新型螺旋布齿牙轮钻头上市
时间：2018-09-28 15:53
来源：
作者:徐昉 申守庆
为了在较长井段的钻进过程中自始至终保持牙轮钻头切削结构的锋利， 有效防止钻头切削齿的钝化，且能持续稳定的实现较高的机械钻速（ROP），隶属于斯伦贝谢的美国史密斯钻头公司通过多年的研究开发，于 2017 年 11 月间正式推出其新型 Xplorer Helix 系列的牙轮钻头。
与传统牙轮钻头相比，该新型产品的显著特点是钻头牙轮上的硬质合金镶齿以螺旋方式布置。这种新型布齿方式的优点是在钻头旋转时能够增加钻头切削齿与井底的接触面积。 在传统的常规牙轮钻头上，硬质合金齿（TCI）都是以同轴同心方式布置的，这在钻进过程中会很容易发生齿的重复研磨现象。也就是说，钻头在钻进过程中会在井底岩层上钻出一个个齿坑，而在继续钻进时，如果切削齿钻进了已有的齿坑，则对岩石破碎而言就不是特别有效了。而螺旋布置方式则有效地消除了这种负面效应，原因是这种新型布齿方式能够确保钻头在钻进过程中其每颗齿都能接触到未被先期破碎过的岩石，减少重复研磨现象，防止断齿并保持整个切削结构的锋利。
Xplorer Helix 系 列 牙 轮 钻头的螺旋布齿方式是该公司应用其IDEAS 集成动态设计与分析平台建模成型的，该平台是史密斯钻头公司有限元分析工具的一部分，可为设计工程师提供 TCI（硬质合金齿）各种不同布齿方式的破岩情况。该公司技术人员在开发过程中对硬质合金齿的破岩情况进行了大量的模拟，从中认真观察钻头切削齿与井底岩层的接触方式，以及各种不同的接触方式对钻头机械钻速的影响情况，并在此基础上成功开发出其新型牙轮钻头切削结构。
该系列新型牙轮钻头推出后，首先由科威特石油公司于 2017 年底将其用于钻一段长 4,500 英尺（从500~5,000 英尺）的 28 英寸垂直井段，次井段属于复杂的软、硬夹层地层，包括有石灰岩、白云岩、硬石青以及页岩等岩层。该段地层的抗压强度范围为 6,000~2,4000psi。由于这一井段地层的夹层情况十分复杂，所以此前经常会导致钻头断齿情况，相应的，机械钻速也就较低。而新型螺旋布齿 XplorerHelix 系列牙轮钻头在该井段的钻进性能却十分优异。机械钻速达到43.9 英尺 / 小时，与此前在该区块所获得的最佳机械钻速（21.1 英尺/ 小时）相比，提高了 107%，最终为钻井作业商节省了四天的钻井时间。
该公司称，这种新型螺旋布齿牙轮钻头之所以能够获得如此优异的钻井性能，其根本原因是这种布齿结构使钻头在钻井过程中完全消除了钻头切削齿的重复研磨现象，使钻头切削结构自始至终都能保持其应有的锋利程度。再加上这种新型牙轮钻头高效的挤压破岩模式，因而才使其机械钻速达到了原有最佳机械钻速的两倍以上。
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