QuadPack Plus钻头开启牙轮新模式

编译 ｜ 白小明

技术装备

QuadPack Plus钻头开启牙轮新模式

编译 ｜ 白小明

随着油气井越钻越深，钻遇的地层岩石也越来越硬，研磨性越来越强，这对钻头的机械钻速（ROP）和耐久性提出了更高的要求。全球钻井作业量的增加，推高了钻机作业日费。因而钻井工程师需要重新评估底部钻具组合设计、钻井作业工序、钻井液及应用工况，寻求更多降低成本的方法。

钻头费用占运营成本的比例很高，因此钻井工程师希望所用的钻头既能提高机械钻速，同时又具有足够长的寿命。

许多牙轮钻头厂家尝试使用了不同的水眼设计和配置，来更好的控制液体流动，从而提高钻头的机械钻速和耐久性。一种通用的解决方案是将水眼安装在特定方向以引导流体，从而形成“定向液压”。

而在传统的牙轮钻头设计中，这种“定向液压”的方法通常会在切削齿附近形成湍流，抑制甚至阻碍岩屑离开井底，并非像预想的那样将岩屑携带出井。而这种现象导致的最终结果是：岩屑重复循环、井眼质量受到影响、机械钻速下降、钻头寿命缩短。

哈里伯顿称，基于液体流动优化的最新成果，他们已经开发出了一种新的钻头设计平台，采用工程水力学原理，利用牙轮钻头的工作模式来克服钻头设计上固有的流动性问题。

新技术优化了牙轮钻头的密封可靠性和切削结构的耐久性；另外，金属密封轴承技术的更新也提高了牙轮钻头的寿命。

钻头服务部门彻底调整了牙轮钻头生产线，建立了全新的性能之王——QuadPack Plus钻头生产线。该生产线位于公司一座屡建奇功的新工厂内，该工厂定义了公司效率、精度和质量控制的标准。

钻头服务部门使用最先进的研发技术，重新设计、测试和制造了新一代牙轮钻头，力求打造可靠性钻头之王，并在实验室采用真实的钻井参数（如钻压、RPM和工作温度等）进行了全尺寸测试，对钻头设计进行微调。通过计算流体动力学（CFD）模拟，优化清洗效率，哈里伯顿将水力参数提升到了一个全新的水平。

在最终的现场测试环节，数百次的成功入井应用充分证明了QuadPack Plus钻头在同类产品中的突出性能。

1. 独特的巴掌剖面

QuadPack Plus钻头独有的弧形巴掌剖面特征，可以形成流动通道和升力面，将岩屑携带出环空。

2. QuadPack Plus钻头与常规钻头对比

计算流体动力学测试显示，QuadPack Plus钻头通过更大的举升力和更彻底的循环显著改善了清岩效果。下图（左）是真实CFD测试结果的渲染图。

3. 调整喷嘴方向

调整喷嘴指向主切削齿边缘，以最大化切削齿吃入地层。巴掌间的流动通道，为岩屑剥离井底并循环出环空提供了有效路径。

4. 钻头下部具有更好的清洁效果

CFD测试表明，QuadPack Plus钻头可以带来更好的井底清岩效果，避免岩屑重复切削，从而提高机械钻速。

5. 更大、更坚固的巴掌

耐久性更强，改进的保护特征，更大的油池增加了油脂容量。

6. 快速响应压力补偿系统

更快的响应系统，大幅减小了密封处的压差变化，可平衡内外压力，极大地减小了密封处应力，提高了轴承密封系统的耐久性。橡胶膜片系统可快速实现压力平衡。

7. 更强的密封可靠性

更高的可靠性源于密封材料更高的热稳定性和改良的耐磨性。同时，哈里伯顿对系统进行了重新设计，提高了钻头抗污染侵入的能力。

8. 更大的轴承承载力

轴承面载荷分布更高效，显著增加了轴承承载力，满足当今要求更高的作业环境。