新型螺旋布齒牙輪鉆頭上市
時(shí)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(jìn)過程中自始至終保持牙輪鉆頭切削結(jié)構(gòu)的鋒利， 有效防止鉆頭切削齒的鈍化，且能持續(xù)穩(wěn)定的實(shí)現(xiàn)較高的機(jī)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(fā)，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(tǒng)牙輪鉆頭相比，該新型產(chǎn)品的顯著特點(diǎn)是鉆頭牙輪上的硬質(zhì)合金鑲齒以螺旋方式布置。這種新型布齒方式的優(yōu)點(diǎn)是在鉆頭旋轉(zhuǎn)時(shí)能夠增加鉆頭切削齒與井底的接觸面積。 在傳統(tǒng)的常規(guī)牙輪鉆頭上，硬質(zhì)合金齒（TCI）都是以同軸同心方式布置的，這在鉆進(jìn)過程中會(huì)很容易發(fā)生齒的重復(fù)研磨現(xiàn)象。也就是說，鉆頭在鉆進(jìn)過程中會(huì)在井底巖層上鉆出一個(gè)個(gè)齒坑，而在繼續(xù)鉆進(jìn)時(shí)，如果切削齒鉆進(jìn)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(fù)面效應(yīng)，原因是這種新型布齒方式能夠確保鉆頭在鉆進(jìn)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(fù)研磨現(xiàn)象，防止斷齒并保持整個(gè)切削結(jié)構(gòu)的鋒利。
Xplorer Helix 系 列 牙 輪 鉆頭的螺旋布齒方式是該公司應(yīng)用其IDEAS 集成動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)工程師提供 TCI（硬質(zhì)合金齒）各種不同布齒方式的破巖情況。該公司技術(shù)人員在開發(fā)過程中對硬質(zhì)合金齒的破巖情況進(jìn)行了大量的模擬，從中認(rèn)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(jī)械鉆速的影響情況，并在此基礎(chǔ)上成功開發(fā)出其新型牙輪鉆頭切削結(jié)構(gòu)。
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(fù)雜的軟、硬夾層地層，包括有石灰?guī)r、白云巖、硬石青以及頁巖等巖層。該段地層的抗壓強(qiáng)度范圍為 6,000~2,4000psi。由于這一井段地層的夾層情況十分復(fù)雜，所以此前經(jīng)常會(huì)導(dǎo)致鉆頭斷齒情況，相應(yīng)的，機(jī)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(jìn)性能卻十分優(yōu)異。機(jī)械鉆速達(dá)到43.9 英尺 / 小時(shí)，與此前在該區(qū)塊所獲得的最佳機(jī)械鉆速（21.1 英尺/ 小時(shí)）相比，提高了 107%，最終為鉆井作業(yè)商節(jié)省了四天的鉆井時(shí)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(yōu)異的鉆井性能，其根本原因是這種布齒結(jié)構(gòu)使鉆頭在鉆井過程中完全消除了鉆頭切削齒的重復(fù)研磨現(xiàn)象，使鉆頭切削結(jié)構(gòu)自始至終都能保持其應(yīng)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(jī)械鉆速達(dá)到了原有最佳機(jī)械鉆速的兩倍以上。
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