低其非生產時間。

　　National Oilwell Varco的Tektonic型鉆頭因其先進的鉆頭本體結構而著稱，可以克服頁巖、灰巖和硬地層中水平井、直井和導向井段鉆進時出現的難題（上圖）。NOV公司的研發團隊研究了巖石破壞機理和巖屑產生過程，加深了對鉆頭設計和巖屑攜帶機理的理解，并以此為依據設計了Tektonic鉆頭。

　　大量的室內和現場試驗，保證了每個Tektonicc PDC鉆頭都能將磨損程度降至最低，減少了因高溫和沖擊造成的損壞。前傾的刮刀結構優化了刮刀的高度和寬度，從而提高排屑效率。鉆頭裝有Reflektor型拋光牙輪，可以減少摩擦和降低切削溫度，因此提高了鉆速并最大限度的減少了非生產時間。刮刀前緣整個金剛石面完全暴露在外，這樣流體可以滲透整個切削面，防止頁巖黏附在刮刀前部。

　　這種設計提高了鉆井效率，同時減輕了鉆頭泥包的情況。優化后的螺旋刮刀減少了牙輪-巖石接觸面處的局部壓力。刮刀本體上增大的切削結構為移除巖屑提供了更方便的路徑，最大限度降低了相鄰牙輪在巖石上的局部壓持作用，同時降低了破壞巖石所需的能量。

　　采用最新版本的軟件，使之能夠更好模擬實時鉆井情況，現場鉆井設計工程師也可以更好地了解井底情況，從而更加高效的針對不同的情況進行量體裁衣。動態旋轉鉆頭模型可以模擬偏心運動和實際鉆井中鉆頭的作用力變化情況，這比傳統的偏心模型更符合井底情況。同時，改進的滲流模型可量化和提高水力清洗及冷卻性能。

　　上述這些技術還包括切削面詳細檢查和流體剪切應力以及最新的竄流調節、巖屑體積檢查新技術。在威林斯頓盆地，作業人員使用電動井下鉆具組合配合6英寸Tecktonic鉆頭使用，在中間套管進行側向鉆進直至全井深。

　　整個側向鉆井的過程僅使用了一套井下鉆具組合，以145英尺/小時的平均鉆速鉆進9446英尺（約2880米）。平均鉆速提高了39%，創造了該公司最快側向鉆進的記錄，與其他超過1000英尺（約308米）深的地層相比，其平均鉆速也是最快的。

　　抗磨損旋轉切削齒

　　▲旋轉切削齒使用了PDC切削齒的整個切削邊緣，增加了鉆頭在耐磨性地層的耐用性。

　　斯倫貝謝的子公司——Smith研發的ONYX 360度旋轉PDC切削齒，該鉆頭切削尺的全部邊刃都能參與切屑。在切削結構易磨損的肩部區域，精心設計了這些旋轉切削齒，如上圖所示。由于這些切削齒可以旋轉，因此其可以在較長的一段時間內保持鋒利。該公司最近推出了一種直徑16mm的新型旋轉切削齒，在南美的側向井、陸上和海上的復雜夾層鉆井中得到了廣泛應用。

　　俄克拉何馬州西部使用這種配有16mm旋轉切削齒的6-1/8英寸7翼刮刀PDC鉆頭，來鉆進磨蝕嚴重的砂巖地層的水平段。在連續鉆進6口井的過程中，安裝有旋轉切削齒的PDC鉆頭進尺增加了100%，平均鉆速提高了40%。在路易斯安那州的一口陸地井中，采用了安裝有16mm旋轉切削齒的6翼刮刀的PDC鉆頭，在上部井段部分一次可多鉆進1500英尺。

