混合式鉆頭的概念最早產(chǎn)生于20世紀30年代初，當時卻被認為是不切實際的，甚至是不合理的，但隨著21世紀先進技術(shù)的發(fā)展，混合式鉆頭已從幻想變?yōu)楝F(xiàn)實。
近100年來，多種技術(shù)都對鉆井行業(yè)具有重大的影響。旋轉(zhuǎn)鉆機、旋轉(zhuǎn)鉆頭、頂部驅(qū)動、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，復雜井結(jié)構(gòu)剖面，堅硬夾層地層和鉆機及其裝備的限制增加 了縮短周期的潛力，導致了高價工具的破損，并最終降低了作業(yè)者的經(jīng)濟效益。雖然PDC(聚晶金剛石)鉆頭的功能已經(jīng)取得了重大改進，但它還受較高扭矩波動及扭矩整體水平產(chǎn)生的低效動態(tài)的影響。同樣地，牙輪鉆頭技術(shù)的改進提高了鉆井機械鉆速(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
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。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)勢和連續(xù)削切及牙輪鉆頭的巖石破碎強度，這種修復性鉆頭以平穩(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。實驗室測試和現(xiàn)場操作證實了復合技術(shù)的益處。與PDC鉆頭相比，Kymera的優(yōu)勢：比較低、比較相合的鉆削扭矩;較好的定向控制動態(tài);提高夾層地層耐久可靠性;較少的扭轉(zhuǎn)振動。與傳統(tǒng)的牙輪鉆頭相比：提高了鉆井機械鉆速(ROP)的潛力;較少的軸向轉(zhuǎn)動。
在作業(yè)者和貝克休斯團隊的共同協(xié)作努力下，鉆頭應(yīng)用于美國12-1/4 -in鉆井中應(yīng)用，以延長單個鉆頭行程的200%使鉆速提高到62%，縮減了鉆井時間。在全球范圍內(nèi)，這只是剛剛開始，Kymera已經(jīng)在6個國家運行，超過90多個鉆井行程，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%及遠于偏差井20%的優(yōu)勢取代了牙輪鉆頭。12-1/4-in.工具及計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
對于過去而言，這只是我們當時的一個鉆井目標。作業(yè)者的主要動力是減少每口井的鉆井時間及增加每年鉆井的數(shù)量。正是由于對新技術(shù)的不懈追求才實現(xiàn)了更高效的鉆井項目。
Springer深水井是美國中部地區(qū)花費最高的鉆井，總深度(TD)均為22,000 ft (6,706 m)，其鉆井需要160～180天的時間。由于目前的經(jīng)濟條件，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間，其目標對象是Des Moines油藏剖面直達10,800～16,500 ft (3,29～5,029 m)的Atoka頁巖層。
偏移數(shù)據(jù)證實，高頁巖層達到總深度TD一般需要82天的時間。在此期間，平均需使用8～10個牙輪鉆頭，每個鉆頭的鉆速(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，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，反過來，這又產(chǎn)生了均低于150～200 ft (46 to 61 m)的鉆井進尺，同時也增加了由粘滑現(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械鉆速(ROP)，運行平穩(wěn)，并大于傳統(tǒng)PDC切削效率。
對于間隔層，相比牙輪鉆頭合PDC鉆頭Kymera取得了更好的鉆井機械鉆速(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)，并縮減鉆井時間，每口井均減少25天的時間，每個鉆井行程成本縮減40%左右。
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