针对特殊需要设计专用钻头
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在 20世纪 80~ 90年代, 外国先进的钻头公司 曾经努力增加钻头品种来提高钻头的适用性。每个 IADC 级别, 仅一家公司就有几个乃至十几个品种。 总体适用性虽有好转, 但批量生产的钻头, 品种再 多也有限, 不可能满足千变万化的具体情况。
20世纪末开始, 先进钻头公司不仅提高优选 钻头技术, 更致力于针对具体复杂条件, 设计制造 专用钻头的新技术。近几年, 客户针对各自的特殊 情况向钻头公司定制专用钻头的情况增多了。
国内外文献中不乏描述测井记录与岩石性质关 系的各种数学模型。这些模型往往只适用于很窄的 范围, 超出范围使用就会出错。所以要根据实际条 件选用合适的换算关系。这需要大量经验的积累, 以及专门的人工智能电脑软件的帮助。
有了大量上述资料, 就可以根据当地的地层, 参考类似地层过去的经验, 优选现成的钻头或采用 较合理的 / 钻头-工具-参数 0 组合。如果过去的经 验都不能令人满意, 就应该设计新钻头和采用新的 / 钻头-工具-参数 0 组合。
钻井队习惯从钻头厂的产品目录中选用钻头, 或请钻头厂推荐, 但常常选不到合适的钻头。经常 听说, 某某地区、某某井段钻速奇慢, 钻头单只进 尺特短, 现有的钻头性能都差。于是希望钻头厂研 究开发针对性的专用钻头。然而, 我国钻头厂常不 能做到, 只能花高价求外国公司, 或继续忍受低钻 速、勤起下钻及高钻井成本之苦。
这些以仿真技术为核心的创造性设计专用钻头 的技术, 现在看来虽处于初级阶段, 但在当时却是 世界领先的。可惜, 并没有在国内推广和发展。而 国际先进钻头公司把我们的钻头仿真技术接过去, 边应用边发展, 后来居上, 才形成现在的局面。
笔者将从以下 3个方面简要讨论专用钻头设计 技术的主要内容: 现场资料和试验资料积累; 钻头 -岩石-下部钻柱系统计算机仿真; 钻头的优选和优 化设计软件开发。
方向基本确定后, 就要试做改进。钻头的特点 是体积小、载荷大, 少数零件失效就导致全钻头报 废, 所以设计钻头要力求均衡。突出某一方面就会 破坏均衡。钻头设计师常说, / 牵一发而动全身 0, 意思是为了改一点, 可能要动许多地方才能恢复均 衡。例如当初设计 138D型专用钻头时, 原有钢齿钻 头的问题是缩径严重, 镶齿钻头的问题是钻速慢和 造斜能力不够。因此, 确定在原有钢齿钻头基础上 加强保径作为改进方向。接着, 采取爪尖焊层加厚, 背锥加密镶齿, 外排齿加密、加厚焊层等措施, 一 一作仿真试验。结果保径是加强了, 但钻速或造斜 能力却降低了。最后, 采取外圈齿以钢齿和镶齿间 隔安排, 又对具体的排列间距以及齿的齿形、尺寸、 方向等作反复调整, 比较仿真试验的结果, 终于得 到满意的结果。第一次试制, 下井就成功。
) 148 )
! 专题综述 #
石油机械 CH INA PETROLEUM M ACH INERY
来自百度文库
2008年 第 36卷 第 9期
针对特殊需要设计专用钻头
马德 坤
(西南石油大学 )
摘要 随着钻井区域扩大, 现有钻头已不能满足某些特殊的作业要求, 现场希望开发能适应 具体情况的新钻头。国外钻头公司采用以仿真技术为核心的设计方法设计专用钻头, 既为公司创 造了利润, 又为钻井队节约了成本。从现场资料和试验资料积累, 钻头-岩石-下部钻柱系统计算 机仿真, 以及钻头优选和优化设计软件开发等方面阐述了专用钻头设计技术的要点。
室做少量必要的试验。所有试验记录也都要存入专 门的数据库便于利用。
