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Varel新型复合牙轮钻头提高钻磨桥塞效率

Varel新型复合牙轮钻头提高钻磨桥塞效率

研究了Eagle Ford区块的57口井,4-1/2寸钻头平均速度达到每8.1分钟钻一个塞。

来自 | Drilling Contractor
编译 | Tom

钻磨桥塞是多层完井中常规但又低效的作业。此作业通常使用标准钻头来完成。然而,移除15~40个桥塞对于钻头性能的确是提出了一些挑战。与钻井作业一样,完井作业的目标也是在起钻换钻头前,能够尽可能的有效地钻更多。

桥塞的外部硬质卡瓦会很快磨损钢齿切削结构,因此钻头在每个桥塞上的切削效率会越来越低。在钻穿各种桥塞材料时很难形成小块的切屑,这又会限制井眼清洁的效率。此外,封隔的完井区域内的流体会产生峰值压力,从而减少轴承的寿命。

Varel油气钻头公司研发了SlipStream RC Pro复合牙轮钻头,该钻头在每个牙轮上都配备了由钢齿和碳化钨镶齿构成的双切削结构。在德克萨斯州南部进行的广泛研究中,该牙轮钻头提高了性能,效率更高,切削结构磨损更少。

Eagle Ford区块完井工艺研究

在德克萨斯州南部Eagle Ford页岩气区块开展了一项对57口井的研究,4-1/2in的Slipstream SRP624钻头,平均钻塞速度达到每8.1分钟钻一个塞,比标准齿牙轮钻头快13.6%。而且与竞争对手钢齿或碳化钨镶齿钻头相比,使用该钻头平均能多钻3.3个桥塞。

此外,该钻头产生相当小的钻屑,显著减少了桥塞间的冲洗时间。与常规钻头相比,Slipstream SRP624钻头能够连贯的钻磨一整套桥塞,而常规钻头切削多个桥塞后,切削结构磨损,钻速下降。第15个桥塞之后,使用常规钻头钻塞速度通常会下降,而SRP624钻头还能保持较高的钻速。

在Atascosa郡的一口井中,单只钻头钻了一个复合桥塞以及25个复合压裂桥塞,总钻进时间为234分钟。平均为每9分钟钻一个塞。泵速2.75桶/分钟,返出速率3.9桶/分钟,循环压力3800psi,井口压力2300psi。

在Gonzales郡的一口井中,钻了一个复合桥塞以及21个复合压裂桥塞,总钻进时间为175分钟,平均为每8分钟钻一个塞。

在这两口井的完井钻塞作业中使用该钻头,磨损最小,磨损分级为1-2-WT-G-E-Ⅰ-ER-TD。

Varel新型复合牙轮钻头提高钻磨桥塞效率

SlipStream RC Pro复合牙轮钻头在钻头牙轮外侧设计有碳化钨切削结构,在钻削坚硬的压裂桥塞组件时此区域会产生严重的磨损。该钻头内侧还有个钢齿切削结构,用于钻削桥塞的复合材料与较软材料部分。

钻磨桥塞

各种类型的钻头通常都被用来钻磨压裂桥塞与桥塞,包括平顶形碳化钨镶齿(TCI)磨铣钻头、人造聚晶金刚石复合片(PDC)钻头。钢齿钻头以及碳化钨钻头。这些钻头都是在转盘和井下马达下应用,还经常与连续油管一起使用。钻头尺寸根据完井工艺使用的套管尺寸来定,大多数情况钻头尺寸在3-7/8in~4-7/8in之间。

每个标准钻头在用于钻磨桥塞作业时都会出现困难:攻击性过高、所需扭矩过大、太钝,攻击性不足。扭矩问题可能包括井下马达停止转动,钻磨产生的大块桥塞材料很难循环出井眼,这些都会导致切削结构过早磨损或严重受损。

钻头磨损问题是钻磨桥塞的关键问题。普通的桥塞由各种材料组成,包括复合材料、黄铜、热塑性塑料、铸铁以及陶瓷镶齿。在不同的压裂桥塞与桥塞设计中使用这些材料,会给钻头切削结构带来一些必须要解决的难题。

井壁、套管、卡瓦以及镶齿等区域,需要钻头切削结构能够破坏陶瓷或铸铁,并能从井壁或套管壁上移除钛合金镶齿。钻头还必须足够耐用,以承受与套管壁以及压裂桥塞镶齿的持续接触。

