针对特殊需要设计专用钻头

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石 油 机 械

CHINAPETROLEUMMACHINERY

2008年 第36卷 第9期

!专题综述#

针对特殊需要设计专用钻头

马德坤

(西南石油大学)

摘要 随着钻井区域扩大,现有钻头已不能满足某些特殊的作业要求,现场希望开发能适应

具体情况的新钻头。国外钻头公司采用以仿真技术为核心的设计方法设计专用钻头,既为公司创造了利润,又为钻井队节约了成本。从现场资料和试验资料积累,钻头-岩石-下部钻柱系统计算机仿真,以及钻头优选和优化设计软件开发等方面阐述了专用钻头设计技术的要点。 关键词 专用钻头 计算机仿真 优化设计 软件开发

子。那里的产层在4300m左右的奥陶系。1990年平均要花53d用13只钻头打1口井;经过优选和设计专用钻头(包括牙轮钻头和PDC钻头),2000

近年来,由于石油涨价,钻井区域扩大,钻井深度增加,遇到许多复杂地层,新的特殊钻井工艺也层出不穷。所谓/深井0、/复杂地层0或/特殊工艺0都只是总称。其实每一地区,每一井段的具体条件各异。必须根据具体条件采用针对性的工具、工艺和钻头,才能又好又快地打井。其中钻头的作用十分关键。

钻井队习惯从钻头厂的产品目录中选用钻头,或请钻头厂推荐,但常常选不到合适的钻头。经常听说,某某地区、某某井段钻速奇慢,钻头单只进尺特短,现有的钻头性能都差。于是希望钻头厂研究开发针对性的专用钻头。然而,我国钻头厂常不能做到,只能花高价求外国公司,或继续忍受低钻速、勤起下钻及高钻井成本之苦。

在20世纪80~90年代,外国先进的钻头公司曾经努力增加钻头品种来提高钻头的适用性。每个IADC级别,仅一家公司就有几个乃至十几个品种。总体适用性虽有好转,但批量生产的钻头,品种再多也有限,不可能满足千变万化的具体情况。

20世纪末开始,先进钻头公司不仅提高优选钻头技术,更致力于针对具体复杂条件,设计制造专用钻头的新技术。近几年,客户针对各自的特殊情况向钻头公司定制专用钻头的情况增多了。

专用钻头比原有钻头性能提高,成本降低的例子许许多多。如美国Hughes公司2003年发表的文章

[1]

引 言

年花40d用12只钻头;到2002年,同样的井只需23d用7只钻头。

美国Halliburton公司报道

[2]

,在Oklahoma州西

北部Anadarko盆地组,专门设计的钻头的指标比原有钻头明显提高(见表1),节约成本近30%。

表1 专用钻头与普通钻头性能对比

钻头原有PDC钻头专用PDC钻头原有牙轮钻头专用牙轮钻头

平均单只

进尺/m172416018771609061471253134

平均机械钻速/(m#h-1)

16109241861416615143

[3]

平均每米成本/美元6018843143))

据WorldOil杂志报道

,现在不仅美国4家

先进钻头公司,连Varel、Ulterra公司都已经掌握了有自主知识产权的钻头优选和设计专用钻头的技术。一旦有需要,钻头使用工程师就到达现场,帮助客户优选钻头;当现有钻头都不合适时,就启用设计专用钻头的技术,结合快速制造系统,一般可以在几天或十几天内把专门设计的专用PDC钻头送到井位,牙轮钻头则需2~4星期。

其实,国内早在十几年前就有设计专用钻头满足特殊需要的经验。如1993年,由西南石油学院设计,成都总机厂制造了<21519mm(815英寸)138D型专用钻头,首次在原有钢齿钻头上加保径镶齿,寿命比原来钢齿钻头延长1倍。在长庆,1只钻头打完整个造斜段绰绰有余,而且下1只钻头

举了Oklahoma州Stephens和Garven县的例

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