編譯 ｜ 白小明

技術(shù)裝備

QuadPack Plus鉆頭開啟牙輪新模式

編譯 ｜ 白小明

隨著油氣井越鉆越深，鉆遇的地層巖石也越來越硬，研磨性越來越強，這對鉆頭的機械鉆速（ROP）和耐久性提出了更高的要求。全球鉆井作業(yè)量的增加，推高了鉆機作業(yè)日費。因而鉆井工程師需要重新評估底部鉆具組合設(shè)計、鉆井作業(yè)工序、鉆井液及應用工況，尋求更多降低成本的方法。

鉆頭費用占運營成本的比例很高，因此鉆井工程師希望所用的鉆頭既能提高機械鉆速，同時又具有足夠長的壽命。

許多牙輪鉆頭廠家嘗試使用了不同的水眼設(shè)計和配置，來更好的控制液體流動，從而提高鉆頭的機械鉆速和耐久性。一種通用的解決方案是將水眼安裝在特定方向以引導流體，從而形成“定向液壓”。

而在傳統(tǒng)的牙輪鉆頭設(shè)計中，這種“定向液壓”的方法通常會在切削齒附近形成湍流，抑制甚至阻礙巖屑離開井底，并非像預想的那樣將巖屑攜帶出井。而這種現(xiàn)象導致的最終結(jié)果是：巖屑重復循環(huán)、井眼質(zhì)量受到影響、機械鉆速下降、鉆頭壽命縮短。

哈里伯頓稱，基于液體流動優(yōu)化的最新成果，他們已經(jīng)開發(fā)出了一種新的鉆頭設(shè)計平臺，采用工程水力學原理，利用牙輪鉆頭的工作模式來克服鉆頭設(shè)計上固有的流動性問題。

新技術(shù)優(yōu)化了牙輪鉆頭的密封可靠性和切削結(jié)構(gòu)的耐久性；另外，金屬密封軸承技術(shù)的更新也提高了牙輪鉆頭的壽命。

鉆頭服務部門徹底調(diào)整了牙輪鉆頭生產(chǎn)線，建立了全新的性能之王——QuadPack Plus鉆頭生產(chǎn)線。該生產(chǎn)線位于公司一座屢建奇功的新工廠內(nèi)，該工廠定義了公司效率、精度和質(zhì)量控制的標準。

鉆頭服務部門使用最先進的研發(fā)技術(shù)，重新設(shè)計、測試和制造了新一代牙輪鉆頭，力求打造可靠性鉆頭之王，并在實驗室采用真實的鉆井參數(shù)（如鉆壓、RPM和工作溫度等）進行了全尺寸測試，對鉆頭設(shè)計進行微調(diào)。通過計算流體動力學（CFD）模擬，優(yōu)化清洗效率，哈里伯頓將水力參數(shù)提升到了一個全新的水平。

在最終的現(xiàn)場測試環(huán)節(jié)，數(shù)百次的成功入井應用充分證明了QuadPack Plus鉆頭在同類產(chǎn)品中的突出性能。

1. 獨特的巴掌剖面

QuadPack Plus鉆頭獨有的弧形巴掌剖面特征，可以形成流動通道和升力面，將巖屑攜帶出環(huán)空。

2. QuadPack Plus鉆頭與常規(guī)鉆頭對比

計算流體動力學測試顯示，QuadPack Plus鉆頭通過更大的舉升力和更徹底的循環(huán)顯著改善了清巖效果。下圖（左）是真實CFD測試結(jié)果的渲染圖。

3. 調(diào)整噴嘴方向

調(diào)整噴嘴指向主切削齒邊緣，以最大化切削齒吃入地層。巴掌間的流動通道，為巖屑剝離井底并循環(huán)出環(huán)空提供了有效路徑。

4. 鉆頭下部具有更好的清潔效果

CFD測試表明，QuadPack Plus鉆頭可以帶來更好的井底清巖效果，避免巖屑重復切削，從而提高機械鉆速。

5. 更大、更堅固的巴掌

耐久性更強，改進的保護特征，更大的油池增加了油脂容量。

6. 快速響應壓力補償系統(tǒng)

更快的響應系統(tǒng)，大幅減小了密封處的壓差變化，可平衡內(nèi)外壓力，極大地減小了密封處應力，提高了軸承密封系統(tǒng)的耐久性。橡膠膜片系統(tǒng)可快速實現(xiàn)壓力平衡。

7. 更強的密封可靠性

更高的可靠性源于密封材料更高的熱穩(wěn)定性和改良的耐磨性。同時，哈里伯頓對系統(tǒng)進行了重新設(shè)計，提高了鉆頭抗污染侵入的能力。

8. 更大的軸承承載力

軸承面載荷分布更高效，顯著增加了軸承承載力，滿足當今要求更高的作業(yè)環(huán)境。