斯伦贝谢StingBlade钻头专克坚硬地层

编译 ｜ 张德凯 张领宇

技术装备

斯伦贝谢StingBlade钻头专克坚硬地层

编译 ｜ 张德凯 张领宇

斯伦贝谢旗下的Smith Bits钻头公司拥有多款技术领先的钻头，StingBlade就是其中的佼佼者。StingBlade钻头的Stinger锥形金刚石切削齿采用了独特的3D设计，加之钻头表面切削齿的新型布局方式，StingBlade的钻井性能和稳定性都上升到了新的高度。实际应用表明，StingBlade在多种地层条件、不同的操作参数下均能保持高效稳定钻进表现。

相对于常规PDC钻头，StingBlade具有诸多优势：（1）显著提高钻进尺寸和ROP（钻进速率）；（2）造斜率更高，工具面控制更优；（3）降低BHA（底部钻具组合）震动，稳定性更强；（4）钻屑尺寸更大，有利于地面测量工作进行。

切削齿的圆锥形设计使钻进载荷能够高度集中于岩石上，进一步提高钻进效率（尤其是对坚硬岩层）；同时切削齿金刚石胎体的升级也提高了钻头的抗冲击和抗磨损性能。胎体和切削齿的改造提高了StingBlade在复杂地层中的钻进尺寸和ROP，即使在常规PDC钻头难以应付的坚硬地层、过度地层和砾石地层中，钻井工作也毫无压力。

目前，StingBlade钻头已经在全球14个国家进行了超过250次的应用，与常规钻头相比，平均提高钻进尺寸55%，提高ROP30%。

钻进能力升级

Smith Bits的工程师运用FEA分析模型重新设计了PDC切削齿的几何形状，同时还对切削齿在钻头表面的布局进行了精确分析和优化。这些改造使StingBlade钻头切削齿上的钻进载荷更加集中，坚硬地层的钻进效率更高。

冲击力更强

相对于PDC切削齿，Stinger切削齿的胎体更耐用，StingBlade钻头的冲击力也随之增强。这一点在冲击测试中也得到了证明：在钻头上施加18000lbf的冲击力来冲击硬化钢，以此模拟ROP为60ft/h时钻头在碳酸盐层的作业。PDC切削齿一次撞击即产生了严重损坏，而Stinger切削齿在损坏之前经受了100多次的撞击。

抗磨损能力升级

Stinger切削齿采用了业内最先进的金刚石材料，圆锥形的设计使其散热更快，抗磨损能力更强。

在压力为30000psi的条件下进行花岗岩钻进测试，StingBlade的钻进尺寸要比常规PDC钻头多30%，而且测试完成后的Stinger切削齿锋利依旧。

应用案例1：Browse盆地

在澳大利亚海岸Browse盆地，开发商想要钻进一个12in的垂直井段，钻进过程中要通过Dampier、Heywood、Baudin Marl和Wollaston等地层，这些地层的结构非常复杂，包括夹层石灰岩、角岩层（高压缩强度）等。传统的PDC钻头磨损严重、ROP低，需要起钻更换钻头，作业时间和成本都随之增加。

Smith Bits推荐了StingBlade钻头，该钻头上的切削齿布局都经过了IDEAS程序的精心设计。

圆锥形的设计使钻进载荷更集中，对于坚硬地层的钻进非常高效；此外，金刚石材料的胎体也大大提高了钻头的冲击力和耐用性。因此，即使是在PDC钻头经常遇阻的地层，StingBlade钻头也能钻进更长的尺寸。

在StingBlade钻头的应用处女作中，钻进尺寸为1516m，ROP达11m/h。与常规的钻井作业相比，钻进尺寸和ROP分别提高了97%和57%；第二口井的平均ROP更高，达到16m/h，两口井为开发商共节约了5天的时间。

应用案例2：Permian盆地

GMT Exploration计划在Permian盆地的Bone Spring油藏钻探三口水平井，井眼尺寸7-7/8in。该油藏地层结构复杂，钻进过程中会钻遇页岩夹层、石灰岩层、砂岩层等，往往会加速PDC钻头的磨损，也因此容易导致ROP降低。若想要提高ROP，则需要同时使用多个PDC钻头。

Smith Bits向作业者推荐了StingBlade钻头。在第一口井的应用中，StingBlade钻进4030ft，平均ROP57ft/h，较PDC钻头相比分别提高了77%和29%。在接下来的作业中，StingBlade延续了高效的表现，第二口井的钻进尺寸和ROP分别提高了73%和26%，第三口井分别提高了44%和10%。这三口井共为GMT公司节约了2.5天的作业时间，钻井提速效果显著。

应用案例3：某非常规油藏

在定向钻井作业中，导向与磨损一直是常规PDC钻头难以解决的问题，而非常规油藏的定向井作业难度更大。带有滚齿的钻头稳定性低、钻进速率低，作业时间大幅增加，甚至还会发生钻齿丢失的事故。

在一次非常规油藏定向钻井测试中，操作人员对比了StingBlade钻头和常规PDC钻头的表现。两种钻头分别在相邻50ft的井中作业，采用了相同的钻机、导向马达和BHA，操作人员和钻井轨迹也相同。

对比结果显示，StingBlade钻头的造斜率比PDC高23%，钻头扭矩以及产生的振动更小，操作难度低，钻井计划更易完成。测试人员表示，“StingBlade的导向性能实在是让人惊讶，作业时只需要很小的扭矩，钻头方向调整也非常容易。”

应用案例4：哈萨克斯坦

在哈萨克斯坦的Chinarevskoe油田，开发商Zhaikmunai LLP希望在提高钻井ROP的同时获得井下岩层性质数据。该地区主要为角岩含量高的碳酸盐地层，钻井作业难度大，金刚石钻头耐用性强，往往是该地区常用钻头之一。但是金刚石钻头ROP低、钻屑尺寸小，不利于油藏性质分析；此外，钻屑尺寸小还会使其难与钻井液分离，钻井液密度会持续增加，最终更换钻井液，增加作业成本。

Smith Bitsde工程师推荐了StingBlade钻头和PowerV垂直井RSS钻井系统。StingBlade钻头配备有Stinger切削齿，钻进速率更高，钻屑尺寸更大。

与同类作业相比，配备StingBlade钻头的BHA ROP提高了166%，为Zhaikmunai节约了6天的作业时间和18万美元的作业成本。此外，StingBlade产生的钻屑尺寸更大，油藏性质分析更易操作，钻屑/钻井液分离难度降低，还节约了更换钻井液的费用。