　　該鉆頭大大增加了鉆頭進尺，使得鉆井人員僅用了兩個鉆頭就完成了全部井段的鉆進工作，而相鄰井卻用了四個鉆頭。

　　圓錐金剛石切削齒，增加鉆頭耐用性

　　StingBlade型PDC鉆頭通過在鉆頭表面精心布設Stinger錐型切削齒，提高了切削結構的耐用性和總體鉆井效率（見上圖）。這些錐型切削齒表面有一層超厚的金剛石表層。齒的錐形結構可以對地層施加較大的點載荷，形成犁式破巖機理，而不是傳統PDC鉆頭的切削破巖方式，從而提高了鉆頭在硬地層中的機械鉆速。這種鉆頭已經在39個國家的1400多口井進行了現場應用，包括在北美和南美地區海上/陸地鉆井、非常規油氣藏鉆井、俄羅斯和中東地區硬質灰巖鉆井等。到目前為止，該項技術已經完成了超過5.6百萬英尺的地層深度。

　　▲錐形切削齒提高了施加于巖石上中心點的載荷，同時加厚的切削齒提高了鉆頭的沖擊能力和抗磨能力。

　　巴西鹽下油田海上鉆井項目中，某公司使用了StingBlade鉆頭鉆進鹽下儲油層，該儲層主要由硬質碳酸鹽組成，并含有部分硬質硅酸鹽結節。StingBlade鉆頭尺寸為12-1/4英寸，鉆壓超過5萬磅/英寸。通過采用這種新型鉆頭，該公司只用了一個鉆頭進尺就鉆完了整個井段，節省了花在鉆頭進尺上的開支，與鄰近井相比，進尺超過了25%，鉆速超過了11%。

　　改善切削結構，提高鉆頭穩定性

　　▲CounterForce的切削結構可以防止鉆頭過度咬合，產生更持續穩定的扭矩，提高定向鉆井的性能。

　　在一些難以到達的油藏中，甲方公司總會想辦法不斷設計越發復雜的井身結構以及更長的水平段。為了實現所要求的軌跡和井段長度，旋轉導向系統的應用越發廣泛。然而，由于許多旋轉導向系統在高震動下會失效，因此不得不起鉆更換設備。而且，在鉆井過程中，鉆井操作人員會監測震動情況，并根據需要調整參數從而穩定井下鉆具組合。如果震動超過了某一臨界值，需要停止鉆進，上提井下鉆具，消除鉆柱諧波。

　　這些不同的機械故障使得鉆井人員不得不降低部分參數，舍棄最優鉆速。為應對難鉆儲層，Ulterra公司設計了CounterForce 型PDC鉆頭。

　　該鉆頭具有一種特殊的切削齒結構，可以減少反扭矩，從而提高鉆井效率（上圖所示）。這些切削齒以交替的側前角進行排列，在一同工作時可以抵消橫向震動，平穩巖石切削作用，因此提高了鉆頭的動態穩定性，增強了對切削面的控制。

　　在德克薩斯州南部，一家大公司為解決該系統的震動問題，將該CounterForce PDC鉆頭安裝在了威德福公司的旋轉導向系統上。鉆進時，井下鉆具從表層套管下部開始，經過造斜段和水平段，最后鉆至總井深處。整個過程只進行一次下鉆。

　　CounterForce U516M 與該地區所使用的其他PDC鉆頭相比，其鉆進平均速度提高了10%，同時因工具失效造成的起下鉆時間減少了32%。該U516M型號的鉆頭，在2015年共下鉆41次，該鉆頭是生產商所使用的鉆頭中性能表現最好的。通過使用電子鉆井記錄儀測量震動水平，再次證實了CounterForce鉆頭的良好性能。

　　在德克薩斯州南部的四口井中，其中三口井的旋轉導向系統上采用了CounterForce U516M鉆頭，另外一口安裝的是普通鉆頭。通過測量發現，與鄰近井相比，使用了CounterForce鉆頭后粘滯滑動下降了35%，平均鉆速增加了27%，作業時間均減少了13個小時。在墨西哥灣東部，一家大型鉆井公司在難鉆進的第三紀中新世和白堊系地層地區（井眼尺寸16-1/2英寸）鉆井時，希望能夠減少震動水平。所以該生產商選用了CounterForce U713M型鉆頭，將其安裝在旋轉導向系統上，與相鄰井相比，粘滯滑動現象下降了30%，鉆速提高了14%。

