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   殼牌公司資深鉆井工程師指出，鉆井作業(yè)商的目標(biāo)是鉆出盡可能多的高性能井，并要保證是最低成本。那么究竟什么樣的鉆頭才能滿足鉆井作業(yè)商的具體需求呢？下面讓我們看看，近來國外其它主要鉆頭供應(yīng)商推出的鉆頭新品。
獨(dú)特的水平井專用鉆頭
    Shear Bits公司于2008年成立于加拿大，專為加拿大西部鉆井市場提供PDC鉆頭。
    該公司所有鉆頭都針對水力優(yōu)化而設(shè)計成多種等級，全部流道和排屑槽的形狀都可最大限度的減少流場死點(diǎn)，所有噴嘴都可互換，排屑槽皆為大尺寸設(shè)計且大多數(shù)鉆頭結(jié)構(gòu)都是在每個刀翼有多個噴嘴。該公司專用的第三規(guī)徑技術(shù)能通過三點(diǎn)金剛石覆蓋而保證鉆頭的耐用性。除了每個刀翼有三個PDC齒外，每個保徑墊都由碳化鎢合金構(gòu)成以提高其耐磨性。第三規(guī)徑技術(shù)中的最終PDC齒布局能使鉆頭有效的倒劃眼通過縮徑井段。
     Shear Bits公司的設(shè)計技術(shù)不是建立在模擬基礎(chǔ)上，而是建立在具體用途的基礎(chǔ)之上。該公司擁有一套能幫助設(shè)計工程師開發(fā)成功鉆頭的分析工具，其設(shè)計系統(tǒng)建立在對每只鉆頭建立三維模型的基礎(chǔ)上，其中包括專有的切削齒布置算法，重點(diǎn)是理解PDC齒與巖層間的幾何作用關(guān)系。該公司的目標(biāo)不是預(yù)測鉆頭的鉆井性能，而是通過工程設(shè)計而生產(chǎn)出能實現(xiàn)所需性能的鉆頭設(shè)計幾何形狀，其中最重要的步驟是在完成初始設(shè)計和對首批鉆頭進(jìn)行試驗之后。此時，設(shè)計人員要對鈍鉆頭狀況進(jìn)行詳細(xì)的評估，并以所鉆地層為基礎(chǔ)結(jié)合具體用途來開發(fā)下一只鉆頭，隨著新型PDC齒的開發(fā)和新型鉆頭幾何形狀的生成，鉆頭設(shè)計技術(shù)也隨之改變，以便與目標(biāo)用途中的變量相吻合，這就是Shear Bits公司以具體用途為基礎(chǔ)的設(shè)計技術(shù)，開發(fā)過程中的每一階段都著眼于鉆頭的井下性能而不是計算機(jī)模擬。
     該公司擁有4個系列的PDC鉆頭，每個系列都含有具體的技術(shù)以使其能在具體應(yīng)用中發(fā)揮最佳性能。其定向井系列鉆頭可實現(xiàn)穩(wěn)定的工具面控制而不會損失其機(jī)械鉆速，鉆頭滑動時可進(jìn)行定向操作，而轉(zhuǎn)動時則速度快，鉆頭輪廓為專有的幾何形狀，整體長度短但同時又能在鉆頭臺肩處保持充足的金剛石量。
     通過在每個刀翼上增加PDC齒的排數(shù)，該公司形成了多排齒系列鉆頭，這種鉆頭可被設(shè)計出多種獨(dú)特特征，從而在復(fù)雜地層中取得良好鉆進(jìn)效果。而該公司的水平井系列鉆頭則配備了特殊的保徑墊，以便能夠?qū)崿F(xiàn)與井壁的最大環(huán)形接觸，而同時又能保持鉆頭的總長度較短；鉆頭上的主要PDC切削結(jié)構(gòu)能夠在沒有過多側(cè)切的情況下有效的向前鉆進(jìn)，因而限制了鉆頭鉆進(jìn)時的下斜傾向。