钻磨桥塞本体与其填充材料需要钻头的切削结构能够将铝、黄铜或复合填充材料破坏成易于循环出井眼的尺寸,并且能够承受偶尔与镶齿以及卡瓦的碰撞。

钻磨桥塞中心管与其填充材料需要钻头的切削结构能够破坏铝、黄铜或复合材料,并且切削结构要足够坚硬,能够承受切割这些材料所需的扭矩。

此外,钻头必须能够承受钻入完井封隔区后的流体压力。在水力压裂作业期间,这些桥塞封隔了高压流体。因此当桥塞被钻穿时,受压的流体就会被释放,使钻头受到峰值压力。维持钻头轴承的寿命需要运用压力补偿系统,此系统能够处理这些井下压力骤变的情况。

Varel新型复合牙轮钻头提高钻磨桥塞效率

Varel公司研发的SlipStream复合钻头可以有效钻磨桥塞。桥塞通常由坚固的外部卡瓦组成,这些卡瓦被塑性材料与弹性材料所包裹,大多标准钻头没有被设计有钻穿桥塞的能力。这些类型的作业通常会磨损标准钻头的钢齿切削结构,导致标准钻头在连续钻穿桥塞时效率降低。

钻磨桥塞技术

Varel公司SlipStream钻头的每个牙轮都设计有钢齿与碳化钨镶齿切削结构。这个独特的设计将碳化钨镶齿切削结构置于牙轮外侧,这个区域在钻磨坚硬的压裂桥塞组件时磨损较严重,将钢齿切削结构置于牙轮内侧,用来钻桥塞的复合材料与较软材料部分。

Varel新型复合牙轮钻头提高钻磨桥塞效率

SlipStream钻头在润滑系统中增加了一个泄压器,用来减轻密封区域所受的峰值压力,在不释放润滑油的情况下,为压力补偿器做出反应提供时间,受到峰值压力后普遍都是释放润滑油。

这种“量身定做”的碳化钨镶齿经受了具有专利权的高能烧结工艺,以提高其耐用性。短而密集的内排钢齿被优质的硬面敷焊金属DC30完全覆盖,不仅给钢齿提供了耐用性,而且切削下来的钻屑很小,便于运移。

具有专利权的轴承密封设计进一步提高了钻头寿命,从而提升了钻头的可靠性,同时轴承密封还具有更好的抗峰值压力能力与抗泥浆堵塞能力。轴承的密封元件由高饱和丁腈(HSN)橡胶材料制成,具有更高的热稳定性,更宽泛的耐化学性以及更高的抗拉强度。锥形密封压盖能解决钻穿每个完井层段时所受的压力波动,该压盖还可以更好的控制与保持优选的密封位置与接触面。而且此轴承密封的热绝缘性,还可使其作业温度更低。

最近表现

在得克萨斯州Martin郡,一只4-5/8in SRP624钻头钻了36个桥塞,平均4.97分钟钻磨一个桥塞。泵速4桶/分钟,转速400,钻压(WOB)1000~4000磅。

钻桥塞作业期间没有停止井下马达的转动,也没有进行短起下。从触及第一个桥塞到钻完第36个桥塞,完成这项作业所需的总时间仅为20小时。

在Wyoming,一只3-3/4in SRP624钻头钻了45个桥塞。作业者控制速度在每25分钟钻一个桥塞,该作业中所有钻头都这样做。而正常钻塞时,SRP624钻头能够每8分钟钻一个桥塞。在Wyoming的作业中,该钻头多钻了15个桥塞。

在德克萨斯州Karnes郡,见证了一只4-1/2寸SRP624钻头在连续油管钻机上218分钟内钻了34个压裂桥塞。钻头磨损分级为2-1-CT-M-E-1-ER-TD。导致这个磨损状况,还是因为作业者在起钻换钻头前又多钻了一些桥塞。

每个作业的作业参数都不同。钻压很难准确预测,但一般作业的钻压范围在3000~5000磅。转速范围在80~400转/分钟,这取决于所用转盘或井下马达。一般井下马达转速范围为230~350转/分钟,这取决于排量与马达的配置。

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二丫
石油圈认证作者
毕业于中国石油大学(北京),油气井工程硕士,长期聚焦国内外石油行业前沿技术装备信息,具有数十万字技术文献翻译经验。如需获取更多技术资料,请联系二丫(QQ295900524;微信13132550596)

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