　　PDC單次下鉆為Eagle Ford氣藏節省開支

　　▲穩定性極高的Voyager鉆頭。Varel International公司的Voyager固定切削刃PDC鉆頭，使用消震功能來控制鉆頭震動。

　　該鉆頭結構起到了一個限制扭矩的作用，優化平滑扭矩響應下的切削深度，如上圖所示。該工程系統控制鉆頭的方法為：采用獨特的切削結構設計，并微調切削工具的后傾度和側傾度。這種鉆頭設計通過減少起下鉆次數，緩解直線段、彎曲段和水平段井筒鉆進時的震動情況來降低Eagle Ford頁巖地區的鉆井成本。通過分析鉆頭特點和工程尺寸，同時結合公司的算法、巖石分析軟件以及大量的油田運行性能數據，最終形成了這一獨特設計。

　　設計工程師采用了建模系統提高旋轉能力和防狗腿能力，減少在特殊的地層、井身結構和井下鉆具組合中的鉆頭漂移和震動。該PDC鉆頭可以提高鉆頭在直線和水平井段的鉆速和耐用性，在井筒彎曲段達到滿足需求的工具面控制要求。在試驗區域內，通常Eagle Ford鉆井的新鉆頭需要起下鉆兩到三次，從而更換震動受損的井下鉆具組合部件。起下鉆次數增多會降低鉆井效率和增加鉆井費用，這是由于延長了鉆井時間和增加了在井下馬達、鉆頭、隨鉆測井工具等上面的開支。

　　鄰井中長為4457.7英尺（約1358.7米）的切線段，鉆井時間平均為29.8小時，鉆速為149.6英尺/每小時。長約6780.6英尺（2066.7米）的彎曲/水平段，鉆井時間平均為104.9小時，鉆速為64.63英尺/每小時。三節井段連起來（約11238英尺，3425.3米）的鉆井時間平均為134.7小時，鉆速為83.4英尺/每小時，但是由于增加了18小時的起下鉆時間，總的鉆井時間達到了152.7小時，鉆速降至了73.6英尺/每小時。

　　新一代的Voyager 7-7/8英寸V513H PDC鉆頭，可以一次性鉆完垂直段、彎曲段和水平段，不需要花費額外費用，用來起下鉆操作和更換井下鉆具，大大地提高了鉆頭的性能。Voyager鉆頭的10個鉆頭行程就鉆進了整個3段井眼，而只用了一個鉆頭和一套井下鉆具。鉆進12,125.4英尺（約3695.8米）的距離平均用時為120.8小時，鉆速達到了100.38英尺/每小時。除了減少操作時間、節省資金以外，該鉆頭還提高了鉆井效率和井身質量。

　　世界上最大的鉆頭

　　▲Varel公司的45英寸-銑齒牙輪鉆頭為擴大井徑提供了一種可行方案。

　　一家獨立的能源公司最近完成了丹麥北海地區的一份合同，其采用的油田鉆頭可能是目前世界上最大的。Varel公司設計并制作了45英寸（約1.14米）的銑齒鉆頭，如上圖所示，墨西哥制造工廠完成后通過海運將這個重達5100磅（約2.3噸）的龐然大物運至英國亞伯丁。這種復合鉆頭在中心處含有一個可更換的PDC鉆頭，從而省去了傳統擴眼作業中所必須的領眼。

掃二維碼用手機看

上一個: 無

下一個: 納米金剛石的改性在催化反應中的應用研究取得進展

上一個: 無

下一個: 納米金剛石的改性在催化反應中的應用研究取得進展