斯倫貝謝StingBlade鉆頭專克堅硬地層

編譯 ｜ 張德凱 張領宇

技術裝備

斯倫貝謝StingBlade鉆頭專克堅硬地層

編譯 ｜ 張德凱 張領宇

斯倫貝謝旗下的Smith Bits鉆頭公司擁有多款技術領先的鉆頭，StingBlade就是其中的佼佼者。StingBlade鉆頭的Stinger錐形金剛石切削齒采用了獨特的3D設計，加之鉆頭表面切削齒的新型布局方式，StingBlade的鉆井性能和穩定性都上升到了新的高度。實際應用表明，StingBlade在多種地層條件、不同的操作參數下均能保持高效穩定鉆進表現。

相對于常規PDC鉆頭，StingBlade具有諸多優勢：（1）顯著提高鉆進尺寸和ROP（鉆進速率）；（2）造斜率更高，工具面控制更優；（3）降低BHA（底部鉆具組合）震動，穩定性更強；（4）鉆屑尺寸更大，有利于地面測量工作進行。

切削齒的圓錐形設計使鉆進載荷能夠高度集中于巖石上，進一步提高鉆進效率（尤其是對堅硬巖層）；同時切削齒金剛石胎體的升級也提高了鉆頭的抗沖擊和抗磨損性能。胎體和切削齒的改造提高了StingBlade在復雜地層中的鉆進尺寸和ROP，即使在常規PDC鉆頭難以應付的堅硬地層、過度地層和礫石地層中，鉆井工作也毫無壓力。

目前，StingBlade鉆頭已經在全球14個國家進行了超過250次的應用，與常規鉆頭相比，平均提高鉆進尺寸55%，提高ROP30%。

鉆進能力升級

Smith Bits的工程師運用FEA分析模型重新設計了PDC切削齒的幾何形狀，同時還對切削齒在鉆頭表面的布局進行了精確分析和優化。這些改造使StingBlade鉆頭切削齒上的鉆進載荷更加集中，堅硬地層的鉆進效率更高。

沖擊力更強

相對于PDC切削齒，Stinger切削齒的胎體更耐用，StingBlade鉆頭的沖擊力也隨之增強。這一點在沖擊測試中也得到了證明：在鉆頭上施加18000lbf的沖擊力來沖擊硬化鋼，以此模擬ROP為60ft/h時鉆頭在碳酸鹽層的作業。PDC切削齒一次撞擊即產生了嚴重損壞，而Stinger切削齒在損壞之前經受了100多次的撞擊。

抗磨損能力升級

Stinger切削齒采用了業內最先進的金剛石材料，圓錐形的設計使其散熱更快，抗磨損能力更強。

在壓力為30000psi的條件下進行花崗巖鉆進測試，StingBlade的鉆進尺寸要比常規PDC鉆頭多30%，而且測試完成后的Stinger切削齒鋒利依舊。

應用案例1：Browse盆地

在澳大利亞海岸Browse盆地，開發商想要鉆進一個12in的垂直井段，鉆進過程中要通過Dampier、Heywood、Baudin Marl和Wollaston等地層，這些地層的結構非常復雜，包括夾層石灰巖、角巖層（高壓縮強度）等。傳統的PDC鉆頭磨損嚴重、ROP低，需要起鉆更換鉆頭，作業時間和成本都隨之增加。

Smith Bits推薦了StingBlade鉆頭，該鉆頭上的切削齒布局都經過了IDEAS程序的精心設計。

圓錐形的設計使鉆進載荷更集中，對于堅硬地層的鉆進非常高效；此外，金剛石材料的胎體也大大提高了鉆頭的沖擊力和耐用性。因此，即使是在PDC鉆頭經常遇阻的地層，StingBlade鉆頭也能鉆進更長的尺寸。

在StingBlade鉆頭的應用處女作中，鉆進尺寸為1516m，ROP達11m/h。與常規的鉆井作業相比，鉆進尺寸和ROP分別提高了97%和57%；第二口井的平均ROP更高，達到16m/h，兩口井為開發商共節約了5天的時間。

應用案例2：Permian盆地

GMT Exploration計劃在Permian盆地的Bone Spring油藏鉆探三口水平井，井眼尺寸7-7/8in。該油藏地層結構復雜，鉆進過程中會鉆遇頁巖夾層、石灰巖層、砂巖層等，往往會加速PDC鉆頭的磨損，也因此容易導致ROP降低。若想要提高ROP，則需要同時使用多個PDC鉆頭。

Smith Bits向作業者推薦了StingBlade鉆頭。在第一口井的應用中，StingBlade鉆進4030ft，平均ROP57ft/h，較PDC鉆頭相比分別提高了77%和29%。在接下來的作業中，StingBlade延續了高效的表現，第二口井的鉆進尺寸和ROP分別提高了73%和26%，第三口井分別提高了44%和10%。這三口井共為GMT公司節約了2.5天的作業時間，鉆井提速效果顯著。

應用案例3：某非常規油藏

在定向鉆井作業中，導向與磨損一直是常規PDC鉆頭難以解決的問題，而非常規油藏的定向井作業難度更大。帶有滾齒的鉆頭穩定性低、鉆進速率低，作業時間大幅增加，甚至還會發生鉆齒丟失的事故。

在一次非常規油藏定向鉆井測試中，操作人員對比了StingBlade鉆頭和常規PDC鉆頭的表現。兩種鉆頭分別在相鄰50ft的井中作業，采用了相同的鉆機、導向馬達和BHA，操作人員和鉆井軌跡也相同。

對比結果顯示，StingBlade鉆頭的造斜率比PDC高23%，鉆頭扭矩以及產生的振動更小，操作難度低，鉆井計劃更易完成。測試人員表示，“StingBlade的導向性能實在是讓人驚訝，作業時只需要很小的扭矩，鉆頭方向調整也非常容易。”

應用案例4：哈薩克斯坦

在哈薩克斯坦的Chinarevskoe油田，開發商Zhaikmunai LLP希望在提高鉆井ROP的同時獲得井下巖層性質數據。該地區主要為角巖含量高的碳酸鹽地層，鉆井作業難度大，金剛石鉆頭耐用性強，往往是該地區常用鉆頭之一。但是金剛石鉆頭ROP低、鉆屑尺寸小，不利于油藏性質分析；此外，鉆屑尺寸小還會使其難與鉆井液分離，鉆井液密度會持續增加，最終更換鉆井液，增加作業成本。

Smith Bitsde工程師推薦了StingBlade鉆頭和PowerV垂直井RSS鉆井系統。StingBlade鉆頭配備有Stinger切削齒，鉆進速率更高，鉆屑尺寸更大。

與同類作業相比，配備StingBlade鉆頭的BHA ROP提高了166%，為Zhaikmunai節約了6天的作業時間和18萬美元的作業成本。此外，StingBlade產生的鉆屑尺寸更大，油藏性質分析更易操作，鉆屑/鉆井液分離難度降低，還節約了更換鉆井液的費用。