混合式鉆頭的概念最早產(chǎn)生于20世紀(jì)30年代初，當(dāng)時(shí)卻被認(rèn)為是不切實(shí)際的，甚至是不合理的，但隨著21世紀(jì)先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展，混合式鉆頭已從幻想變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。
近100年來，多種技術(shù)都對(duì)鉆井行業(yè)具有重大的影響。旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)、旋轉(zhuǎn)鉆頭、頂部驅(qū)動(dòng)、和PDC(聚晶金剛石)鉆頭是一些革命性的技術(shù)，改變了作業(yè)者鉆井的方式。本著同樣的變革精神，貝克休斯Kymera推出革命性的鉆頭，這代表了創(chuàng)新技術(shù)的方向。
隨著鉆井作業(yè)者提升油氣儲(chǔ)量困難的增加，鉆井技術(shù)的創(chuàng)新及應(yīng)用已成為更大的挑戰(zhàn)。例如，復(fù)雜井結(jié)構(gòu)剖面，堅(jiān)硬夾層地層和鉆機(jī)及其裝備的限制增加 了縮短周期的潛力，導(dǎo)致了高價(jià)工具的破損，并最終降低了作業(yè)者的經(jīng)濟(jì)效益。雖然PDC(聚晶金剛石)鉆頭的功能已經(jīng)取得了重大改進(jìn)，但它還受較高扭矩波動(dòng)及扭矩整體水平產(chǎn)生的低效動(dòng)態(tài)的影響。同樣地，牙輪鉆頭技術(shù)的改進(jìn)提高了鉆井機(jī)械鉆速(ROP)，但也一直受由技術(shù)內(nèi)在限制帶來的影響。
新鉆頭設(shè)計(jì)
Kymera混合式鉆井技術(shù)是模式轉(zhuǎn)變的創(chuàng)新，是牙輪同PDC鉆頭合成的單一專利設(shè)計(jì)。其最終目的是為利用每類鉆頭的最佳屬性，縮短它們的差距。隨著金剛石鉆頭的切割優(yōu)勢(shì)和連續(xù)削切及牙輪鉆頭的巖石破碎強(qiáng)度，這種修復(fù)性鉆頭以平穩(wěn)鉆井和優(yōu)質(zhì)刀切刃面控制使夾層地層很好地殘留得到證實(shí)。實(shí)驗(yàn)室測(cè)試和現(xiàn)場(chǎng)操作證實(shí)了復(fù)合技術(shù)的益處。與PDC鉆頭相比，Kymera的優(yōu)勢(shì)：比較低、比較相合的鉆削扭矩;較好的定向控制動(dòng)態(tài);提高夾層地層耐久可靠性;較少的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。與傳統(tǒng)的牙輪鉆頭相比：提高了鉆井機(jī)械鉆速(ROP)的潛力;較少的軸向轉(zhuǎn)動(dòng)。
在作業(yè)者和貝克休斯團(tuán)隊(duì)的共同協(xié)作努力下，鉆頭應(yīng)用于美國12-1/4 -in鉆井中應(yīng)用，以延長(zhǎng)單個(gè)鉆頭行程的200%使鉆速提高到62%，縮減了鉆井時(shí)間。在全球范圍內(nèi)，這只是剛剛開始，Kymera已經(jīng)在6個(gè)國家運(yùn)行，超過90多個(gè)鉆井行程，鉆井100,000 ft (30,480 m)。最近該鉆頭在巴西首次使用，以鉆速快于90%及遠(yuǎn)于偏差井20%的優(yōu)勢(shì)取代了牙輪鉆頭。12-1/4-in.工具及計(jì)劃中的其它主要尺寸的鉆頭的有效性目前都是可利用的(見圖1)。
應(yīng)用Oklahoma
鉆井效果明顯
對(duì)于過去而言，這只是我們當(dāng)時(shí)的一個(gè)鉆井目標(biāo)。作業(yè)者的主要?jiǎng)恿κ菧p少每口井的鉆井時(shí)間及增加每年鉆井的數(shù)量。正是由于對(duì)新技術(shù)的不懈追求才實(shí)現(xiàn)了更高效的鉆井項(xiàng)目。
Springer深水井是美國中部地區(qū)花費(fèi)最高的鉆井，總深度(TD)均為22,000 ft (6,706 m)，其鉆井需要160～180天的時(shí)間。由于目前的經(jīng)濟(jì)條件，貝克休斯被要求提供一份鉆井方案，此方案要改善鉆井所需的時(shí)間，其目標(biāo)對(duì)象是Des Moines油藏剖面直達(dá)10,800～16,500 ft (3,29～5,029 m)的Atoka頁巖層。
偏移數(shù)據(jù)證實(shí)，高頁巖層達(dá)到總深度TD一般需要82天的時(shí)間。在此期間，平均需使用8～10個(gè)牙輪鉆頭，每個(gè)鉆頭的鉆速(ROP)均為9～11 ft/hr (2.7 to 3.4 m/hr)及和600～800 ft (183 to 244 m)的深度。同樣，使用PDC鉆井時(shí)，地層夾層(5～20 ksi)產(chǎn)生了高于整體水平的扭矩及扭矩波動(dòng)，反過來，這又產(chǎn)生了均低于150～200 ft (46 to 61 m)的鉆井進(jìn)尺，同時(shí)也增加了由粘滑現(xiàn)象造成的過早破壞巖層的潛在性(見圖2)。
基于這些原因，Kymera混合式鉆頭，作為一項(xiàng)技術(shù)被推出，特別適合于此類工況下使用。在這種情況下，Kymera期望提供大于偏移牙輪鉆頭的鉆井機(jī)械鉆速(ROP)，運(yùn)行平穩(wěn)，并大于傳統(tǒng)PDC切削效率。
對(duì)于間隔層，相比牙輪鉆頭合PDC鉆頭Kymera取得了更好的鉆井機(jī)械鉆速(ROP)及鉆井軌跡。混合式技術(shù)創(chuàng)造了更加有效的鉆井環(huán)境，使切削操作平穩(wěn)，并縮減鉆井時(shí)間，每口井均減少25天的時(shí)間，每個(gè)鉆井行程成本縮減40%左右。
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