     該公司稱，到目前為止還沒有哪家鉆頭廠家擁有專門為水平井應(yīng)用而開發(fā)的鉆頭，所有其他廠家都是用其為定向井開發(fā)的鉆頭來鉆水平井段的，這樣做從功能上而言是可行的，但是只要鉆頭是為兩種不同用途而設(shè)計的，則鉆頭的性能總是在至少一種用途中是打折扣的，且常常是在兩種用途中都會打折扣。到目前為止，該公司鉆頭所創(chuàng)記錄的一半都是在水平鉆井應(yīng)用中取得的。
     在加拿大的一口井中，Shear Bits公司在一個通常機(jī)械鉆速很低的井段大幅提高了機(jī)械鉆速。該公司采用了其6 1/8英寸的SH513和6 1/8英寸的SH513D PDC鉆頭，SH513D鉆頭具有雙排齒特征。所鉆的是一段600~700米的水平井段，該井段地層主要是抗壓強(qiáng)度為15~20 kpsi的白云巖。在分析了實際情況后，該公司同時開發(fā)了兩種水平井系列鉆頭，以便能夠?qū)�兩種概念進(jìn)行快速試驗。其SH513鉆頭用時31.3小時鉆進(jìn)了644米，機(jī)械鉆速為20.6米/小時，與鄰井最快的鉆速相比提高了166%；而另一只SH513D鉆頭鉆進(jìn)的井段更長，達(dá)689米，但機(jī)械鉆速還是達(dá)到了19.7米/小時，比鄰井第二快的鉆速快了很多。
經(jīng)濟(jì)高效的鉆頭新品
     史密斯公司的Outlaw PDC鉆頭，通過應(yīng)用其專有的IDEAS鉆頭設(shè)計和模擬過程軟件進(jìn)行優(yōu)化，在Anadarko盆地鉆井應(yīng)用中創(chuàng)下了多項鉆井記錄，該地區(qū)地層主要是難于鉆進(jìn)的碳酸鹽、頁巖和砂巖地層。
     該公司開發(fā)的7 7/8英寸Mi616型六刀翼鉆頭的切削結(jié)構(gòu)包括有26顆面齒和6顆保徑齒，以便在獲得鉆頭耐用性延長鉆頭壽命，和提高鉆頭進(jìn)攻性實現(xiàn)更高的機(jī)械鉆速（ROP）之間達(dá)到平衡。鉆頭上配備了3個標(biāo)準(zhǔn)系列的60N噴嘴以便有效地清洗井眼，該鉆頭的另一特點(diǎn)是其具有8.88平方英寸的大排屑槽面積。
     去年，這種鉆頭在Anadarko盆地的應(yīng)用中，在進(jìn)尺和機(jī)械鉆速（ROP）方面創(chuàng)下了6項鉆井記錄，創(chuàng)記錄的鉆頭全部都是7 7/8英寸的PDC鉆頭。其中一只Mi616MNSPX鉆頭被XTO能源公司在美國俄克拉荷馬州Major縣的Corwin B 5-29井中鉆井，取得了92英尺/小時的機(jī)械鉆速，比鄰井所用的競爭對手鉆頭的鉆速快了104%，且創(chuàng)下了該縣的機(jī)械鉆速記錄，鉆井深度達(dá)到了8,543英尺。而鄰井3只競爭對手的鉆頭的機(jī)械鉆速分別僅為每小時41、44和45英尺。
史密斯公司最新推出的Shamal Typhoon系列牙輪鉆頭是專為中東地區(qū)大井眼鉆井所開發(fā)的，這種鉆頭融合了該公司傳統(tǒng)的Shamal特征和新型“Typhoon”水力結(jié)構(gòu)以便能夠更有效地清洗大直徑井眼。該公司的IDEAS（集成動態(tài)工程分析系統(tǒng)）保證了Shamal Typhoon水力結(jié)構(gòu)、鉆頭切削齒幾何形狀以及最新的硬質(zhì)合金技術(shù)有機(jī)融合以獲得最佳的鉆頭性能。