( 3) 积累各种地层的岩心 样本, 做试 验得到 岩石力学性质和物理性质数据。最好是模拟井下高 压环境下的岩 石性质。用这 些数据和测井 记录对 比, 建立在一定条件下由测井曲线换算岩石性质曲 线的方法和程序。因为从岩心样本试验得到岩石力 学数据只代表少数几个点, 而测井记录可以反映全 井的情况。在地层多变的情况下, 以点带面很可能 产生误导, 从测井记录换算全井段的岩石力学性质 显得尤为重要。在一个地区有了几口井的测井记录 曲线, 就能作为以后该地区打井时优化工具和措施 的依据。
2008年 第 36卷 第 9期
马德坤: 针对特殊需要设计专用钻头
) 149 )
不必划眼。 又如 20世纪 90年代, 许多油田要实施老井加
深, 在原来 < 127 mm ( 5 英寸 ) 套管上开窗侧钻。 由西南石油学院设计, 上海宝升公司制造了首创的 小尺寸球形单牙轮钻头。 1996 年 6月在辽河油田 开窗侧钻, 第 1次试验就成功, 钻速、寿命都超过 三牙轮钻头和 PDC钻头。
( 2) 建立下部钻柱各部件 (如钻铤、扶正器、
) 150 )
石油机械
2008年 第 36卷 第 9期
弯接头、螺杆钻具、减震器 等 ) 的 动力学仿真数 学模型和程序。
( 3) 再把上述 ( 1) 、 ( 2) 项的各程序联合起 来, 可以分析钻柱各部件和钻头在给定井眼和井底 条件下的纵、横、扭振动, 进而分析他们的运动、 受力、疲劳和磨损。
美国 H a lliburton公司报道 [ 2] , 在 Ok lahom a州西 北部 Anadarko盆地组, 专门设计的钻头的指标比原 有钻头明显提高 (见表 1), 节约成本近 30% 。
表 1 专用钻头与普通钻头性能对比
钻头
平均单只
平均机械钻 平均每米成
进尺 /m 速 / ( m# h- 1 ) 本 /美元
现场资料和试验资料积累
需要积累的资料分下述 3大类。 ( 1) 大量的钻头现场使用纪录。如 R eed H ycalog公司声称有取自 40万口井的 150万只钻头的记 录, 可以 在全 世界 各地 连网 查 询。H ughes Christen sen 还 允许 客户 利用 他们 的 钻头 记 录 数据 库 。这 些记录 不仅有单只进 尺、纯钻时间、平均机械钻 速, 还应该包括: 钻过地层 的详细描述 ( 每一段 的岩性, 深度, 地层压力、温度等 ), 与钻头相配 的底部钻柱组合, 全行程每米所费时间 ( 或每小 时进尺量 ), 起出后钝钻头状况的详细描述等。仅 靠钻井队的班报表, 既不够精确也不够完整。最好 是能把钻井队自动记录仪的数据完整地复制回来, 经过规范化处理存入专门的数据库, 便于查找和对 比。详细准确的记录不仅有直接参考作用, 更是验 证后面各项的可靠依据。大量的又便于利用的现场 资料是钻头公司宝贵的财富。钝钻头解剖记录可以 认为是现场使用记录的一部分, 是分析钻头失效原 因的重要手段, 积累的经验越多, 分析钻头失效就 越有把握。 ( 2) 实物钻头的室内台架试验记录。一般的台 架只能做常压常温下钻头钻岩石块的试验。H ughes Christensen 公司独有模拟井下高压高温环境的钻头 试验架, 还有专门试验钻头的场地 ( 那里的地层 是熟知的 ) 和 钻机, 能做 可控 条件 的现 场 试验。 所以他们有比其他公司更宝贵的试验资料。有的公 司自己没有试验架, 就委托 T erra T eck等专业实验
钻头-岩石-下部钻柱 系统计算机仿真
