混合鉆頭技術(shù)

　　貝克休斯的混合鉆井技術(shù)提供了牙輪鉆頭與PDC鉆頭的合并式鉆頭，由于融合了PDC鉆頭優(yōu)越的切削特性、連續(xù)的刮擦優(yōu)勢，以及牙輪鉆頭的高強(qiáng)度壓碎特性，降低了鉆井成本，因此該鉆頭提供了一個(gè)更低、更加一致的鉆井扭矩、良好的力度變化和方向控制，提高了鉆頭的耐用性和穩(wěn)定性，以及更低的扭力擺動。

　　混合鉆頭技術(shù)將牙輪鉆頭和PDC固定切削刃鉆頭合并為單只鉆頭，獲得了在最復(fù)雜應(yīng)用領(lǐng)域縮短鉆井周期的設(shè)計(jì)專利，由于牙輪鉆頭高強(qiáng)度的巖石壓碎性和穩(wěn)定性，以及金剛石鉆頭卓越的切削性和持續(xù)的切割功能，使得這種鉆頭技術(shù)對于帶有夾層的地層具有很長的使用壽命，表現(xiàn)出良好的連貫性和極好的刀刃面抗磨性。

　　在美國，12 1/4"混合鉆頭技術(shù)在現(xiàn)場的實(shí)驗(yàn)基地得到應(yīng)用，作業(yè)公司提高鉆井速度62%，單只鉆頭的鉆進(jìn)深度增加了200%以上，縮短了標(biāo)準(zhǔn)的鉆井時(shí)間。

　　該技術(shù)已在6個(gè)國家進(jìn)行了100多次這種鉆頭的現(xiàn)場應(yīng)用，打了100,000多英尺(30,480米)的進(jìn)尺，在巴西，某作業(yè)公司提高了鉆井速度90%，多打了20%的補(bǔ)償井。

　　與牙輪鉆頭相比，可以提高機(jī)械鉆速，降低鉆壓，減少鉆頭跳動;與PDC鉆頭相比，顯著地提高了鉆頭鉆夾層地層的耐久性，減少了鉆頭粘滑，降低和保持一致的鉆進(jìn)扭矩，提高了鉆頭的穩(wěn)定性和方向控制。

　　降低每英尺進(jìn)尺成本達(dá)40%

　　在俄克拉荷馬州西部，了解到確實(shí)存在堅(jiān)硬的夾層地層，美國石油公司要求幫助縮短鉆井周期，這些井的平均總深度為22000英尺(6706米)，完井周期為180天～200天。

　　該地區(qū)夾層層段高達(dá)10,800英尺(3,292米)～16,500英尺(5029米)，通常情況下需要82天才能打完這部分深度，打這些層段需要平均 8～10只牙輪鉆頭，每只牙輪鉆頭大約以10英尺/每小時(shí)(3米/每小時(shí))很低的機(jī)械鉆速才能僅僅打600英尺(183米)～800英尺(244米)的深度;使用PDC鉆頭，盡管總體采用了很高的扭矩和扭矩變化，每只鉆頭甚至平均僅獲得了150英尺(46米)～200英尺(61米)較低的進(jìn)尺，由于粘滑，同時(shí)增加了鉆頭也存在過早損壞的可能。

　　石油公司選用了混合鉆頭，相比之前使用的牙輪鉆頭，機(jī)械鉆速大幅提高，并且大大超越了PDC鉆頭的切削效率。

　　在這種高夾層區(qū)塊，混合鉆頭的性能表現(xiàn)超出預(yù)期，由于在一個(gè)更為有效的鉆井環(huán)境下取得了更加平穩(wěn)的切削效果，機(jī)械鉆速和鉆井進(jìn)尺得到了提高，石油公司平均節(jié)約鉆井周期25天，每英尺進(jìn)尺成本節(jié)約了40% ，由于節(jié)約了可觀的資金和鉆井周期，石油公司可以每年在這個(gè)區(qū)塊增加打井的數(shù)量。

　　混合鉆頭技術(shù)找到了新土壤

　　歷經(jīng)100多年，許多技術(shù)已對鉆井業(yè)產(chǎn)生了重大影響，旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)、滾動鉆頭、頂驅(qū)鉆井和PDC鉆頭都是一些革命性技術(shù)，它們已經(jīng)改變了石油公司的鉆井方式，貝克休斯公司的混合鉆頭代表了一個(gè)技術(shù)創(chuàng)新的產(chǎn)物。

　　由于石油公司對油藏的探索更加困難，也費(fèi)精力，鉆至這些油藏甚至變得更具有挑戰(zhàn)，例如：對于復(fù)雜井的剖面構(gòu)造，硬的和帶夾層的地層、鉆機(jī)和設(shè)備的局限增大了縮短鉆進(jìn)作業(yè)的可能性，致使昂貴的鉆井工具過早損壞，最終減少了石油公司的盈利，而PDC鉆頭的表現(xiàn)已獲得了大大改善，但它仍受限于動力無效的困擾，包括更高的扭矩波動和所產(chǎn)生的綜合扭矩強(qiáng)度;同樣，牙輪鉆頭技術(shù)的提高能使機(jī)械鉆速和總體進(jìn)尺得到改善，但由于牙輪鉆頭本身技術(shù)的限制，會造成鉆頭的連續(xù)重壓。