     在沙特阿拉伯的Ghawar油田，一只16英寸的Shamal Typhoon 六噴嘴鉆頭鉆進(jìn)了2,344英尺，創(chuàng)下了每小時90.15英尺的該油田機(jī)械鉆速記錄，比5口鄰井的平均機(jī)械鉆速（每小時58.32英尺）快了54.6%。這種鉆頭創(chuàng)下的另一項記錄是鉆完某一井段的成本僅為每英尺31美元，而5口鄰井的平均成本則為每英尺41美元。前期的此項記錄也是由一只16英寸的Shamal Typhoon鉆頭保持的，當(dāng)時該鉆頭取得了每小時76.19英尺的機(jī)械鉆速，每英尺鉆井成本為33美元。
欠平衡鉆井專用鉆頭
     美國瓦瑞爾國際公司于今年2月間，首次推出了A-Force系列密封滑動軸承空氣鉆井牙輪鉆頭，專門用于欠平衡鉆井，包括空氣鉆井、泡沫鉆井和霧化鉆井。該系列產(chǎn)品采用了新型牙輪技術(shù)和先進(jìn)的材料，使鉆頭鉆速更快、壽命更長且穩(wěn)定性更好。
所有的A-Force系列鉆頭都帶有用新型技術(shù)專門設(shè)計的改進(jìn)型密封滑動軸承系統(tǒng)，改善了大負(fù)荷鉆井條件下軸承對熱量的承受能力；鉆頭切削齒皆采用該公司大能量滾筒拋光（HET）專利技術(shù)加以處理，且其切削結(jié)構(gòu)和碳化鎢硬質(zhì)合金牌號都是專為欠平衡鉆井所配備的。
     在鉆頭密封與內(nèi)軸承間設(shè)計了一個隔熱片以保護(hù)密封免受過大熱量的影響，降低密封系統(tǒng)的工作溫度并延長密封壽命。在鉆頭上還配置了一個圓錐形密封墊，此墊能夠使密封系統(tǒng)更好地適應(yīng)壓力波動，同時仍能保持良好的密封位置和界面，這種效果對于在空氣、泡沫和霧化鉆井中可能會遇到的大的內(nèi)部軸承壓力來說是非常重要的。另外，A-Force系列鉆頭軸承的剛性更好、公差更小，所以鉆頭能夠承受更大的鉆壓。
     該產(chǎn)品在材料方面的改進(jìn)包括采用了高溫穩(wěn)定性更好的新型潤滑脂配方，并在鉆頭軸承表面鑲焊了耐磨性更好的硬質(zhì)金屬。同時對這種鉆頭的牙掌鍛件也進(jìn)行了重新設(shè)計，使其強(qiáng)度更高、穩(wěn)定性更好且減小了整體鉆頭長度。
     在PDC鉆頭方面，瓦瑞爾公司也還在不斷探索滿足用戶定向需求的新途徑，在有機(jī)結(jié)合其GeoScience和SPOT專有軟件程序的閉環(huán)系統(tǒng)之上，建立起用于重新設(shè)計其Navigator系列PDC鉆頭的平臺，使設(shè)計人員能夠建立鉆頭規(guī)徑和切削結(jié)構(gòu)模型，根據(jù)特定需求優(yōu)化鉆頭零部件并預(yù)測哪種結(jié)構(gòu)可導(dǎo)致所希望的產(chǎn)品性能。
      在一次頁巖井段鉆井中，一家主要鉆井作業(yè)商要求瓦瑞爾公司提供一種穩(wěn)定性更好的鉆頭，該公司推薦了一只六刀翼7 7/8英寸的VM619H Navigator PDC鉆頭，該鉆頭在45.25小時內(nèi)共鉆進(jìn)4,531英尺，達(dá)到了9,885英尺的總深，其機(jī)械鉆速高達(dá)每小時100.13英尺，使該作業(yè)商節(jié)約了幾乎一整天的鉆機(jī)時間，約合當(dāng)?shù)劂@井成本50,000美元。
瓦瑞爾公司的A-Force系列欠平衡鉆井專用鉆頭
     以上是去年以來國外各大鉆頭廠商推出的鉆頭新品，其形狀各不相同，但共同之處是以鉆井具體用途為導(dǎo)向，以客戶的具體需求為開發(fā)目標(biāo)，也只有這樣，才能不斷開發(fā)出為客戶所接受的性能優(yōu)良的鉆頭產(chǎn)品。