设计新的 / 钻头-工具-参数 0 组合, 或新的钻 头, 实际效果如何? 过去只能靠费时费钱的实物试 验来回答, 现在可以用计算机系统仿真。被仿真的 系统包括岩石、钻头、下部钻柱 ( BHA ) 各部件、 井下动力等。整个系统可以分成几个子系统来建立 仿真程序。
专用钻头比原有钻头性能提高, 成本降低的例 子许许多多。如美国 H ughes公司 2003年发表的文 章 [ 1] 举 了 O k lahom a 州 Stephens 和 G arven 县 的例
子。那里的产层在 4 300 m 左右的奥陶系。 1990年 平均要花 53 d用 13只钻头打 1口井; 经过优选和 设计专用钻头 (包括牙轮钻头和 PDC 钻头 ), 2000 年花 40 d 用 12只钻头; 到 2002年, 同样的井只 需 23 d用 7只钻头。
( 1) 建立钻头 ( 牙轮钻头和 PDC 钻头 ) 与岩 石互作用的仿真程序。把钻头的结构以及地层的数 据输入仿真程序, 就能输出钻头的预期性能指标, 如机械钻速、预计寿命等。尤为可贵的是, 仿真程 序还能输出钻头工作过程中的各项内部特征参数, 如: 各牙轮轴承的载荷分布, 各牙齿的运动轨迹、 受力状态、磨损预期以及破岩深度、面积和体积, 牙齿破岩带对井底的覆盖状况, 保径齿对井壁的刮 切轨迹, 钻头整体的扭矩、横向力等等。有了各种 钻头 (现有的和新设计的 ) 的上述数据, 就可以分 析判断其中哪个或哪些钻头最符合客户的具体要求。
原有 PDC 钻头 1 7241 60
16109
601 88
专用 PDC 钻头 1 8771 60
24186
431 43
原有牙轮钻头 9061 47
14166
)
专用牙轮钻头 1 2531 34
15143
)
据 W orld O il杂志报道 [ 3] , 现在不仅美国 4家 先进钻头公司, 连 V arel、U lterra 公司都已经掌握 了有自主知识产权的钻头优选和设计专用钻头的技
( 4) 建立钻头流 场的数字仿真程 序, 分析钻 井液流对井底和钻头的清洗和冷却作用。研究典型 的冲蚀破坏或泥包钻头的流场, 提出改进水力系统 的措施。
( 5) 把历次做的各种钻头-岩石-下部钻柱组合 的仿真试验结果存入数据库。
钻头优选和优化设计软件开发
用户提出具体要求后, 现场工程师首先要分析 用户已用钻头的情况, 然后从现场使用记录库、钝 钻头分析记录库和已有的仿真试验记录库中寻找相 近条件 下指标较好的 记录。如果有, 那就参照着 做, 这是最简单的优 选。当然面对 海量的库存数 据, 必须要有好的优选软件, 借助电脑才能做好。
如果找不到较好记录, 就要分析造成指标低的 关键在哪里。仿真技术对这样的分析特别有用。比 如, 现在的主要问题是钻速太低, 那就要分析: 是 每个破坑的体积太小, 还是破坑对井底的覆盖率太 低; 是有一些牙齿落在老坑里, 还是牙齿的滑移距 离太小; 是钻头被泥包了还是井底垫层太厚等。这 样的分析并不是单看一次仿真输出的数字就能下结 论, 要输入许多次单因素、多因素改变, 反复对比 仿真的各项输出结果, 才能提出改进的方向。
国外的先进软件仍根据上述原理, 不过利用现 代电脑的快速, 能自动或半自动地做多因素改变的 仿真试验, 并逐步逼近预定的目标。因而可较快地 给出好的钻头设计, 达到用户具体要求。当然, 在 优化设计过程中, 必须遵守必要的约束条件, 使新 钻头保持必要的均衡性。对于有些情况, 钻头设计 还必须同 BHA 结构、钻井操作参数结合起来优化。 外国先进公司的优势就在这里。如 ReedH yca log的 PDC钻头设计软件 能对比 4种 指标, 即钻 速指标 ( 机械钻速与钻压之比 ) , 寿命指标 ( 各牙齿的预 期磨损寿命 ), 稳 定性指 标 ( 抗横 向振 动和回 旋 性 ) , 可控性指标 ( 横向切削能力与纵向进尺能力 之比 ) [ 4] , 并能约束某些指标的允许范围, 求另外 一些指标的最优化。又如 Security DBS 的牙轮钻头 设计软件能调整牙轮布齿, 自动使各牙轮受载均匀 和破岩量均匀。
