隨著美國陸地作業(yè)者不斷刷新產(chǎn)量記錄，他們迫切需求新技術(shù)，以降低成本、提高業(yè)績。Ulterra公司是一家PDC鉆頭制造商，其客戶正在利用SplitBlade PDC鉆頭專利技術(shù)，以實現(xiàn)更強、更快的鉆進(jìn)。這是一趟鉆即可完成造斜段與水平段的新技術(shù)，增加了鉆頭的總進(jìn)尺，也延長了水平段的長度。在鉆進(jìn)造斜段時，該技術(shù)可在高鉆速下，精準(zhǔn)控制工具面，從而幫助作業(yè)者縮短鉆進(jìn)時間，減少更換鉆頭的起下鉆次數(shù)。

毫無疑問，油氣行業(yè)可以為數(shù)十年的技術(shù)成就而感到自豪，這些成就為今天蓬勃發(fā)展的全球經(jīng)濟(jì)提供了動力。這段歷史的一個重要組成部分是1976年推出了PDC鉆頭，這種鉆頭能夠鉆穿更深的油氣儲層。如今，40多年過去了，PDC技術(shù)依然能夠使作業(yè)者鉆得更深更快。該技術(shù)有助于提高PDC鉆頭的性能，因此SplitBlade系列PDC鉆頭被授予2019年E&P工程創(chuàng)新成就獎。

Ulterra公司的研發(fā)團(tuán)隊在為期五年的綜合項目中開發(fā)了SplitBlade，該項目研究了水力學(xué)與接觸分布學(xué)。根據(jù)作業(yè)者的經(jīng)驗，在新時代大位移井的高效作業(yè)中，這些設(shè)計因素具有舉足輕重的作用。

01. 雙噴嘴水力學(xué)

SplitBlade技術(shù)將主刀翼做了一定角度的旋轉(zhuǎn)偏移，使之成為分體形狀。該研發(fā)團(tuán)隊革新了鉆頭形狀，使多個流道能夠流經(jīng)同一刀翼與排屑槽。通常情況下，鉆頭錐部的巖屑在鉆井過程中順著刀翼面下沉，只會在鄰近切削齒的周圍積聚，這會浪費鉆井能量，最終導(dǎo)致切削齒嚴(yán)重?fù)p壞。相反，這種分體式設(shè)計可產(chǎn)生高速巖屑，有助于更好清洗鉆頭錐部的鉆屑，從而在鉆進(jìn)期間，可從肩部切削齒排出大量鉆屑。與傳統(tǒng)設(shè)計相比，SplitBlade鉆頭的排屑能力提高了7倍。

清洗后，鉆頭齒面能夠不受阻礙地吃入、破碎巖石，降低熱量積聚，從而減少熱損傷，延長鉆頭壽命，并提高機(jī)械鉆速。將這些正面因素結(jié)合起來，可建立PDC鉆頭基準(zhǔn)，以節(jié)省昂貴的鉆井時間、減少底部鉆具組合(BHA)起下鉆次數(shù)、延長鉆頭的進(jìn)尺。

鉆進(jìn)期間，SplitBlade鉆頭增加了與地層的側(cè)向接觸點的分布，從而改善了工具面控制。（來源：Ulterra）

02. 實際接觸分布

更多接觸意味著在鉆進(jìn)時更多控制。當(dāng)鉆頭旋轉(zhuǎn)時，每個切削齒的切削深度都會發(fā)生變化。這種變化是一種重復(fù)波，其振幅與鉆頭的穩(wěn)定性直接相關(guān)。該信號可視為反扭矩，在造斜段與水平段的應(yīng)用中至關(guān)重要，因為控制與可導(dǎo)向性會直接關(guān)系到最終井眼質(zhì)量、產(chǎn)層中的井位、油井全壽命周期的產(chǎn)量。通過實現(xiàn)更平穩(wěn)的扭矩傳遞，可減少峰值扭矩，而且鉆頭的運行更符合司鉆的期望，特別是在水平段極長的情況下。

