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事半功倍 钻进效率再飞跃

事半功倍 钻进效率再飞跃

通过切削齿与胎体的重新设计,PDC钻头钻进性能实现了质的飞跃。

来自 | Ulterra
编译 | TOM 惊蛰

钻井作业的一个关键是钻头加压,才能成功破碎岩石。钻压(WOB)是钻具组合中钻铤对钻头施加的向下作用力。这些管柱向下的重力为钻头提供了足够的钻压,使其能够有效的破碎岩石。

当钻头提离井底,即可控制与测量BHA重量。然后,缓慢小心地下放钻柱,直到它触及井底。随着司钻持续下放上部钻柱,更多的重量会被施加在钻头上,同时地面上拉力则会降低。

钻压是钻井优化的重要组成部分,确保向前钻井作业时,井深也会有效增加。针对每个应用找到合适的钻压,对于钻井作业至关重要。如果钻压大于最佳值,钻头磨损或损坏的几率就会增大,钻杆甚至有可能会发生弯曲。反之,若是钻压低于最佳值,机械钻速(ROP)就会减慢,钻井性能也会低于正常水平。ROP是钻头破碎岩石或沉积物的速度;ROP通常以英尺或米/小时来测量。

为了减少作业时间与成本,最大限度提高ROP是很重要的。为了优化钻压,钻井作业人员必须密切关注钻压,并根据需要对其进行修正。找出最佳钻压取决于钻头的设计与参数,以及外部因素,如泥浆比重、底部钻具组合以及正在钻进的岩石。钻头是没有适用的标准钻压范围的,可以是1000磅至10000磅。完全是根据钻头的大小与类型、钻进的岩石以及应用情况而定。Ulterra向客户推荐的钻压值完全是基于应用的局部认识与经验。

选择最佳钻压与转速对优化钻井作业、降低成本、提高钻头寿命具有重要意义。钻井环境,如岩石岩性、作业能力不足,会影响钻井作业,并可能对钻井效率产生负面影响。转速与钻压能够控制振动与机械钻速。为了使钻头与岩石保持平稳接触,防止损伤,减少能量浪费,使作业效率最大化,控制钻井振动是非常重要的。

必须达到最小钻压才能开始钻进,这被认为是阈值钻压。钻压的平均值已经确定,但是还需确定每个应用的最佳钻压,在最佳的转速下,通过以1000至2000磅的步长增加钻压来确定。当额外的钻压并没有带来进一步的钻进,并且钻头开始吃入地层时,就达到最佳钻压。

Ulterra公司组建了一支由材料专家、设计工程师以及性能优化专家组成的团队,创建了一个新的PDC钻头胎体。该胎体优于传统PDC钻头的钢制胎体,可以让切削齿深入地层以增加机械钻速。专家团队最终创建了FastBack系列钻头,以更低的钻压更快地钻进。FastBack设计是为了将钻进能量集中于PDC切削齿的锋刃上。在这些设计中,PDC切削结构只需更小的钻压即可提供能量,同时仍能提供比传统钻头更快的机械钻速。

包括碳化钨、金刚石、独特合金、高强度处理钢、PDC钻头由一些最极端坚硬的材料组成。然而,在影响性能的设计与制造中,优异的性能常常需要很大的权衡。Ulterra公司决定改变规则,设置难度更大的挑战。FastBack不会因为材料的弱点限制了PDC钻头的性能,而是将材料强度与钻头构造的每个部分相结合,从而增强其他方面。

FastBack钻头利用优质材料与工程原理,将更多的钻进能量集中在PDC切削齿上。最明显的视觉效果是FastBack钻头的高而薄的梳状刀翼,这一特征只有通过使用业内最先进的材料技术才能实现。传统的PDC刀翼形状都是宽刀翼,在高钻速与高钻压下与地层啮合,从而钻速会降低。使用FastBack钻头,我们可以将刀翼移开,并将切削齿更深的吃入地层。

传统的PDC刀翼形状都是宽刀翼,在高钻速与高钻压下与地层啮合,从而钻速会降低。使用FastBack钻头,我们可以将刀翼移开,并将切削齿更深的吃入地层。其应用优势包括:以极简的刀翼结构支撑PDC切削齿;所有能量都集中在锋利的钻石切割面上;没有能量浪费在将扁平刀翼表面压入地层。

如今的钻井环境着眼于扫清妨碍提高性能的障碍,来获得更高的参数与更高的效率。使用世界领先的材料与工程技术,FastBack能够在更大的钻压范围内钻得更快。此外,随着钻速越快,需要从钻头表面上清除的钻屑就会越多,如果无法及时清除钻屑,由于钻屑堆积,性能则会开始下降。由于FastBack技术允许更薄的刀翼,且具有更大的刀翼间隙,因此钻头的排屑面积更大,从而实现更高的水力效率与更好的排屑能力。

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