編譯 ｜ 張德凱 張領(lǐng)宇

技術(shù)裝備

斯倫貝謝StingBlade鉆頭?？藞?jiān)硬地層

編譯 ｜ 張德凱 張領(lǐng)宇

斯倫貝謝旗下的Smith Bits鉆頭公司擁有多款技術(shù)領(lǐng)先的鉆頭，StingBlade就是其中的佼佼者。StingBlade鉆頭的Stinger錐形金剛石切削齒采用了獨(dú)特的3D設(shè)計(jì)，加之鉆頭表面切削齒的新型布局方式，StingBlade的鉆井性能和穩(wěn)定性都上升到了新的高度。實(shí)際應(yīng)用表明，StingBlade在多種地層條件、不同的操作參數(shù)下均能保持高效穩(wěn)定鉆進(jìn)表現(xiàn)。

相對(duì)于常規(guī)PDC鉆頭，StingBlade具有諸多優(yōu)勢(shì)：（1）顯著提高鉆進(jìn)尺寸和ROP（鉆進(jìn)速率）；（2）造斜率更高，工具面控制更優(yōu)；（3）降低BHA（底部鉆具組合）震動(dòng)，穩(wěn)定性更強(qiáng)；（4）鉆屑尺寸更大，有利于地面測(cè)量工作進(jìn)行。

切削齒的圓錐形設(shè)計(jì)使鉆進(jìn)載荷能夠高度集中于巖石上，進(jìn)一步提高鉆進(jìn)效率（尤其是對(duì)堅(jiān)硬巖層）；同時(shí)切削齒金剛石胎體的升級(jí)也提高了鉆頭的抗沖擊和抗磨損性能。胎體和切削齒的改造提高了StingBlade在復(fù)雜地層中的鉆進(jìn)尺寸和ROP，即使在常規(guī)PDC鉆頭難以應(yīng)付的堅(jiān)硬地層、過度地層和礫石地層中，鉆井工作也毫無壓力。

目前，StingBlade鉆頭已經(jīng)在全球14個(gè)國(guó)家進(jìn)行了超過250次的應(yīng)用，與常規(guī)鉆頭相比，平均提高鉆進(jìn)尺寸55%，提高ROP30%。

鉆進(jìn)能力升級(jí)

Smith Bits的工程師運(yùn)用FEA分析模型重新設(shè)計(jì)了PDC切削齒的幾何形狀，同時(shí)還對(duì)切削齒在鉆頭表面的布局進(jìn)行了精確分析和優(yōu)化。這些改造使StingBlade鉆頭切削齒上的鉆進(jìn)載荷更加集中，堅(jiān)硬地層的鉆進(jìn)效率更高。

沖擊力更強(qiáng)

相對(duì)于PDC切削齒，Stinger切削齒的胎體更耐用，StingBlade鉆頭的沖擊力也隨之增強(qiáng)。這一點(diǎn)在沖擊測(cè)試中也得到了證明：在鉆頭上施加18000lbf的沖擊力來沖擊硬化鋼，以此模擬ROP為60ft/h時(shí)鉆頭在碳酸鹽層的作業(yè)。PDC切削齒一次撞擊即產(chǎn)生了嚴(yán)重?fù)p壞，而Stinger切削齒在損壞之前經(jīng)受了100多次的撞擊。

抗磨損能力升級(jí)

Stinger切削齒采用了業(yè)內(nèi)最先進(jìn)的金剛石材料，圓錐形的設(shè)計(jì)使其散熱更快，抗磨損能力更強(qiáng)。

在壓力為30000psi的條件下進(jìn)行花崗巖鉆進(jìn)測(cè)試，StingBlade的鉆進(jìn)尺寸要比常規(guī)PDC鉆頭多30%，而且測(cè)試完成后的Stinger切削齒鋒利依舊。

應(yīng)用案例1：Browse盆地

在澳大利亞海岸Browse盆地，開發(fā)商想要鉆進(jìn)一個(gè)12in的垂直井段，鉆進(jìn)過程中要通過Dampier、Heywood、Baudin Marl和Wollaston等地層，這些地層的結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，包括夾層石灰?guī)r、角巖層（高壓縮強(qiáng)度）等。傳統(tǒng)的PDC鉆頭磨損嚴(yán)重、ROP低，需要起鉆更換鉆頭，作業(yè)時(shí)間和成本都隨之增加。