术。一旦有需要, 钻头使用工程师就到达现场, 帮 助客户优选钻头; 当现有钻头都不合适时, 就启用 设计专用钻头的技术, 结合快速制造系统, 一般可 以在几天或十几天内把专门设计的专用 PDC 钻头 送到井位, 牙轮钻头则需 2~ 4星期。
其实, 国内早在十几年前就有设计专用钻头满 足特殊需要的经验。如 1993年, 由西南石油学院 设计, 成都总机厂制造了 < 21519 mm ( 815英寸 ) 138D型专用钻头, 首次在原有钢齿钻头上加保径 镶齿, 寿命比原来钢齿钻头延长 1倍。在长庆, 1 只钻头打完整个造斜段绰绰有余, 而且下 1只钻头
关键词 专用钻头 计算机仿真 优化设计 软件开发
引
言
近年来, 由于石油涨价, 钻井区域扩大, 钻井 深度增加, 遇到许多复杂地层, 新的特殊钻井工艺 也层出不穷。所谓 / 深井 0、 / 复杂地层 0 或 / 特 殊工艺 0 都只是总称。其实每一地区, 每一井段 的具体条件各异。必须根据具体条件采用针对性的 工具、工艺和钻头, 才能又好又快地打井。其中钻 头的作用十分关键。
当时我们只掌握了最基本的仿真程序, 而且使 用的是 386计算机, 需靠人工做对比分析。虽然原 则、方向是对的, 结果也很好, 但是效率非常低。 花 2个多月时间, 做了数十次对比才成功。现在很 多现场问题要 求马上解决, 不可能等那么 长的时 间。也有些人往往做上十几次对比, 顾此失彼, 还 得不出满意结果, 人们感到厌烦了, 就说这个办法 不行。所以必须开发钻头优化设计软件。
20世纪末开始, 先进钻头公司不仅提高优选 钻头技术, 更致力于针对具体复杂条件, 设计制造 专用钻头的新技术。近几年, 客户针对各自的特殊 情况向钻头公司定制专用钻头的情况增多了。
国内外文献中不乏描述测井记录与岩石性质关 系的各种数学模型。这些模型往往只适用于很窄的 范围, 超出范围使用就会出错。所以要根据实际条 件选用合适的换算关系。这需要大量经验的积累, 以及专门的人工智能电脑软件的帮助。
有了大量上述资料, 就可以根据当地的地层, 参考类似地层过去的经验, 优选现成的钻头或采用 较合理的 / 钻头-工具-参数 0 组合。如果过去的经 验都不能令人满意, 就应该设计新钻头和采用新的 / 钻头-工具-参数 0 组合。
钻井队习惯从钻头厂的产品目录中选用钻头, 或请钻头厂推荐, 但常常选不到合适的钻头。经常 听说, 某某地区、某某井段钻速奇慢, 钻头单只进 尺特短, 现有的钻头性能都差。于是希望钻头厂研 究开发针对性的专用钻头。然而, 我国钻头厂常不 能做到, 只能花高价求外国公司, 或继续忍受低钻 速、勤起下钻及高钻井成本之苦。
这些以仿真技术为核心的创造性设计专用钻头 的技术, 现在看来虽处于初级阶段, 但在当时却是 世界领先的。可惜, 并没有在国内推广和发展。而 国际先进钻头公司把我们的钻头仿真技术接过去, 边应用边发展, 后来居上, 才形成现在的局面。
笔者将从以下 3个方面简要讨论专用钻头设计 技术的主要内容: 现场资料和试验资料积累; 钻头 -岩石-下部钻柱系统计算机仿真; 钻头的优选和优 化设计软件开发。
