哈里伯顿新型Energy Balance钻头

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　  哈里伯顿开发出一款独特的软件，可以设计出动态平衡牙轮钻头。计算机钻探模型模拟钻头平衡状况，使设计的钻头处于接近平衡状态。钻探过程越平稳意味着轴承寿命越长久，对钻头牙轮结构和其它对振动敏感的钻柱元件如随钻测量(MEDS)的损害越少，降低不必要的起下钻风险。

　　哈里伯顿的Energy Balanced系列钻头是一种独特的牙轮钻头，可以有效降低钻井成本。通过科学的方法设计，生产出一种更具进取性的切割结构同时不影响其耐用性能。Energy Balanced系列促进了机械转速的提升、钻头的使用寿命，并降低引起其它钻柱构件损坏的振动等级。

　　

　　Energy Balanced系列镶嵌钻头示意图

　　

　　Energy Balanced系列钢齿钻头示意图

　　Energy Balanced系列钻头的设计已取得了三项美国专利：
　　(1)最佳位置和导向的牙轮(美国专利：6095262)，定向牙轮能够使钻探速度达到最大，并将牙轮结构的损伤降到最低。
　　(2)动态平衡切割结构(美国专利6213225)：每个牙轮移除等量岩屑;施加在3片牙轮上的外力相等。
　　(3)ANTI-TRACKING 反轨道特征(美国专利 6401839)：出现凿岩径迹时应用，破除可变牙轮定向钻探,提高机械钻速和钻头寿命。

　　1、最佳位置和导向牙轮
　　对于多数Energy Balanced系列设计而言，牙轮方向是一个关键特征。计算机钻井模型模拟井下动态和作用在钻头牙轮元件上的动力能量。计算出作用在底部的刮擦作用的方向，通过锥形轮廓和钻头抵消提升。当插入的齿尖方向垂直于刮擦运动的方向时，能够清除更大量的岩屑，提升机械钻速，降低齿轮折断风险或插入损耗。
　　如下图所示，最左边图片显示的是：当齿尖长度方向确定垂直于刮擦移动方向时，可以移除大量岩层，增加机械钻速。中间图片显示出牙轮各组件截面在统一受力作用下，插入的边角不会遭受较高荷载，从而防止产生缺口和断齿。最右边图片中，由于牙轮组件的整个长度受力相等，钻头上很少或几乎不会产生扭矩。对于整个插入的钻头而言意味着插入旋转的风险性将降低。

　　

　　Energy Balanced钻头设计原理图

　　2、反轨道特征
　　当牙轮组件在已经形成的凹陷坑中持续啮合时就会产生了凿岩径迹。这样会导致无效切削作用，主要表现为机械钻速低。还会导致由于牙轮钢体与地层接触而产生的牙轮外壳腐蚀。无论是钢牙还是插入的钻头，反轨道特征的应用能够降低凿岩径迹的风险，提高机械钻速和钻头寿命。
　　如下图所示，左图显示的是Energy Balanced钢牙钻头在保径齿圈中包含这一特征，三个牙轮中至少一个牙轮上保径齿圈的定向角不同。右图显示的是选择性特征——当凿岩径迹成为问题时应用次功能。相邻的两个嵌体在同一条内部行道时，第三条用于抵消防止它们沿着已有凹陷继续啮合。
　　

　　Energy Balanced钻头特征示意图