Smith Bits推薦了StingBlade鉆頭，該鉆頭上的切削齒布局都經(jīng)過了IDEAS程序的精心設(shè)計(jì)。

圓錐形的設(shè)計(jì)使鉆進(jìn)載荷更集中，對(duì)于堅(jiān)硬地層的鉆進(jìn)非常高效；此外，金剛石材料的胎體也大大提高了鉆頭的沖擊力和耐用性。因此，即使是在PDC鉆頭經(jīng)常遇阻的地層，StingBlade鉆頭也能鉆進(jìn)更長(zhǎng)的尺寸。

在StingBlade鉆頭的應(yīng)用處女作中，鉆進(jìn)尺寸為1516m，ROP達(dá)11m/h。與常規(guī)的鉆井作業(yè)相比，鉆進(jìn)尺寸和ROP分別提高了97%和57%；第二口井的平均ROP更高，達(dá)到16m/h，兩口井為開發(fā)商共節(jié)約了5天的時(shí)間。

應(yīng)用案例2：Permian盆地

GMT Exploration計(jì)劃在Permian盆地的Bone Spring油藏鉆探三口水平井，井眼尺寸7-7/8in。該油藏地層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，鉆進(jìn)過程中會(huì)鉆遇頁巖夾層、石灰?guī)r層、砂巖層等，往往會(huì)加速PDC鉆頭的磨損，也因此容易導(dǎo)致ROP降低。若想要提高ROP，則需要同時(shí)使用多個(gè)PDC鉆頭。

Smith Bits向作業(yè)者推薦了StingBlade鉆頭。在第一口井的應(yīng)用中，StingBlade鉆進(jìn)4030ft，平均ROP57ft/h，較PDC鉆頭相比分別提高了77%和29%。在接下來的作業(yè)中，StingBlade延續(xù)了高效的表現(xiàn)，第二口井的鉆進(jìn)尺寸和ROP分別提高了73%和26%，第三口井分別提高了44%和10%。這三口井共為GMT公司節(jié)約了2.5天的作業(yè)時(shí)間，鉆井提速效果顯著。

應(yīng)用案例3：某非常規(guī)油藏

在定向鉆井作業(yè)中，導(dǎo)向與磨損一直是常規(guī)PDC鉆頭難以解決的問題，而非常規(guī)油藏的定向井作業(yè)難度更大。帶有滾齒的鉆頭穩(wěn)定性低、鉆進(jìn)速率低，作業(yè)時(shí)間大幅增加，甚至還會(huì)發(fā)生鉆齒丟失的事故。

在一次非常規(guī)油藏定向鉆井測(cè)試中，操作人員對(duì)比了StingBlade鉆頭和常規(guī)PDC鉆頭的表現(xiàn)。兩種鉆頭分別在相鄰50ft的井中作業(yè)，采用了相同的鉆機(jī)、導(dǎo)向馬達(dá)和BHA，操作人員和鉆井軌跡也相同。

對(duì)比結(jié)果顯示，StingBlade鉆頭的造斜率比PDC高23%，鉆頭扭矩以及產(chǎn)生的振動(dòng)更小，操作難度低，鉆井計(jì)劃更易完成。測(cè)試人員表示，“StingBlade的導(dǎo)向性能實(shí)在是讓人驚訝，作業(yè)時(shí)只需要很小的扭矩，鉆頭方向調(diào)整也非常容易?！?/p>

應(yīng)用案例4：哈薩克斯坦

在哈薩克斯坦的Chinarevskoe油田，開發(fā)商Zhaikmunai LLP希望在提高鉆井ROP的同時(shí)獲得井下巖層性質(zhì)數(shù)據(jù)。該地區(qū)主要為角巖含量高的碳酸鹽地層，鉆井作業(yè)難度大，金剛石鉆頭耐用性強(qiáng)，往往是該地區(qū)常用鉆頭之一。但是金剛石鉆頭ROP低、鉆屑尺寸小，不利于油藏性質(zhì)分析；此外，鉆屑尺寸小還會(huì)使其難與鉆井液分離，鉆井液密度會(huì)持續(xù)增加，最終更換鉆井液，增加作業(yè)成本。

Smith Bitsde工程師推薦了StingBlade鉆頭和PowerV垂直井RSS鉆井系統(tǒng)。StingBlade鉆頭配備有Stinger切削齒，鉆進(jìn)速率更高，鉆屑尺寸更大。

與同類作業(yè)相比，配備StingBlade鉆頭的BHA ROP提高了166%，為Zhaikmunai節(jié)約了6天的作業(yè)時(shí)間和18萬美元的作業(yè)成本。此外，StingBlade產(chǎn)生的鉆屑尺寸更大，油藏性質(zhì)分析更易操作，鉆屑/鉆井液分離難度降低，還節(jié)約了更換鉆井液的費(fèi)用。