三類 PDC 鉆頭 將成未來市場主流產(chǎn)品
時間：2017-10-11 09:46
來源：
作者:編譯 申守慶
以歷史的眼光來看，大凡是在石油、天然氣工業(yè)處于下滑階段且經(jīng)濟壓力很大之時，在 PDC 切削齒和鉆頭技術方面都會出現(xiàn)一些創(chuàng)新性的改進。混合鉆頭就是一個典型例子，這種鉆頭結(jié)合了滾動牙輪鉆頭和 PDC 鉆頭的雙重優(yōu)勢，自從被推向市場以后即展示了穩(wěn)定發(fā)展的態(tài)勢，且逐步在許多特定鉆井應用中取代傳統(tǒng)的牙輪鉆頭和 PDC 鉆頭。一種可導向混合鉆頭的推出又進一步拓展這種鉆頭的應用范圍，這種新型鉆頭既平緩又穩(wěn)定的工作性能還能夠大幅增強井下電子器件的可靠性。從近幾年來鉆頭切削齒以及鉆頭產(chǎn)品制造公司在業(yè)內(nèi)所發(fā)表的文獻和專利來看，有三類 PDC 鉆頭在未來的幾年內(nèi)將會被人們重點看好。
三類特殊用途 PDC 鉆頭
第一類鉆頭就是特殊用途 PDC鉆頭。這類鉆頭堅固耐用、穩(wěn)定性和可導向性皆好、且配備了最新的高性能 PDC 齒，其在特定的鉆井應用中能夠一次下井即鉆完一個完整的井段。這類鉆頭上的切削齒是熱穩(wěn)定型的，且其抗沖擊損壞的能力更強。 根據(jù)這一類鉆頭的設計需要，PDC 齒也可以采用耐磨金剛石材料制成以實現(xiàn)最高的耐磨性能，也可以設計出特殊的巖屑控制功能，比如表面拋光和特定成型以及采用非平面形狀等。專業(yè)文獻還闡述了未來非傳統(tǒng)形狀 PDC 齒的持續(xù)發(fā)展趨勢。對任何一家主要的 PDC 齒制造廠商而言，最新的改進和最通用的方法就是在金剛石合成過程中采用更高的壓力并制造出密度更高的金剛石產(chǎn)品。
目 前， 大 多 數(shù) 鉆 頭 上 都 會 設計專有的切削深度控制功能以幫助實現(xiàn)鉆頭的輔助穩(wěn)定性，而且許多鉆頭都會根據(jù)具體的鉆井用途或客戶的特定要求來進行設計。而鉆頭制造商則必須能夠為鉆井承包商和鉆井作業(yè)商提供各種形式的技術支持，幫助用戶正確的選擇鉆頭和鉆井參數(shù)，并在鉆頭使用之后對鉆頭性能進行及時的分析并根據(jù)需要迅速改進。
第二類 PDC 鉆頭為價格敏感型鉆頭，也就是說，是一種更為一般的、對具體用途要求不是很高但對價格卻十分敏感的鉆頭。對于此類鉆頭而言，現(xiàn)有的技術就能滿足鉆井作業(yè)商的要求，這類鉆頭在業(yè)內(nèi)一般被稱作是“量身定做”的鉆頭產(chǎn)品。制造這類鉆頭所需的 PDC齒的來源比較寬松，可以是主要的供貨廠商，也可以是一家新開發(fā)的應商。用于此類鉆頭的切削齒應具有一定的熱穩(wěn)定性，其目標就是一種通用性很強的齒即可，但同時還要具有一定的耐磨性和耐用性。而當對 PDC 齒的性能要求超出了最 低 的 要 求 標 準 后， 成 本 卻 將 是個十分重要的因素。另外，這類鉆頭所用的 PDC 齒一般在外觀上都與傳統(tǒng)的 PDC 齒相似；鉆頭的設計也不是客戶為特定用途所定制的，而且其只有有限的特殊功能來幫助降低產(chǎn)品的成本。這種鉆頭一般都是通過市場招標而獲得，而且，根據(jù)這類鉆頭本身的性質(zhì)，在使用過程中鉆頭制造廠家對其提供的技術支持也十分有限。
