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新型PDC钻头,更快、更深、更稳

2019-09-23 18:35 管理员 次阅读


随着美国陆地作业者不断刷新产量记录,他们迫切需求新技术,以降低成本、提高业绩。Ulterra公司是一家PDC钻头制造商,其客户正在利用SplitBlade PDC钻头专利技术,以实现更强、更快的钻进。这是一趟钻即可完成造斜段与水平段的新技术,增加了钻头的总进尺,也延长了水平段的长度。在钻进造斜段时,该技术可在高钻速下,精准控制工具面,从而帮助作业者缩短钻进时间,减少更换钻头的起下钻次数。

毫无疑问,油气行业可以为数十年的技术成就而感到自豪,这些成就为今天蓬勃发展的全球经济提供了动力。这段历史的一个重要组成部分是1976年推出了PDC钻头,这种钻头能够钻穿更深的油气储层。如今,40多年过去了,PDC技术依然能够使作业者钻得更深更快。该技术有助于提高PDC钻头的性能,因此SplitBlade系列PDC钻头被授予2019年E&P工程创新成就奖。

Ulterra公司的研发团队在为期五年的综合项目中开发了SplitBlade,该项目研究了水力学与接触分布学。根据作业者的经验,在新时代大位移井的高效作业中,这些设计因素具有举足轻重的作用。

01. 双喷嘴水力学

SplitBlade技术将主刀翼做了一定角度的旋转偏移,使之成为分体形状。该研发团队革新了钻头形状,使多个流道能够流经同一刀翼与排屑槽。通常情况下,钻头锥部的岩屑在钻井过程中顺着刀翼面下沉,只会在邻近切削齿的周围积聚,这会浪费钻井能量,最终导致切削齿严重损坏。相反,这种分体式设计可产生高速岩屑,有助于更好清洗钻头锥部的钻屑,从而在钻进期间,可从肩部切削齿排出大量钻屑。与传统设计相比,SplitBlade钻头的排屑能力提高了7倍。

清洗后,钻头齿面能够不受阻碍地吃入、破碎岩石,降低热量积聚,从而减少热损伤,延长钻头寿命,并提高机械钻速。将这些正面因素结合起来,可建立PDC钻头基准,以节省昂贵的钻井时间、减少底部钻具组合(BHA)起下钻次数、延长钻头的进尺。

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钻进期间,SplitBlade钻头增加了与地层的侧向接触点的分布,从而改善了工具面控制。(来源:Ulterra)

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02. 实际接触分布

更多接触意味着在钻进时更多控制。当钻头旋转时,每个切削齿的切削深度都会发生变化。这种变化是一种重复波,其振幅与钻头的稳定性直接相关。该信号可视为反扭矩,在造斜段与水平段的应用中至关重要,因为控制与可导向性会直接关系到最终井眼质量、产层中的井位、油井全寿命周期的产量。通过实现更平稳的扭矩传递,可减少峰值扭矩,而且钻头的运行更符合司钻的期望,特别是在水平段极长的情况下。

在测试与设计SplitBlade技术的过程中,该研发团队认识到,扩展式、分体式切削齿有助于降低积聚的扭矩峰值与偏向力。该设计在能量分配方面做得更好,钻头扭矩的传递也更为平滑,破岩期间可减少潜在造成钻井功能障碍的波动。将所有这些设计优化集成于多功能钻头,使它具有亲力亲为的感觉,同时实现能量均匀分布在整个工具面。

03. 连接垂直段、造斜段与水平段

自2017年秋季推出SplitBlade PDC钻头以来,作业者已将该公司的钻头技术应用于5000多次钻井,总进尺超过650万米(2150万英尺)。目前,使用该技术的作业者平均每月进尺超过120万米(400万英尺)。随着钻井井段的不断延长,钻头的进尺也在持续增加。在Eagle Ford页岩区块,某个作业者一直在创造新的、独特的钻井记录。

该作业者采用了突破常规的钻井设计:仅用一个钻头与钻具组合钻出垂直段、造斜段与水平段(VCL),这是针对Eagle Ford页岩区块某个更具挑战性区域的新策略。一只8.75英寸SplitBlade PDC钻头钻了所有VCL,总进尺达到5180米(17000英尺),为作业者节省了5万美元,并在Eagle Ford页岩区块开创了钻井新时代。在取得成功的基础上,该公司又钻了一个VCL,这次用一个钻头与BHA钻进了5790米(19000英尺)以上,创造了Eagle Ford页岩区块的连续进尺记录。然后,该作业者使用SplitBlade技术又创造了24小时最大进尺记录,最新记录是23.5小时最大进尺为1.9公里(1.2英里)。如今,位于Dimmit郡70%的作业者都在进行VCL钻井,因此VCL钻井已被确立为一项成功的战略。

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04. 更长的水平段

通常在大位移水平井中,BHA距离钻机数英里远,如何将合适的钻压传递到钻头,以避免扭矩与上提悬重上涨,这令作业者颇为头疼。若无法将钻压传递下去,就不会有足够的钻头能量来有效驱动扭矩与悬重,以移除岩石,并向前钻进。该公司的研发团队针对作业者的提效与延长水平段的需求,重新设计了钻头的切削结构与吃入深度,以更好、更稳定的应对钻进4.8公里(3英里)水平段的挑战。

今年年初,Permian区块某个作业者利用一只8.5寸SplitBlade PDC钻头与常规钻具组合,一趟钻完成两个连续的造斜段。某趟钻中,创下了Midland区块常规造斜段与水平段的进尺记录,完成了4420米(14500英尺)的进尺,同时机械钻速超过了30米/小时(100英尺/小时)。以前,该作业者仅在水平段作业中才会使用Ulterra公司的PDC钻头。凭借这一记录,始于德克萨斯州南部的钻井新时代在德克萨斯州西部也得以确立。

在这个大位移井段与组合井段越来越长的新时代,作业者能够持续提高钻井效率与整体油井产量。随着作业者打破了水平段长达4.8公里的新纪录,他们脑海中出现了如何用单只钻头钻出6.4公里(4英里)水平段的新思路。


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