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引人注目的钻井技术

混合钻头技术
贝克休斯的混合钻井技术提供了牙轮钻头与PDC钻头的合并式钻头,由于融合了PDC钻头优越的切削特性和连续的刮擦优势,以及牙轮钻头的高强度压碎特性,降低了钻头成本,这种钻头提供了一个更低的和更加一致的钻井扭矩、良好的力度变化和方向控制,提高了钻头的耐用性和稳定性,以及更低的扭力摆动。

图1:PDC与牙轮的混合钻头
 
休斯克里斯滕森混合钻头技术将牙轮钻头和PDC固定切削刃钻头合并为单只钻头,获得了在最复杂应用领域缩短钻井周期的设计专利,由于牙轮钻头高强度的岩石压碎性和稳定性,以及金刚石钻头卓越的切削性和持续的切割功能,使得这种钻头技术对于打有夹层的地层具有很高的寿命,表现出良好的连贯性和极好的刀刃面抗磨性。
 
在美国,12 1/4”混合钻头技术持续地在现场的实验基地得到应用,作业公司获得了钻井速度提高62%的骄人业绩,单只钻头的钻进深度增加了200%以上,缩短了标准的钻井时间,其它的钻头尺寸计划在2011年推广使用。

 
该技术已在世界上6个国家进行了100多次这种钻头的现场应用,打了100000多英尺(30480米)的进尺,在巴西,一个作业公司提高了钻井速度90%,多打了20%的补偿井。
 
与牙轮钻头相比,可以提高机械钻速,降低钻压,减少钻头跳动;与PDC钻头相比,显著地提高了钻头钻夹层地层的耐久性,减少了钻头粘滑,降低和保持一致的钻进扭矩,提高了钻头的稳定性和方向控制。
 
石油公司每英尺进尺成本降低了40%
在俄克拉荷马州西部,了解到确实存在坚硬的夹层地层,一个业绩卓著的美国石油公司请求我们帮助缩短他们最昂贵井的钻井周期,这些井的平均总深度为22000英尺(6706米),完井周期为180天至200天。
 
该地区夹层层段高达10800英尺(3292米)到16500英尺(5029米),通常情况下需要82天才能打完这部分深度,打这些层段需要平均8到10只牙轮钻头,每只牙轮钻头大约以10英尺/每小时(3米/每小时)很低的机械钻速才能仅仅打600英尺(183米)到800英尺(244米)的深度;使用PDC钻头,尽管总体采用了很高的扭矩和扭矩变化,每只钻头甚至平均仅获得了150英尺(46米)到200英尺(61米)较低的进尺,由于粘滑,同时增加了钻头过早损坏的可能。
 
石油公司选用了混合钻头,相比之前使用的牙轮钻头,机械钻速大获提高,并且大大地超越了PDC钻头的切削效率。
 
在这种高夹层区块,混合钻头的性能表现超出预期,由于在一个更为有效的钻井环境下取得了更加平稳的切削效果,机械钻速和钻井进尺得到了提高,石油公司平均节约钻井周期25天,每英尺进尺成本节约了40% ,由于节约了可观的资金和钻井周期,石油公司可以每年在这个棘手的区块增加打井的数量。
 
混合钻头技术找到了新的土壤
    在过去的100多年里,许多技术已对钻井工业产生了重大影响,旋转钻机、滚动钻头、顶驱钻井和PDC钻头都是一些革命性技术,它们已经改变了石油公司的钻井方式,本着同样的精神,通过引入一种策略变化的钻头,贝克休斯公司的混合钻头代表了一个技术创新的产物。
图3:混合钻头遵循了PDC钻头产生的机械钻速和表面扭矩的规律,如图中表明的那样,总体上说PDC钻头产生了很高的扭矩强度和很大的扭矩波动,很快在PDC钻头之后,混合钻头紧接着表现出更低的和更加一致的扭矩,出现了一个在更高机械钻速下的更加平稳的钻进(视图解释来自于贝克休斯公司)
 