目前鉆井市場所期待已久且能夠為市場帶來不菲價值的未來第三類 PDC 鉆頭則是儀器化高技術鉆頭，這種鉆頭將是自動化鉆井系統(tǒng)不可分割的一個部分。目前至少有兩家服務公司能夠提供這種高技術鉆頭。在鉆井過程中，這類鉆頭能夠在鉆頭上或近鉆頭處測量和監(jiān)控相關的鉆井參數(shù)。因此從簡單的對鉆井參數(shù)和井下狀況進行記錄而飛躍發(fā)展到實時傳送給其它井下裝置或是鉆臺 / 過程控制中心進行處理已絕非是不現(xiàn)實的空想。
新式 PDC 鉆頭的未來
目前來看，已有幾家鉆井作業(yè)商、服務公司以及切削齒供應商在這方面公開了一些專利。從文獻介紹來看，至少這些鉆頭狀況（切削齒所承受的負載、切削齒的溫度、鉆頭的動態(tài)非穩(wěn)定性、實際的機械鉆速、鉆頭的鉆壓等）都是可以被測量并進行實時調(diào)節(jié)的。對于自動導向系統(tǒng)而言，以伽馬、電阻率、孔隙壓力的方式獲取地層評價數(shù)據(jù)以及其它參數(shù)是非常有價值的，因此這也成為專利申請的另外一個重要領域。從專利數(shù)量的增加情況來看，有理由相信儀器化鉆頭必將在不久的將來成為現(xiàn)實，且隨著時間的驗證，還將會成為自動化鉆井系統(tǒng)的一個不可分割的整體部分。高端鉆頭的另一個屬性是其適應環(huán)境的能力。帶有自調(diào)節(jié)切削深度控制功能的鉆頭早已面世，而且在許多專利文獻中也都提及了帶有自我控制特征的鉆頭結(jié)構(gòu)。可以預見，未來的鉆頭一定都是帶有各種傳感器件且有能力去自我適用其所檢測到的鉆井環(huán)境的一種高技術產(chǎn)品。舉例來說，貝克·休斯公司很快就會推出一種自調(diào)節(jié)式鉆頭，這種鉆頭能夠?qū)εc壓力有關的變化進行自動響應，從而在井下對所遇到的不同條件進行實時調(diào)整適應。在該鉆頭上采用了自調(diào)節(jié)切削深度控制元件以及最新的合成金剛石切削齒，使得鉆頭能夠自動調(diào)整適應變化的井下條件而不用從地面進行任何干涉。這種鉆頭特征有利于使鉆井工藝更加平穩(wěn)，從而大幅減小可能會損害底部鉆具組合的有害振動。用于選擇最佳特征以便優(yōu)化鉆頭性能的新型自動化技術已經(jīng)出現(xiàn)。這種軟件建立在無數(shù)專家的經(jīng)驗和無數(shù)次實驗室以及現(xiàn)場試驗的基礎之上。對這種軟件的初步測試和現(xiàn)場試驗已經(jīng)表明，其在確定鉆頭功能方面十分有效，當結(jié)合具體鉆井用途應用恰當時，會比鄰井所用的前期傳統(tǒng)鉆頭的性能提高很多。隨著時間的推移和應用經(jīng)驗的積累，這種自動化過程有望在未來的鉆頭設計中起到十分重要的作用。在未來，除了對鉆頭硬件的正確選擇以外，自動化程度在為特定的鉆井用途選擇鉆頭正確的類別以及為最大程度的實現(xiàn)鉆頭的性能并降低鉆井成本而選擇最佳的鉆頭。
總之， 取決于不同的應用需求，未來的 PDC 鉆頭將會是一種量身定做的經(jīng)濟型產(chǎn)品、一種能夠在特定應用中發(fā)揮最大性能的特殊用途鉆頭、或是作為自動鉆井系統(tǒng)一個整體部分的一種高科技儀器化鉆頭。高科技儀器化鉆頭的許多特征都能夠被用于混合鉆頭上，使混合鉆頭的應用范圍更廣且性能更佳。（資料來源：美國《鉆井承包商》（Drilling Contractor） 2016 年11/12 月）
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