　　新鉆頭的最佳設(shè)計(jì)

　　混合鉆頭技術(shù)是一項(xiàng)創(chuàng)新的模范式變化，牙輪鉆頭與PDC鉆頭合并為一個(gè)單只鉆頭，其結(jié)果是一項(xiàng)開發(fā)了兩種鉆頭最佳特性的技術(shù)設(shè)計(jì)，搭建了兩種鉆頭缺陷的橋梁，由于融合了PDC鉆頭優(yōu)越的切削特性和連續(xù)的刮擦特性，以及牙輪鉆頭高強(qiáng)度的巖石壓碎特性，這種可修理的鉆頭已被證明在夾層地層有著很強(qiáng)的生命力，平穩(wěn)的鉆進(jìn)操作和良好的工具面控制，實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)和現(xiàn)場表現(xiàn)證明，這種技術(shù)的結(jié)合取得了成效，與PDC鉆頭相比較，使用混合鉆頭得出以下結(jié)論：

　　更低和更加一致的鉆進(jìn)扭矩;更好的動力性能和方向控制;提高鉆頭在鉆夾層地層的耐用性和可靠性;更低的扭力擺動和粘滑;

　　與傳統(tǒng)的牙輪鉆頭相比較，得出以下結(jié)論：提高潛在的機(jī)械鉆速;降低了牙輪軸震動和牙輪跳動;更低的鉆壓要求。

　　在美國12 1/4"鉆頭的現(xiàn)場應(yīng)用得出了答案，經(jīng)過客戶與貝克休斯團(tuán)隊(duì)的合作努力，單只鉆頭持續(xù)打了200%以上的鉆井進(jìn)尺，鉆井速度提高了62%以上，縮短了標(biāo)準(zhǔn)鉆井時(shí)間。混合鉆頭技術(shù)已在6個(gè)國家獲得了90多次的現(xiàn)場應(yīng)用，打了100,000多英尺(30,480米)進(jìn)尺。最近，在巴西的現(xiàn)場應(yīng)用中，鉆井速度提高了90%，頂替了3只牙輪鉆頭，多打了20%的補(bǔ)償井，目前，12 1/4"的鉆頭很有效。

　　斯普林格深井應(yīng)用效果良好

　　簡單地說，要實(shí)現(xiàn)在鉆井作業(yè)中更大程度地加快鉆井速度的目標(biāo)，石油公司主要的驅(qū)動力就是要減少每口井的作業(yè)天數(shù)，并增加每年打井的數(shù)量。因此，為了實(shí)現(xiàn)更高效的鉆井作業(yè)，技術(shù)的創(chuàng)新追求是無止境的。

　　斯普林格(Springer)深井是美國中部成本最高的井，平均總深度達(dá)22,000英尺(6706米)，平均鉆井周期需要160～180天，由于當(dāng)時(shí)的經(jīng)濟(jì)狀況，石油公司要求貝克休斯公司制定一個(gè)有效縮短鉆井周期、針對得梅因(Des Moines)地層剖面穿過阿托卡(Atoka)頁巖的鉆井方案，鉆井井段從10,800英尺～16,500英尺(3,292米～5,029米)。

　　相關(guān)數(shù)據(jù)證明，這部分具有極高夾層的地層通常需要82天才能鉆完這個(gè)總深度，在此期間，平均需要消耗8～10只牙輪鉆頭，每只鉆頭平均機(jī)械鉆速9～11英尺/每小時(shí)(2.7～3.4米/每小時(shí))，每只鉆頭鉆進(jìn)大約600～800英尺(183～244米)深。同樣，當(dāng)使用PDC鉆頭時(shí)，地層的夾層(夾層的機(jī)械強(qiáng)度為5～20ksi(1KSI=1千磅/平方英寸))產(chǎn)生了很高的扭矩強(qiáng)度和扭矩波動，進(jìn)而產(chǎn)生了平均150～200英尺(46～61米)更低的進(jìn)尺效率，由于粘滑，增加了鉆頭過早損壞的可能。

　　由于這些原因，作為一項(xiàng)專門針對這類復(fù)雜地層的技術(shù)應(yīng)用，引進(jìn)了混合鉆頭，在此情況下，期望混合鉆頭能提供比牙輪鉆頭更高的機(jī)械鉆速，更平穩(wěn)的鉆進(jìn)，以及比傳統(tǒng)的PDC鉆頭更高的切削效能。

　　對于這部分夾層層段，混合鉆頭獲得了比牙輪鉆頭和PDC鉆頭兩者更高的機(jī)械鉆速和鉆井進(jìn)尺，混合鉆頭技術(shù)創(chuàng)造了一項(xiàng)更為有效的鉆井環(huán)境，使得鉆頭的切削性能更為穩(wěn)定，最終獲得了可觀的成本節(jié)約，平均節(jié)約鉆井周期25天，每英尺進(jìn)尺成本節(jié)約了40%。