新型螺旋布齒牙輪鉆頭上市
時間：2018-09-28 15:53
來源：
作者:徐昉 申守慶
為了在較長井段的鉆進過程中自始至終保持牙輪鉆頭切削結構的鋒利， 有效防止鉆頭切削齒的鈍化，且能持續穩定的實現較高的機械鉆速（ROP），隸屬于斯倫貝謝的美國史密斯鉆頭公司通過多年的研究開發，于 2017 年 11 月間正式推出其新型 Xplorer Helix 系列的牙輪鉆頭。
與傳統牙輪鉆頭相比，該新型產品的顯著特點是鉆頭牙輪上的硬質合金鑲齒以螺旋方式布置。這種新型布齒方式的優點是在鉆頭旋轉時能夠增加鉆頭切削齒與井底的接觸面積。 在傳統的常規牙輪鉆頭上，硬質合金齒（TCI）都是以同軸同心方式布置的，這在鉆進過程中會很容易發生齒的重復研磨現象。也就是說，鉆頭在鉆進過程中會在井底巖層上鉆出一個個齒坑，而在繼續鉆進時，如果切削齒鉆進了已有的齒坑，則對巖石破碎而言就不是特別有效了。而螺旋布置方式則有效地消除了這種負面效應，原因是這種新型布齒方式能夠確保鉆頭在鉆進過程中其每顆齒都能接觸到未被先期破碎過的巖石，減少重復研磨現象，防止斷齒并保持整個切削結構的鋒利。
Xplorer Helix 系 列 牙 輪 鉆頭的螺旋布齒方式是該公司應用其IDEAS 集成動態設計與分析平臺建模成型的，該平臺是史密斯鉆頭公司有限元分析工具的一部分，可為設計工程師提供 TCI（硬質合金齒）各種不同布齒方式的破巖情況。該公司技術人員在開發過程中對硬質合金齒的破巖情況進行了大量的模擬，從中認真觀察鉆頭切削齒與井底巖層的接觸方式，以及各種不同的接觸方式對鉆頭機械鉆速的影響情況，并在此基礎上成功開發出其新型牙輪鉆頭切削結構。
該系列新型牙輪鉆頭推出后，首先由科威特石油公司于 2017 年底將其用于鉆一段長 4,500 英尺（從500~5,000 英尺）的 28 英寸垂直井段，次井段屬于復雜的軟、硬夾層地層，包括有石灰巖、白云巖、硬石青以及頁巖等巖層。該段地層的抗壓強度范圍為 6,000~2,4000psi。由于這一井段地層的夾層情況十分復雜，所以此前經常會導致鉆頭斷齒情況，相應的，機械鉆速也就較低。而新型螺旋布齒 XplorerHelix 系列牙輪鉆頭在該井段的鉆進性能卻十分優異。機械鉆速達到43.9 英尺 / 小時，與此前在該區塊所獲得的最佳機械鉆速（21.1 英尺/ 小時）相比，提高了 107%，最終為鉆井作業商節省了四天的鉆井時間。
該公司稱，這種新型螺旋布齒牙輪鉆頭之所以能夠獲得如此優異的鉆井性能，其根本原因是這種布齒結構使鉆頭在鉆井過程中完全消除了鉆頭切削齒的重復研磨現象，使鉆頭切削結構自始至終都能保持其應有的鋒利程度。再加上這種新型牙輪鉆頭高效的擠壓破巖模式，因而才使其機械鉆速達到了原有最佳機械鉆速的兩倍以上。
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