石油圈
作业者们正在应用新型PDC钻头技术来破纪录的钻出新井眼。
编辑 | 大安
随着美国陆地作业者不断刷新产量记录，他们迫切需求新技术，以降低成本、提高业绩。Ulterra公司是一家PDC钻头制造商，其客户正在利用SplitBlade PDC钻头专利技术，以实现更强、更快的钻进。这是一趟钻即可完成造斜段与水平段的新技术，增加了钻头的总进尺，也延长了水平段的长度。在钻进造斜段时，该技术可在高钻速下，精准控制工具面，从而帮助作业者缩短钻进时间，减少更换钻头的起下钻次数。
毫无疑问，油气行业可以为数十年的技术成就而感到自豪，这些成就为今天蓬勃发展的全球经济提供了动力。这段历史的一个重要组成部分是1976年推出了PDC钻头，这种钻头能够钻穿更深的油气储层。如今，40多年过去了，PDC技术依然能够使作业者钻得更深更快。该技术有助于提高PDC钻头的性能，因此SplitBlade系列PDC钻头被授予2019年E&P工程创新成就奖。
Ulterra公司的研发团队在为期五年的综合项目中开发了SplitBlade，该项目研究了水力学与接触分布学。根据作业者的经验，在新时代大位移井的高效作业中，这些设计因素具有举足轻重的作用。
双喷嘴水力学
SplitBlade技术将主刀翼做了一定角度的旋转偏移，使之成为分体形状。该研发团队革新了钻头形状，使多个流道能够流经同一刀翼与排屑槽。通常情况下，钻头锥部的岩屑在钻井过程中顺着刀翼面下沉，只会在邻近切削齿的周围积聚，这会浪费钻井能量，最终导致切削齿严重损坏。相反，这种分体式设计可产生高速岩屑，有助于更好清洗钻头锥部的钻屑，从而在钻进期间，可从肩部切削齿排出大量钻屑。与传统设计相比，SplitBlade钻头的排屑能力提高了7倍。
清洗后，钻头齿面能够不受阻碍地吃入、破碎岩石，降低热量积聚，从而减少热损伤，延长钻头寿命，并提高机械钻速。将这些正面因素结合起来，可建立PDC钻头基准，以节省昂贵的钻井时间、减少底部钻具组合(BHA)起下钻次数、延长钻头的进尺。
图：钻进期间，SplitBlade钻头增加了与地层的侧向接触点的分布，从而改善了工具面控制。（来源：Ulterra）
实际接触分布
更多接触意味着在钻进时更多控制。当钻头旋转时，每个切削齿的切削深度都会发生变化。这种变化是一种重复波，其振幅与钻头的稳定性直接相关。该信号可视为反扭矩，在造斜段与水平段的应用中至关重要，因为控制与可导向性会直接关系到最终井眼质量、产层中的井位、油井全寿命周期的产量。通过实现更平稳的扭矩传递，可减少峰值扭矩，而且钻头的运行更符合司钻的期望，特别是在水平段极长的情况下。
在测试与设计SplitBlade技术的过程中，该研发团队认识到，扩展式、分体式切削齿有助于降低积聚的扭矩峰值与偏向力。该设计在能量分配方面做得更好，钻头扭矩的传递也更为平滑，破岩期间可减少潜在造成钻井功能障碍的波动。将所有这些设计优化集成于多功能钻头，使它具有亲力亲为的感觉，同时实现能量均匀分布在整个工具面。
连接垂直段、造斜段与水平段
自2017年秋季推出SplitBlade PDC钻头以来，作业者已将该公司的钻头技术应用于5000多次钻井，总进尺超过650万米(2150万英尺)。目前，使用该技术的作业者平均每月进尺超过120万米(400万英尺)。随着钻井井段的不断延长，钻头的进尺也在持续增加。在Eagle Ford页岩区块，某个作业者一直在创造新的、独特的钻井记录。
该作业者采用了突破常规的钻井设计：仅用一个钻头与钻具组合钻出垂直段、造斜段与水平段（VCL），这是针对Eagle Ford页岩区块某个更具挑战性区域的新策略。一只8.75英寸SplitBlade PDC钻头钻了所有VCL，总进尺达到5180米（17000英尺），为作业者节省了5万美元，并在Eagle Ford页岩区块开创了钻井新时代。在取得成功的基础上，该公司又钻了一个VCL，这次用一个钻头与BHA钻进了5790米(19000英尺)以上，创造了Eagle Ford页岩区块的连续进尺记录。然后，该作业者使用SplitBlade技术又创造了24小时最大进尺记录，最新记录是23.5小时最大进尺为1.9公里(1.2英里)。如今，位于Dimmit郡70%的作业者都在进行VCL钻井，因此VCL钻井已被确立为一项成功的战略。
更长的水平段
通常在大位移水平井中，BHA距离钻机数英里远，如何将合适的钻压传递到钻头，以避免扭矩与上提悬重上涨，这令作业者颇为头疼。若无法将钻压传递下去，就不会有足够的钻头能量来有效驱动扭矩与悬重，以移除岩石，并向前钻进。该公司的研发团队针对作业者的提效与延长水平段的需求，重新设计了钻头的切削结构与吃入深度，以更好、更稳定的应对钻进4.8公里（3英里）水平段的挑战。
今年年初，Permian区块某个作业者利用一只8.5寸SplitBlade PDC钻头与常规钻具组合，一趟钻完成两个连续的造斜段。某趟钻中，创下了Midland区块常规造斜段与水平段的进尺记录，完成了4420米（14500英尺）的进尺，同时机械钻速超过了30米/小时（100英尺/小时）。以前，该作业者仅在水平段作业中才会使用Ulterra公司的PDC钻头。凭借这一记录，始于德克萨斯州南部的钻井新时代在德克萨斯州西部也得以确立。
在这个大位移井段与组合井段越来越长的新时代，作业者能够持续提高钻井效率与整体油井产量。随着作业者打破了水平段长达4.8公里的新纪录，他们脑海中出现了如何用单只钻头钻出6.4公里（4英里）水平段的新思路。
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