低水马力和高钻井效率的PDC钻头

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1、维普资讯http://www.cqvip.com：Z爱／陈晓梅译夏月柬摘校多数钻机配有独立驱动的500马力大功率泵，引言传递到钻头的流量达330~350gpm。直到最近根据钻井记录(美国落山矶地区)，自丹一朱盆地井上仍使用5缸套，最大许用I992年1月以来在科罗拉多州Weld县已经泵压为1600psi。完成了4023口井，这里是科罗拉多中西部丹在这一地区使用的大多数PDC钻头用低佛一朱利斯堡盆地天然气远景区的中心地带。速大扭矩泥浆马达(转子／定子一7：8)驱动，一般的丹一朱盆地井是致密砂岩产气，经济上平均钻头转速180rpm。在M323多水眼PDC勉强合算。这些井一般先用清水钻到Niobr

2、ara钻头投入使用前，泥浆马达的高转速进一步岩层的顶酃，然后用淡水和凝胶聚合物泥浆钻加剧了钻头泥包，严重影响了该地区的钻井速完井深。这些井钻入Codell层12O～150{t完度。另外，不断的钻头泥包限制了泥浆马达优井，平均垂或井探7500{t。势的充分发挥由于该盆地的井处在经挤边际条件一．可采储量仅为当量原油2，5000~40，000桶，故对现行气价非常敏感。因此减少钻井费．特别是每英尺钻井成本是非常重要的。由于钻机泵压的限制，早期井的机械钻速和每英尺钻井成本不是最优的。为避免把大量资金用于增加泵的尺寸，重点转为改进钻头更好地利用已有的水马力。为此，承包商和钻头厂联合进行了钻头开发，主要

3、目标是降低Niobrara／codell井的每尺成本。因为构成钻井成本的主要因素是钻机使用费和钻头成本，故联合开发，力求最低的钻头成本获得最高的机械钻速。结果开发出IADCM3237％多水眼PDC圈14个喷畴的M323钻头钻头，后又推出6同类钻头。钻这些井的钻机能力为8000~9000ft。大维普资讯http://www.cqvip.com30国外钻井技术第十二卷1997年第1期进程。因此，适当控制钻头水力因素对于提高机械钻速降低钻井成本具有重要意义。在多水眼PDC钻头开发计划初期，确定了用早期的钻头钻Code

4、l／Niobhrara井，是由于不良的钻头清洗阻碍了机械钻速的提高进一步分析显

5、示钻头清洗作用与流量密切相关，而不能将大部分有效功率直接用于井底。因此研究集中于流量方面。增加缸套尺寸英寸)来增加流量在一定程度上降低了钻头泥包，但有救地消除钻头泥包，关键在于全面优化钻井过程。开始开设计的钻头安装了4或5个水眼，钻头性能亦依次提高；因此可以肯定在这种情况下喷嘴的位置和分布对泥包趋势和钻图25个喷嘴的M323钻头头的综合性能具有巨大影响。用安装了4或5个水眼的钻头钻井表明，瞬时机械钻速令人惊喜，但由于不断的钻头泥包，高的钻井速度不能持久。要想保持高的瞬时机械钻速，必须消除钻头泥包。同时，5个喷嘴的钻头比4个喷嘴的钻头泥色差、钻井效率高，可以肯定，如果使射流作用在整个钻头底面

6、会更有效，钻井效率会进一步提高传统上常将水力的最大作用面冲洗钻头运动的前部井底。对于牙轮钻头，将高的水力冲向切削结构会加速齿的磨损但对眙体PDC钻头不存在这样的问题。近期对牙轮钻头在页岩层的研究证实：在低比水马力情况下将喷嘴靠近底部安放，将射流作用限制在较小的区域，确实有损钻头性能。引入多水艰设计前，丹一朱盆地用于钻头的比水马力约为1．3HSI(马力／英寸)，可以肯定直接冲洗井嚆不能消除钻头泥包。因此多水道水眼PDC钻头开发过程集中于选择喷嘴位置使流体直接冲洗钻头齿。图3多水眼M323钻头的流动模式M323多水眼设计开发计划多水眼钻头有5个刀片，用3／4硬质台金众所周知，水力在PDC钻头的

7、有效作业作边齿，防止过早碎裂这些钻头齿的特点是中发挥重要作用水力不合理，则钻头泥包、井延长了边倒角增强了金刚石层抗冲蚀的能力。底淤泥和过早的钻头磨损都会严重影响钻井这种特殊的结构使钻头在整个行程中齿更锋维普资讯http://www.cqvip.com国外钻井技术3l00．7941厂—]i{l}机檀钻建进尺总进尺口圈圈■■#2#3一I图44喷嘴(#1)、s喷嚏(2)和多水眼(3)钻头的性能比较～_一[二=UM3234__曩嚼，．．。_l_．八＼II．．，⋯丑_V。．图5比功与时阿的关系利，平均机械钻速更高另外，多水眼钻头齿的HSI降低到0．4HSI。4和5喷嘴钻头在1．3后倾角从中心的20。

8、逐渐增加，5个1／2径HSI时的平均机械钻速为98．1ft／h，而M323齿的后颂角达到30。多水眼钻头在0．4HSI比水马力下的平均机图1、2是7IADCM323多水眼设计械钻速为i00．7ft／h。水力结构与同样尺寸类型4和5喷嘴钻头的具有凹槽的胎体(图3)由于提供了大的比较。中心喷嘴起到主流作用。通过多水眼的排屑槽也优化了钻头清洗。这样也增加了{氐压流体直接冲洗各个齿。过流面积几乎加倍，从面积，因而有利于岩屑从钻头