一些最新的發(fā)展包括用于鉆研磨性地層和高溫地層的新型切削齒材料，有些8刀翼結(jié)構(gòu)鉆頭也應(yīng)用了新型切削齒技術(shù)和新型材料，同時(shí)也采用了新型鉆頭體材料以便提高鉆頭的耐用性并改善性能，其結(jié)果之一就是能夠使鉆井作業(yè)商降低鉆井成本。
許多鉆頭技術(shù)實(shí)際上也就是在開發(fā)切削齒方面的材料技術(shù)，以便使鉆頭能夠在極度研磨性的地層中鉆進(jìn)，這類齒能夠鉆硬地層和軟地層之間的過渡層以及夾層地層而不會(huì)發(fā)生斷裂。
在鉆頭本身的材料性質(zhì)方面也有所發(fā)展，使得鉆頭更為堅(jiān)韌耐用，使設(shè)計(jì)工程師們能夠?qū)?a target=_blank href="http://m.mesardrich.com/forum-83-1.html">PDC鉆頭設(shè)計(jì)用于鉆更硬的地層。使用更為堅(jiān)韌的材料，可以增加布齒密度，從而又使得鉆頭更為堅(jiān)韌耐用，使鉆井作業(yè)商能夠用一只鉆頭在即硬且研磨性很強(qiáng)的地層中實(shí)現(xiàn)更大的進(jìn)尺。
美國(guó)史密斯國(guó)際公司的專家認(rèn)為：切削齒越好，鉆頭鉆進(jìn)的時(shí)間就越長(zhǎng)，且能夠鉆更硬和研磨性更強(qiáng)的地層，鉆井作業(yè)商的鉆井成本也就越低。如果想要PDC鉆頭能夠在此類地層中有效鉆進(jìn)，首先就必須使鉆頭上的切削齒能夠適應(yīng)。另外，鉆頭上的刀翼數(shù)目越多，在鉆頭上安置的金剛石量也就越大。然而，當(dāng)鉆頭工作已經(jīng)足夠穩(wěn)定時(shí)，我們就停止增加鉆頭的刀翼數(shù)目，目前史密斯公司的研發(fā)重點(diǎn)主要是集中在切削齒技術(shù)方面。
減少更換到牙輪鉆頭，然后再切換回PDC鉆頭所需的起下鉆次數(shù)，或是減少用帶有更多刀翼數(shù)目且布齒密度高的PDC鉆頭來替換刀翼數(shù)目少，且布齒密度低的PDC鉆頭的起下鉆次數(shù)，都可以節(jié)省時(shí)間和資金。國(guó)民油井華高公司的專家認(rèn)為，一般而言，PDC鉆頭上的刀翼越多，布齒密度就越大，鉆頭上的金剛石量也就越大，鉆頭就越發(fā)耐用，其工作壽命也就越長(zhǎng)。當(dāng)然，與布齒密度低的鉆頭相比，布齒密度高的鉆頭在相同巖層中的鉆速會(huì)較低，但是，由于不用頻繁起下鉆更換鉆頭，所以還是能夠?yàn)殂@井作業(yè)商節(jié)省時(shí)間和資金。例如，所需鉆進(jìn)的井段為1000英尺，一只布齒密度高的鉆頭能夠以較低的鉆速鉆完整個(gè)井段，這與布齒密度低但只能鉆500英尺的鉆頭相比，對(duì)于鉆井承包商而言成本還是較低的，因?yàn)檫@一只鉆頭能夠始終在井下鉆進(jìn)而不用進(jìn)行起下鉆作業(yè)來更換鉆頭。
下面是美國(guó)幾家主要鉆頭制造商在PDC鉆頭技術(shù)方面的最新發(fā)展動(dòng)態(tài)。
貝克 • 休斯公司
貝克•休斯公司所屬的休斯•克里斯坦森公司推出的Quantec FORCE PDC鉆頭，是在調(diào)查了許多鉆頭參數(shù)以便改善鉆頭機(jī)械鉆速、耐用性、穩(wěn)定性、可操縱性、理想的切削結(jié)構(gòu)負(fù)載以及切削齒材料性質(zhì)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)制造的。該公司在鉆頭設(shè)計(jì)過程中采用了有限元分析以保證鉆頭的結(jié)構(gòu)和機(jī)械完整性，采用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)原理來評(píng)估鉆頭水力結(jié)構(gòu)的效率。優(yōu)化了的受力分布保證了鉆頭的穩(wěn)定性和鉆進(jìn)效率，使鉆頭上所有的齒都能均勻一致的吃入地層。
該鉆頭的多齒排結(jié)構(gòu)使其能夠有效地鉆進(jìn)多種巖層而不會(huì)犧牲其良好的鉆進(jìn)性能，且該公司的切削深度控制（DOCC）技術(shù)使鉆頭更加穩(wěn)定，有助于更好的工具面控制。強(qiáng)化金剛石體積管理技術(shù)使切削結(jié)構(gòu)得以優(yōu)化，從而能夠根據(jù)具體用途來定制鉆頭輪廓以及切削齒布局。
