應(yīng)用IDEAS軟件設(shè)計(jì)，史密斯技術(shù)公司的MDi616 PDC鉆頭可與各種推靠鉆頭和擺動(dòng)鉆頭式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)配套使用，實(shí)現(xiàn)優(yōu)良鉆井性能。


史密斯技術(shù)公司自從推出旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)（RSS）以后，許多人都認(rèn)為不同類型的RSS系統(tǒng)（無(wú)論是擺動(dòng)鉆頭型還是推靠鉆頭型）都需要配以具有特殊定向鉆井特征的專門鉆頭結(jié)構(gòu)才能發(fā)揮最佳作用。

但史密斯技術(shù)公司運(yùn)用其IDEAS（集成動(dòng)態(tài)工程分析系統(tǒng)）軟件，則能在相同的應(yīng)用中將相同的鉆頭用于多種不同的RSS裝置上。開發(fā)IDEAS軟件的目的，是建立一種在鉆頭下井之前對(duì)各種鉆頭結(jié)構(gòu)是否適用于某種具體用途而進(jìn)行分析的方法。

該公司的121/4英寸MDi616 PDC鉆頭就是通過(guò)運(yùn)用IDEAS軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)的，在2007和2008年間，該鉆頭在北海地區(qū)被用到3種不同的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)和一種定向泥漿馬達(dá)上共鉆進(jìn)37次。

這種特殊的鉆頭結(jié)構(gòu)共被模擬試驗(yàn)了500次，首先是對(duì)要裝到鉆頭上的齒在限定條件下進(jìn)行巖石切削，以此作為理解鉆頭/巖石交互作用的基礎(chǔ)；然后對(duì)自鉆頭到鉆機(jī)的整個(gè)鉆柱建立模型并對(duì)井眼進(jìn)行多次模擬，直到實(shí)現(xiàn)鉆井作業(yè)商的目標(biāo)為止，這樣便達(dá)到了為特定用途定制鉆頭的目的。

這種121/4英寸鉆頭實(shí)現(xiàn)了與多種旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)和定向馬達(dá)配套使用良好的穩(wěn)定性和導(dǎo)向性，可用于鉆進(jìn)粘土巖、砂巖、夾層砂巖和石灰?guī)r/白堊巖等多種地層。應(yīng)用IDEAS軟件成功設(shè)計(jì)出一種6刀翼、16毫米切削齒、50顆切削齒并具有可導(dǎo)向鉆頭輪廓和分段式后傾角分布的鉆頭，而CFD（計(jì)算液體力學(xué)）的應(yīng)用則改進(jìn)了用于切削結(jié)構(gòu)冷卻和清洗的水力系統(tǒng)，同時(shí)改善了井眼清洗效果。

實(shí)用案例分析：上面提到的37次鉆進(jìn)包括用于斯倫貝謝公司PowerDrive Xtra/X5推靠鉆頭型RSS系統(tǒng)上的5次鉆進(jìn)、用于貝克休斯英泰克公司AutoTrak推靠鉆頭型RSS系統(tǒng)上的22次鉆進(jìn)、PathFinder公司PathMaker 3D擺動(dòng)鉆頭型RSS系統(tǒng)上的5次鉆進(jìn)和PathFinder泥漿馬達(dá)上的5次鉆進(jìn)。所有這些鉆進(jìn)的關(guān)鍵在于使用相同結(jié)構(gòu)的鉆頭都取得了所需的性能效果。

與AutoTrak RSS系統(tǒng)配套使用時(shí)，有一口井的目標(biāo)是建立自34度到67度的井斜角，并在自目標(biāo)地層到總深期間將方位角保持在351度到 7.51度之間，MDi616鉆頭實(shí)現(xiàn)了34.7米/小時(shí)的平均機(jī)械鉆速，輕易完成了所要求的3.57度/30米的狗腿井段，且在各種地層中都實(shí)現(xiàn)了最小的粘－滑振動(dòng)以及最小的扭矩波動(dòng)。

在用斯倫貝謝公司的RSS系統(tǒng)進(jìn)行鉆井時(shí)，目標(biāo)是自7～10度造斜到90度。相同的井段鉆了兩次，第二次還從主井眼處有一個(gè)側(cè)鉆。該鉆頭以高于24.3米/小時(shí)的速度累計(jì)鉆進(jìn)了2918米，鉆頭保持住了定向控制能力并在主井眼中實(shí)現(xiàn)了3.8度/30米的狗腿彎度，在側(cè)鉆井段實(shí)現(xiàn)了4.25度/30米的狗腿彎度。

在另一口井中，該鉆頭與PathFinder公司的井下馬達(dá)配套使用，目標(biāo)是一次鉆進(jìn)即通過(guò)鹽層和頁(yè)巖地層而鉆到總深，同時(shí)還要保持垂直井眼輪廓。MDi616 PDC鉆頭以高于17米/小時(shí)的平均機(jī)械鉆速共鉆了913米，比鄰井提高了25%，且井眼垂直度也符合要求。