方向基本确定后, 就要试做改进。钻头的特点 是体积小、载荷大, 少数零件失效就导致全钻头报 废, 所以设计钻头要力求均衡。突出某一方面就会 破坏均衡。钻头设计师常说, / 牵一发而动全身 0, 意思是为了改一点, 可能要动许多地方才能恢复均 衡。例如当初设计 138D型专用钻头时, 原有钢齿钻 头的问题是缩径严重, 镶齿钻头的问题是钻速慢和 造斜能力不够。因此, 确定在原有钢齿钻头基础上 加强保径作为改进方向。接着, 采取爪尖焊层加厚, 背锥加密镶齿, 外排齿加密、加厚焊层等措施, 一 一作仿真试验。结果保径是加强了, 但钻速或造斜 能力却降低了。最后, 采取外圈齿以钢齿和镶齿间 隔安排, 又对具体的排列间距以及齿的齿形、尺寸、 方向等作反复调整, 比较仿真试验的结果, 终于得 到满意的结果。第一次试制, 下井就成功。
) 148 )
! 专题综述 #
石油机械 CH INA PETROLEUM M ACH INERY
来自百度文库
2008年 第 36卷 第 9期
针对特殊需要设计专用钻头
马德 坤
(西南石油大学 )
摘要 随着钻井区域扩大, 现有钻头已不能满足某些特殊的作业要求, 现场希望开发能适应 具体情况的新钻头。国外钻头公司采用以仿真技术为核心的设计方法设计专用钻头, 既为公司创 造了利润, 又为钻井队节约了成本。从现场资料和试验资料积累, 钻头-岩石-下部钻柱系统计算 机仿真, 以及钻头优选和优化设计软件开发等方面阐述了专用钻头设计技术的要点。
室做少量必要的试验。所有试验记录也都要存入专 门的数据库便于利用。
( 3) 积累各种地层的岩心 样本, 做试 验得到 岩石力学性质和物理性质数据。最好是模拟井下高 压环境下的岩 石性质。用这 些数据和测井 记录对 比, 建立在一定条件下由测井曲线换算岩石性质曲 线的方法和程序。因为从岩心样本试验得到岩石力 学数据只代表少数几个点, 而测井记录可以反映全 井的情况。在地层多变的情况下, 以点带面很可能 产生误导, 从测井记录换算全井段的岩石力学性质 显得尤为重要。在一个地区有了几口井的测井记录 曲线, 就能作为以后该地区打井时优化工具和措施 的依据。
2008年 第 36卷 第 9期
马德坤: 针对特殊需要设计专用钻头
) 149 )
不必划眼。 又如 20世纪 90年代, 许多油田要实施老井加
深, 在原来 < 127 mm ( 5 英寸 ) 套管上开窗侧钻。 由西南石油学院设计, 上海宝升公司制造了首创的 小尺寸球形单牙轮钻头。 1996 年 6月在辽河油田 开窗侧钻, 第 1次试验就成功, 钻速、寿命都超过 三牙轮钻头和 PDC钻头。
( 2) 建立下部钻柱各部件 (如钻铤、扶正器、
) 150 )
石油机械
2008年 第 36卷 第 9期
弯接头、螺杆钻具、减震器 等 ) 的 动力学仿真数 学模型和程序。
( 3) 再把上述 ( 1) 、 ( 2) 项的各程序联合起 来, 可以分析钻柱各部件和钻头在给定井眼和井底 条件下的纵、横、扭振动, 进而分析他们的运动、 受力、疲劳和磨损。
美国 H a lliburton公司报道 [ 2] , 在 Ok lahom a州西 北部 Anadarko盆地组, 专门设计的钻头的指标比原 有钻头明显提高 (见表 1), 节约成本近 30% 。
表 1 专用钻头与普通钻头性能对比
钻头
平均单只
平均机械钻 平均每米成
进尺 /m 速 / ( m# h- 1 ) 本 /美元
现场资料和试验资料积累
