【金正纵横】国外提高钻速的新型钻头及技术

金正纵横油气咨询

　　近些年，国内外的各大石油服务公司都在加大力度开发新型钻头和技术，以便提高钻速，这其中以美国的石油服务公司发展最为迅速，所涉及的发展范围也非常之广。

　　1、欠平衡钻井钻头
　　美国Varel国际公司开发出一系列为空气、泡沫和雾状钻井等欠平衡钻井设计的新型牙轮钻头。通过技术改进，进一步降低了其内部组件的发热和磨损，可延长钻头的使用寿命和提高钻井的经济效益。它的配置在密封和轴承间的起隔热作用的隔热盘，可防止密封吸热延长其使用时间。此外，其锥形密封压盖还可将密封定位在最佳承压和密封位置，可在空气、泡沫和雾状钻井中承受较高的轴承内部压力。最后，它还配备有最耐用的高公差的轴径轴承，以耐受钻深井时较高的钻压。
　　2、可钻硬地层的PDC钻头
　　美国Hughes Christensen Genesis公司研制成功的ZX聚晶金刚石复合片(PDC)钻头，是为极端钻井设计的，它可用于钻硬的和磨蚀的井眼部分。其牙轮被设计成抗磨蚀的，并且其水力学设计可使牙轮有效地偏离钻头运动。此外，其高稳定性可适用于交互层钻井，副牙轮元件，可使牙轮密度达到最大，顶部牙轮采用层状金刚石技术，以抗磨蚀和提高韧性。在该钻头的切削面积上，有高密度的牙轮和副牙轮组合。它的副牙轮元件位于牙轮下方，当牙轮磨损或磨蚀后，副牙轮的新锐利切机构就开始磨削地层。该公司的切削深度控制技术可平衡钻头的工作载荷，使损坏钻头的最大载荷最小。其平稳切削技术可无须限制切削面积，减小钻头磨损。该钻头的水力结构可靠流体动态计算程序，来进行平衡液流，牙轮冷却和抗冲蚀等的优化。
　　3、耐用的PDC钻头
　　美国Atlas CopcoSecoro公司采用改进的PCD工艺，开发出一种新型耐用的PDC钻头。它配置有打捞螺纹、回收头和新型接头，比常规的金刚石嵌入式钻头更耐用。该种新型钻头可延长PCD嵌入的使用寿命，其上安装了一个新型锥形尾阀，因此，特别适应钻深井应用。
　　4、可膨胀扩眼钻头
　　美国Gauge公司开发成功了一种可膨胀扩眼钻头，可用于从最简单到最复杂的深水钻井。其可靠的球控机构可打刮刀的刃口，保证在流体循环下使用，并可在刀刃变钝后中止循环。这一设计消除了早先的钻压、液流和底部钻具压力触发的不可靠性。其先进的领眼钻头设计，可在钻具组合中与可膨胀扩眼钻头同步，用户可同时钻进和扩眼，也可扩大早先领眼钻头所钻的井眼。其刀片的运动——与径向呈一定角度地向外或向上——可将刀具收回，以便进行系统可靠性测量。它具有PDC钻头的特性，为由高抗张和抗疲劳材料构成的整体结构。其设计还带有表面硬化的可互换耐磨垫，可消除工具的热影响带和裂纹扩展。刀具刃口上的可互换喷嘴，可通过计算机水动力分析安装，提高刀具的使用效率。
　　5、专用PDC钻头
　　美国Hughes Christensen公司研制成功的专用优质PDC钻头，采用新型的高冲击和耐磨牙轮与特殊钻头结构设计，可适用于特殊的钻井。目前该公司已开发出一组具有耐磨性和适用于严酷环境的牙轮。该钻头在极端磨损条件下使用时，可极大地延长牙轮使用期限和切削刃的完整性，从而延长钻头的使用寿命。通常钻头在振动和交互地层的冲击状态下使用时，会缩短牙轮寿命。而该种新设计的牙轮却可长期保持切削刃完好。它根据金刚石体积控制的最新设计原理设计，可提高机械和水动力效率，使每个钻头都可保持较高的机械钻速和较长的使用寿命。该种超稳定和高调控技术可在不降低钻头和底部钻具组合的稳定性情况下，提高钻井效率。矿场使用结果表明，在高机械钻速下它的耐用性是最好的。