為了改善鉆頭的穩(wěn)定性，貝克•休斯公司應(yīng)用了一種專有的鉆頭動(dòng)態(tài)模型和受力分布方法，這能使切削結(jié)構(gòu)的受力更為一致，鉆進(jìn)時(shí)需要較少的能量，且能在較低的機(jī)械鉆速（ROP）下優(yōu)化效率和穩(wěn)定性。
在該鉆頭上所采用的新型專用齒通過現(xiàn)場(chǎng)證明其耐磨性是前期切削齒的6倍；同時(shí)還優(yōu)化了金剛石層與碳化鎢基托之間的界面以實(shí)現(xiàn)更好的耐用性和熱穩(wěn)定性；采取新工藝使殘余應(yīng)力遠(yuǎn)離切削刃，再加上相應(yīng)的穩(wěn)定技術(shù)，發(fā)生對(duì)切削齒來說的極度或損壞性負(fù)載的可能性大為減小。
在Barnett頁(yè)巖地層中，該公司的一只新型PDC鉆頭鉆完了1,873英尺的Atoka砂巖和Bend礫巖井段，在保持與造斜點(diǎn)呈相切狀態(tài)的情況下達(dá)到了每小時(shí)47英尺的平均機(jī)械鉆速，這次鉆進(jìn)為鉆井作業(yè)商節(jié)省了近35個(gè)小時(shí)，與鄰井相比降低作業(yè)成本58,000美元。
在美國(guó)德克薩斯州的一個(gè)石灰?guī)r地區(qū)，一只7 7/8英寸的Quantec Force Q507FX鉆頭被用于鉆Travis Peak/Cotton流域過渡區(qū)的硬砂巖和軟頁(yè)巖層段，這只鉆頭以每小時(shí)21.3英尺的鉆速鉆進(jìn)了1,269英尺，比鄰井平均速度快了31%，且在6英里半徑中比鄰井平均進(jìn)尺提高122%，這次鉆進(jìn)為作業(yè)商節(jié)約了18個(gè)多小時(shí)，降低成本達(dá)每英尺24美元。
哈里伯頓公司
哈里伯頓公司推出的FX PDC鉆頭從胎體材料到粘結(jié)劑都使用了更為耐沖蝕的材料以防止液體沖蝕，該公司認(rèn)為，其PDC齒是目前市場(chǎng)上熱機(jī)械性能最好的齒。經(jīng)過重新設(shè)計(jì)的刀翼幾何形狀和噴嘴定位也能夠提供更好的流體控制。
FX鉆頭上還采用了熱穩(wěn)定性能優(yōu)良和特別耐磨的X3齒，這種齒能夠提高鉆頭在極熱狀態(tài)下的穩(wěn)定性。該公司還采用了一種新型處理工藝，可以大幅減少金剛石切削結(jié)構(gòu)的破碎現(xiàn)象，從而有助于在實(shí)現(xiàn)更大進(jìn)尺的情況下保持切削刃的鋒利。
在定向鉆井應(yīng)用中，F(xiàn)X固定切削齒鉆頭有效地補(bǔ)充了哈里伯頓公司所屬Sperry Drilling公司的Geo-Pilot旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向裝置以及相匹配的SlickBore鉆井系統(tǒng)，在加強(qiáng)了鉆斜控制的同時(shí)，還通過其抗沖擊減振齒的作用減小了鉆頭振動(dòng)，抗沖擊減振齒能夠通過在井底巖脊間跟蹤運(yùn)動(dòng)從而減少跳鉆并使側(cè)向振動(dòng)趨于穩(wěn)定。
如果用于硬地層鉆井，則該鉆頭可以設(shè)計(jì)成雙排齒結(jié)構(gòu)以便增加鉆進(jìn)所需的金剛石量，但又不會(huì)減少鉆頭的開放面體積。
在墨西哥Burgos盆地區(qū)域，一位鉆井承包商在鉆水平井時(shí)需要一種能在單次鉆進(jìn)6 1/8英寸井段時(shí)提高機(jī)械鉆速（ROP）的鉆頭，哈里伯頓公司向其推薦了裝有X3齒的6 1/8英寸FMX453Z PDC鉆頭，該鉆頭一次鉆進(jìn)便鉆完了972米長(zhǎng)的井段，創(chuàng)下了每小時(shí)70.4米的機(jī)械鉆速，比鄰井最高的機(jī)械鉆速快了18%，使這種井段的每英尺鉆井成本從每米58.37美元降低到每米21.31美元。
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