需要积累的资料分下述 3大类。 ( 1) 大量的钻头现场使用纪录。如 R eed H ycalog公司声称有取自 40万口井的 150万只钻头的记 录, 可以 在全 世界 各地 连网 查 询。H ughes Christen sen 还 允许 客户 利用 他们 的 钻头 记 录 数据 库 。这 些记录 不仅有单只进 尺、纯钻时间、平均机械钻 速, 还应该包括: 钻过地层 的详细描述 ( 每一段 的岩性, 深度, 地层压力、温度等 ), 与钻头相配 的底部钻柱组合, 全行程每米所费时间 ( 或每小 时进尺量 ), 起出后钝钻头状况的详细描述等。仅 靠钻井队的班报表, 既不够精确也不够完整。最好 是能把钻井队自动记录仪的数据完整地复制回来, 经过规范化处理存入专门的数据库, 便于查找和对 比。详细准确的记录不仅有直接参考作用, 更是验 证后面各项的可靠依据。大量的又便于利用的现场 资料是钻头公司宝贵的财富。钝钻头解剖记录可以 认为是现场使用记录的一部分, 是分析钻头失效原 因的重要手段, 积累的经验越多, 分析钻头失效就 越有把握。 ( 2) 实物钻头的室内台架试验记录。一般的台 架只能做常压常温下钻头钻岩石块的试验。H ughes Christensen 公司独有模拟井下高压高温环境的钻头 试验架, 还有专门试验钻头的场地 ( 那里的地层 是熟知的 ) 和 钻机, 能做 可控 条件 的现 场 试验。 所以他们有比其他公司更宝贵的试验资料。有的公 司自己没有试验架, 就委托 T erra T eck等专业实验
钻头-岩石-下部钻柱 系统计算机仿真
设计新的 / 钻头-工具-参数 0 组合, 或新的钻 头, 实际效果如何? 过去只能靠费时费钱的实物试 验来回答, 现在可以用计算机系统仿真。被仿真的 系统包括岩石、钻头、下部钻柱 ( BHA ) 各部件、 井下动力等。整个系统可以分成几个子系统来建立 仿真程序。
专用钻头比原有钻头性能提高, 成本降低的例 子许许多多。如美国 H ughes公司 2003年发表的文 章 [ 1] 举 了 O k lahom a 州 Stephens 和 G arven 县 的例
子。那里的产层在 4 300 m 左右的奥陶系。 1990年 平均要花 53 d用 13只钻头打 1口井; 经过优选和 设计专用钻头 (包括牙轮钻头和 PDC 钻头 ), 2000 年花 40 d 用 12只钻头; 到 2002年, 同样的井只 需 23 d用 7只钻头。
( 1) 建立钻头 ( 牙轮钻头和 PDC 钻头 ) 与岩 石互作用的仿真程序。把钻头的结构以及地层的数 据输入仿真程序, 就能输出钻头的预期性能指标, 如机械钻速、预计寿命等。尤为可贵的是, 仿真程 序还能输出钻头工作过程中的各项内部特征参数, 如: 各牙轮轴承的载荷分布, 各牙齿的运动轨迹、 受力状态、磨损预期以及破岩深度、面积和体积, 牙齿破岩带对井底的覆盖状况, 保径齿对井壁的刮 切轨迹, 钻头整体的扭矩、横向力等等。有了各种 钻头 (现有的和新设计的 ) 的上述数据, 就可以分 析判断其中哪个或哪些钻头最符合客户的具体要求。
原有 PDC 钻头 1 7241 60
16109
601 88
专用 PDC 钻头 1 8771 60
24186
431 43
原有牙轮钻头 9061 47
14166
)
专用牙轮钻头 1 2531 34
15143
)
据 W orld O il杂志报道 [ 3] , 现在不仅美国 4家 先进钻头公司, 连 V arel、U lterra 公司都已经掌握 了有自主知识产权的钻头优选和设计专用钻头的技