在測試與設(shè)計SplitBlade技術(shù)的過程中，該研發(fā)團(tuán)隊認(rèn)識到，擴(kuò)展式、分體式切削齒有助于降低積聚的扭矩峰值與偏向力。該設(shè)計在能量分配方面做得更好，鉆頭扭矩的傳遞也更為平滑，破巖期間可減少潛在造成鉆井功能障礙的波動。將所有這些設(shè)計優(yōu)化集成于多功能鉆頭，使它具有親力親為的感覺，同時實現(xiàn)能量均勻分布在整個工具面。

03. 連接垂直段、造斜段與水平段

自2017年秋季推出SplitBlade PDC鉆頭以來，作業(yè)者已將該公司的鉆頭技術(shù)應(yīng)用于5000多次鉆井，總進(jìn)尺超過650萬米(2150萬英尺)。目前，使用該技術(shù)的作業(yè)者平均每月進(jìn)尺超過120萬米(400萬英尺)。隨著鉆井井段的不斷延長，鉆頭的進(jìn)尺也在持續(xù)增加。在Eagle Ford頁巖區(qū)塊，某個作業(yè)者一直在創(chuàng)造新的、獨特的鉆井記錄。

該作業(yè)者采用了突破常規(guī)的鉆井設(shè)計：僅用一個鉆頭與鉆具組合鉆出垂直段、造斜段與水平段（VCL），這是針對Eagle Ford頁巖區(qū)塊某個更具挑戰(zhàn)性區(qū)域的新策略。一只8.75英寸SplitBlade PDC鉆頭鉆了所有VCL，總進(jìn)尺達(dá)到5180米（17000英尺），為作業(yè)者節(jié)省了5萬美元，并在Eagle Ford頁巖區(qū)塊開創(chuàng)了鉆井新時代。在取得成功的基礎(chǔ)上，該公司又鉆了一個VCL，這次用一個鉆頭與BHA鉆進(jìn)了5790米(19000英尺)以上，創(chuàng)造了Eagle Ford頁巖區(qū)塊的連續(xù)進(jìn)尺記錄。然后，該作業(yè)者使用SplitBlade技術(shù)又創(chuàng)造了24小時最大進(jìn)尺記錄，最新記錄是23.5小時最大進(jìn)尺為1.9公里(1.2英里)。如今，位于Dimmit郡70%的作業(yè)者都在進(jìn)行VCL鉆井，因此VCL鉆井已被確立為一項成功的戰(zhàn)略。

04. 更長的水平段

通常在大位移水平井中，BHA距離鉆機(jī)數(shù)英里遠(yuǎn)，如何將合適的鉆壓傳遞到鉆頭，以避免扭矩與上提懸重上漲，這令作業(yè)者頗為頭疼。若無法將鉆壓傳遞下去，就不會有足夠的鉆頭能量來有效驅(qū)動扭矩與懸重，以移除巖石，并向前鉆進(jìn)。該公司的研發(fā)團(tuán)隊針對作業(yè)者的提效與延長水平段的需求，重新設(shè)計了鉆頭的切削結(jié)構(gòu)與吃入深度，以更好、更穩(wěn)定的應(yīng)對鉆進(jìn)4.8公里（3英里）水平段的挑戰(zhàn)。

今年年初，Permian區(qū)塊某個作業(yè)者利用一只8.5寸SplitBlade PDC鉆頭與常規(guī)鉆具組合，一趟鉆完成兩個連續(xù)的造斜段。某趟鉆中，創(chuàng)下了Midland區(qū)塊常規(guī)造斜段與水平段的進(jìn)尺記錄，完成了4420米（14500英尺）的進(jìn)尺，同時機(jī)械鉆速超過了30米/小時（100英尺/小時）。以前，該作業(yè)者僅在水平段作業(yè)中才會使用Ulterra公司的PDC鉆頭。憑借這一記錄，始于德克薩斯州南部的鉆井新時代在德克薩斯州西部也得以確立。

在這個大位移井段與組合井段越來越長的新時代，作業(yè)者能夠持續(xù)提高鉆井效率與整體油井產(chǎn)量。隨著作業(yè)者打破了水平段長達(dá)4.8公里的新紀(jì)錄，他們腦海中出現(xiàn)了如何用單只鉆頭鉆出6.4公里（4英里）水平段的新思路。