钻头设计技术的未来发展趋势

众所周知,钻井是石油勘探开发的”领头”,行业里有一句名言:”钻头不到,石油不冒”,指的就是这个道理.因此,随着钻井技术的发展,对各种高性能钻头的需求量也大幅上升.而当前不断推出的独特的钻头产品以及钻头设计系统,更加推动了钻头设计制造技术的发展.

以下介绍几种国外的钻头新产品,它们从不同的方面预示了钻头设计技术的未来发展趋势:

1. IDEAS系统&MDi616 PDC钻头

IDEAS系统是Smith钻头技术公司开发的一种通过动态模拟和模型理论来验证钻头设计性能的软件系统. 它不仅能对钻头的动态数据、地质信息、底部钻具组合的情况进行分析,还能对岩石与切削齿之间的相互作用进行预估.该公司的MDi616 PDC钻头就是也运用IDEAS软件设计的,具有良好的导向性和稳定性.

2.PDC钻头

这是一种配有新兴耐磨切削齿的Quantec系列PDC钻头,由Hughes Christensen公司应用新型设计工艺制造.通过与具体钻井工程相匹配的新型耐磨齿和钻头结构,该钻头能够获得更高的平均机械钻速、更好的稳定性与耐用性、降低钻井成本、提高钻头的机械和水力效率.该公司的SmoothCut切削深度控制专利技术使钻头更为平稳地钻进,从而减轻切削齿的早期磨损.

3. RockForce 系列牙轮钻头(用于小井眼钻井)

采用了高效能牙轮保持系统、全新的压力补偿系统以及新配方的合成润滑剂,再配合计算机切削结构建模, RockForce 系列牙轮钻头优化了钻头的水力参数,提高了钻头轴承的耐用性.在旋转导向和马达导向应用中创造了新的轴承耐用记录.该公司研发的SystemMatched优化软件工具,更是将定向功能和驱动系统整合用于优化钻头设计,使钻头具有更可靠的导向性.

4. DutaDiamond金刚石孕镶钻头

DutaDiamond金刚石孕镶钻头是Reed-Hycalog公司专门设计的用于硬地层、研磨性地层以及那些PDC钻头不易剪切钻进的地层.当用于井下涡轮钻具或高速螺杆钻具时,这种钻头要比布齿密度高的固定切削齿钻头的钻速更快、进尺更多.

5. Varel的钻头设计软件以及专用钻头

作为世界上最大的钻头独立供应商,Varel开发出了众多适用于特殊钻井环境的专用钻头,并且应用其先进的钻头设计软件为导向钻井系统设计配套钻头,使其在钻进的可控性和定向性方面取得了良好的效果.例如GeoScience测井数据分析软件,SPOT钻井软件及CFD计算流体力学软等.

Varel推出的High Energy牙轮钻头系列则是通过对钻头零件进行散热和更有效的井眼清洁,获得更高的效率,满足钻井作业的需求.而该公司近期推出的使用于欠平衡钻井的牙轮钻头系列 (包括空气、泡沫和雾化钻井等),则是利用该公司的一项专利技术降低密封内部的温度延长密封寿命,以一个圆锥形的密封原版来抵御井地压力波动和保证良好密封界面,这对于在欠平衡钻井中,保证承受巨大内压的之后乘正常工作具有重要作用.

除了以上几种新型钻头之外,还有其他公司例如哈里伯顿Security DBS钻头公司为了解决长期以来牙轮钻头由于湍流造成的排屑困难问题,在新的设计平台中融入了流体流动优化新技术;与此同时,为了克服在极端高温高压硬地层钻井获得的岩屑尺寸小的问题,道达尔和Diamant钻井服务公司联合开发了一种能够在垂直井中生成微小岩心的钻头—微小岩心取心钻头(MCB).

由此可见,国外钻头制造公司在新产品开发过程中有一个共同的特点——都十分注重新技术和新产品的持续开发,并且特别注意将产品技术与实际操作紧密结合起来,不仅为新技术开发和新产品推广提供了动力源,同时也使相关的技术和产品发挥了其最大的功效.

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