贝克休斯新型保径设计提高钻头造斜效率

时间:2020-05-08 12:59 来源:石油与装备杂志 作者:胡大梁

随着页岩气等非常规资源的开发,水平井数量日益增多,提高水平井钻井效率成为钻井公司的主要目标。针对水平井的研究发现,使用单弯螺杆+MWD定向钻进,滑动钻井进尺一般占11%左右,但施工时间占总时间的45%。目前PDC钻头在定向钻井中的作用主要是实现预期的造斜率和机械钻速,而轨迹控制主要依靠钻井定向工具和装备。钻井目的不同,钻头的设计思路各不相同,用于直井钻井的PDC钻头具有更长的保径,以减小钻头磨损量,但对于定向井而言,该型号钻头操纵能力有限,不利于定向段的轨迹调整。

贝克休斯公司设计了一种用于PDC钻头的新型保径,目的是减少钻头在工具面低边的切削量,提高工具面高边的切削量,从而增大造斜率。这种PDC钻头称为AntiWalk,它在保径段顶部设计耐磨带,与刀翼上的切削齿之间采用较小的保径设计,整体呈阶梯式的形态,只有在达到更高的井斜才开始与地层接合,这有助于提高钻头的侧向力,这种钻头设计概念类似于切削深度控制或辅助工具面控制的方式。新的保径设计能够提供足够的支撑面,大间隔的保径设计使钻头在初期能够以非常低的侧向力进行侧切。随着钻头侧向力的增加,保径与井壁接触面增大,侧向力会逐渐趋于平稳。配合单弯螺杆复合/滑动钻进,定向性能优于传统钻头,可以减少频繁的滑动钻井调整轨迹,有利于提高定向效率并改善井眼质量。在室内台架对标准规格的钻头进行测试,以建立钻头的钻削和侧切响应的基础规律数据,然后在钻头保径顶部敷焊硬质耐磨带,在相同的测试岩石块中使用相同的测试参数,使用改进保径的钻头重复测试方案。现场试验表明,使用新型保径设计的PDC钻头,造斜率变化范围比常规PDC钻头低40-50%,从而具有更好的操控性能,有利于保持井眼平滑过渡。在美国Midland地区应用,一趟钻完成3300m进尺,减少滑动钻井时间30%以上。


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