( 4) 建立钻头流 场的数字仿真程 序, 分析钻 井液流对井底和钻头的清洗和冷却作用。研究典型 的冲蚀破坏或泥包钻头的流场, 提出改进水力系统 的措施。
( 5) 把历次做的各种钻头-岩石-下部钻柱组合 的仿真试验结果存入数据库。
钻头优选和优化设计软件开发
用户提出具体要求后, 现场工程师首先要分析 用户已用钻头的情况, 然后从现场使用记录库、钝 钻头分析记录库和已有的仿真试验记录库中寻找相 近条件 下指标较好的 记录。如果有, 那就参照着 做, 这是最简单的优 选。当然面对 海量的库存数 据, 必须要有好的优选软件, 借助电脑才能做好。
如果找不到较好记录, 就要分析造成指标低的 关键在哪里。仿真技术对这样的分析特别有用。比 如, 现在的主要问题是钻速太低, 那就要分析: 是 每个破坑的体积太小, 还是破坑对井底的覆盖率太 低; 是有一些牙齿落在老坑里, 还是牙齿的滑移距 离太小; 是钻头被泥包了还是井底垫层太厚等。这 样的分析并不是单看一次仿真输出的数字就能下结 论, 要输入许多次单因素、多因素改变, 反复对比 仿真的各项输出结果, 才能提出改进的方向。
国外的先进软件仍根据上述原理, 不过利用现 代电脑的快速, 能自动或半自动地做多因素改变的 仿真试验, 并逐步逼近预定的目标。因而可较快地 给出好的钻头设计, 达到用户具体要求。当然, 在 优化设计过程中, 必须遵守必要的约束条件, 使新 钻头保持必要的均衡性。对于有些情况, 钻头设计 还必须同 BHA 结构、钻井操作参数结合起来优化。 外国先进公司的优势就在这里。如 ReedH yca log的 PDC钻头设计软件 能对比 4种 指标, 即钻 速指标 ( 机械钻速与钻压之比 ) , 寿命指标 ( 各牙齿的预 期磨损寿命 ), 稳 定性指 标 ( 抗横 向振 动和回 旋 性 ) , 可控性指标 ( 横向切削能力与纵向进尺能力 之比 ) [ 4] , 并能约束某些指标的允许范围, 求另外 一些指标的最优化。又如 Security DBS 的牙轮钻头 设计软件能调整牙轮布齿, 自动使各牙轮受载均匀 和破岩量均匀。
术。一旦有需要, 钻头使用工程师就到达现场, 帮 助客户优选钻头; 当现有钻头都不合适时, 就启用 设计专用钻头的技术, 结合快速制造系统, 一般可 以在几天或十几天内把专门设计的专用 PDC 钻头 送到井位, 牙轮钻头则需 2~ 4星期。
其实, 国内早在十几年前就有设计专用钻头满 足特殊需要的经验。如 1993年, 由西南石油学院 设计, 成都总机厂制造了 < 21519 mm ( 815英寸 ) 138D型专用钻头, 首次在原有钢齿钻头上加保径 镶齿, 寿命比原来钢齿钻头延长 1倍。在长庆, 1 只钻头打完整个造斜段绰绰有余, 而且下 1只钻头
关键词 专用钻头 计算机仿真 优化设计 软件开发
引
言
近年来, 由于石油涨价, 钻井区域扩大, 钻井 深度增加, 遇到许多复杂地层, 新的特殊钻井工艺 也层出不穷。所谓 / 深井 0、 / 复杂地层 0 或 / 特 殊工艺 0 都只是总称。其实每一地区, 每一井段 的具体条件各异。必须根据具体条件采用针对性的 工具、工艺和钻头, 才能又好又快地打井。其中钻 头的作用十分关键。
当时我们只掌握了最基本的仿真程序, 而且使 用的是 386计算机, 需靠人工做对比分析。虽然原 则、方向是对的, 结果也很好, 但是效率非常低。 花 2个多月时间, 做了数十次对比才成功。现在很 多现场问题要 求马上解决, 不可能等那么 长的时 间。也有些人往往做上十几次对比, 顾此失彼, 还 得不出满意结果, 人们感到厌烦了, 就说这个办法 不行。所以必须开发钻头优化设计软件。