由于石油公司对油藏的探索更加困难,很费精力,钻至这些油藏甚至变得更具有挑战,例如:对于复杂井的剖面构造,硬的和带夹层的地层、钻机和设备的局限增大了缩短钻进作业的可能性,致使昂贵的钻井工具过早损坏,最终减少了石油公司的盈利,而PDC钻头的表现已获得了大大改善,但它仍受限于动力无效的困扰,包括更高的扭矩波动和所产生的综合的扭矩强度;同样,牙轮钻头技术的提高能使机械钻速和总体进尺得到改善,但由于牙轮钻头本身技术的限制,会造成钻头的连续重压。
 
新钻头的设计
混合钻头技术是一项创新的模范式变化,牙轮钻头与PDC钻头合并为一个单只钻头,其结果是一项开发了两种钻头最佳特性的技术设计,搭建了两种钻头缺陷的桥梁,由于融合了PDC钻头优越的切削特性和连续的刮擦特性,以及牙轮钻头高强度的岩石压碎特性,这种可修里的钻头已被证明在钻夹层地层有着很高的生命力,平稳的钻进操作和良好的工具面控制,实验室试验和现场表现证明,这种技术的结合取得了成效,与PDC钻头相比较,使用混合钻头得出以下结论:
l        更低和更加一致的钻进扭矩;
l        更好的动力性能和方向控制;
l        提高钻头在钻夹层地层的耐用性和可靠性;
l        更低的扭力摆动和粘滑;
与传统的牙轮钻头相比较,得出以下结论:
l        提高潜在的机械钻速;
l        降低了牙轮轴震动和牙轮跳动;
l        更低的钻压要求;
在美国12 1/4”钻头的现场应用得出了答案,经过顾客与贝克休斯团队的合作努力,单只钻头持续打了200%以上的钻井进尺,钻井速度提高了62%以上,缩短了标准钻井时间。在全球范围奇迹正在发生;混合钻头技术已在6个国家获得了90多次的现场应用,打了100000多英尺(30480米)进尺,最近在巴西的现场应用中,钻井速度提高了90%,顶替了3只牙轮钻头,多打了20%的补偿井,目前,12 1/4”的钻头很有效,其它规格的钻头应用将在2011年进行。

 
在俄克拉荷马州西部获得了积极成效
简单地说,就是要实现在钻井作业中更大程度地加快钻井速度这一目标,石油公司主要的驱动力就是要减少每口井的作业天数,增加每年打井的数量,因此,为了实现更高效的钻井作业,技术的追求是无止境的。
 
斯普林格(Springer)深井是美国中部最昂贵的井,平均总深度达22000英尺(6706米),平均钻井周期需要160到180天,由于当时的经济状况,石油公司要求贝克休斯公司提出一项有效缩短钻井周期、针对得梅因(Des Moines)地层剖面穿过阿托卡(Atoka)页岩的钻井方案,钻井井段从10800英尺到16500英尺(3292米到5029米)。
 
相关数据证明,这部分具有极高夹层的地层通常需要82天才能钻完这个总深度,在此期间,平均需要消耗8到10只牙轮钻头,每只钻头平均机械钻速9至11英尺/每小时(2.7至3.4米/每小时),每只钻头钻进大约600至800英尺(183至244米)深,同样,当使用PDC钻头时,地层的夹层(夹层的机械强度为5至20 ksi(1KSI=1千磅/平方英寸))产生了很高的扭矩强度和扭矩波动,进而产生了平均150至200英尺(46至61米)更低的进尺效率,由于粘滑,增加了钻头过早损坏的可能。
 
由于这些原因,作为一项专门针对这类麻烦地层的技术应用,引进了混合钻头,在此情况下,期望混合钻头能提供比牙轮钻头更高的机械钻速,更平稳的钻进,以及比传统的PDC钻头更高的切削效能。
 
对于这部分夹层层段,混合钻头获得了比牙轮钻头和PDC钻头两者更高的机械钻速和钻井进尺,混合钻头技术创造了一项更为有效的钻井环境,使得钻头的切削性能更为稳定,最终获得了可观的成本节约,平均节约钻井周期25天,每英尺进尺成本节约了40%。

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