Varel公司Navigator定向井钻头设计软件和专用钻头 Shear Bits公司PDC钻头
一、内容概述
美国Varel国际公司成立于1947年，是世界上最大的独立供应商，全球钻头市场上的第5大公司，现拥有资本16亿美元，向石油、天然气、采矿和工业市场提供全套的牙轮钻头和固定刀具钻头。该公司技术研发一直走在世界前列，近年来更是开发出众多适用于特殊钻井环境的专用钻头。
Varel国际公司应用其先进的钻头设计软件为导向钻井系统设计配套钻头，该种钻头在钻进的可控性和定向性方面取得了良好的效果。Varel国际公司在设计钻头的过程中主要应用了3个软件：
（1）GeoScience测井数据分析软件
一种室内鉴定岩性和测试岩石强度的应用软件，可以进行钻前和钻后的测井数据分析。
（2）SPOT钻井软件
一种虚拟的钻井模拟器，可以检验不同的切削结构设计和切削齿的布局是否合适。
（3）CFD计算流体力学软件
一种优化钻头流体特性的应用软件，可以确定最佳的喷嘴排列方向，从而优化钻头的水力特性，使设计出的钻头获得最佳效率。
Varel国际公司推出的Navigator系列钻头（图1）是专门设计用于钻定向井的钻头产品，且可根据用户需要为特定用途设计专门的定向轮廓。该公司设计定向钻井用PDC钻头的理念，钻头是影响定向钻井成功与否的最重要因素，且每只钻头的设计都要与配套使用的旋转导向系统（RSS）、井的定向目标以及所钻地层相匹配。一只钻头钻至井眼目标的能力取决于其可导向性以及定向行为。
图1 Navigator系列钻头
Varel国际公司的工程师在设计钻头时会充分考虑配套使用的RSS的类型以及每种类型的功能和钻井特征，在设计过程中应用GeoScience、SPOT和CFD等工具。GeoScience是该公司的机械岩石性质模型，来自GeoScience的信息被输入到SPOT中。SPOT是一种能够对钻头动力学进行精密建模的设计软件，通过在实验室和现场进行单齿试验和全尺寸钻头试验得出，SPOT可为不同的钻井用途进行切削结构优化。CFD（计算流体力学）软件可验证钻头的喷嘴定向位置是否合理，从而保证钻头喷嘴结构和井底清洗效果的最优化。
二、应用范围及应用实例
通过使钻头与具体的钻井系统相匹配，Varel国际公司为用户创下了多项钻井纪录。该公司始终认为根据钻井系统对钻头进行针对性设计是取得成功的必要手段。在设计过程中，工程技术人员首先要确定影响所有设计特征的相关钻头性能标准，通过应用GeoScience软件进行研究之后，设计出钻头的切削结构，然后再用SPOT软件模拟钻井过程，以确保所设计的钻头在机械钻速、耐用性、稳定性和可导向性方面都符合钻井目标的要求。
该公司设计了一种与斯伦贝谢公司Vortex旋转导向系统配套使用的ϕ215.9mm的VRT619 GX钻头。在沙特阿拉伯的一次钻井应用中，该钻头被下入井深1684m、井斜角20°的井内，历时56.5h，钻进1104m，最终以86°的井斜角钻完计划井段，机械钻速比邻井提高了44%。
三、资料来源
黄蕾蕾，薛启龙.2010.国外钻头技术新进展，石油机械，（4）
国内外石油和地质部门常用软件简介~
(一)石油和地理信息系统常用软件
国内外石油和地理信息系统现有的相关软件如表8-1所示。其中,Geo Map适用于制作各种地质平面图、剖面图、统计图、三角图、地理图和工程平面图,是广泛应用于石油勘探与开发、地质、煤炭、林业、农业等领域的CAD软件之一;MapGIS是工具型地理信息系统软件,可对数字、文字、地图遥感图像等多源地学数据进行采集、管理、综合空间分析及可视化表示,可制作具有出版精度的复杂地质图,进行海量无缝地图数据库管理,具有强大的图形编辑功能;SDI CGM Editor是CGM绘图工具,包括图形转换及拼图;SDI CGM Office是显示、转换CGM文件格式、复制/粘贴CGM图形到 Microsoft Office、批量和交互进行各种图形格式间相互转化的功能软件;Larson CGM Studio是强有力的CGM制作、编辑、组合工具;CARBON包括Intell Explore(井分析工具)和BendLinkEx(油藏分析工具)两部分;Surfer是一个十分流行的功能强大的基于 Windows的三维绘图软件;兰德马克(LandMark)属于大型地震综合解释软件;Discovery是基于 Windows,方便研究人员桌面使用的一体化油藏描述、解释软件;EarthVision是当今用途广泛的三维地质建模及三维可视化软件系统。
表8-1 国内外石油和地理信息系统现有的相关软件及其功能
续表
(二)服务于地质钻探设计计算的软件现状
20世纪80年代以来,随着计算机技术的迅猛发展,国外首先开发的钻探设计计算软件是为定向井设计、计算提供辅助分析手段的软件。我国也于1982年初,由地质矿产部组织勘探技术研究所、探矿工程研究所、探矿工艺研究所、无锡钻探工具厂和电子工业部49所以及重点地质队(安徽省地矿局337队、江西省地矿局912队)对重点项目“螺杆钻受控定向配套器具与施工工艺”开展攻关研究。经3年多的努力,在钻孔弯曲规律与防治,定向钻孔设计、计算、微机应用、造斜工具、定向仪器、造斜金刚石钻头,以及一整套施工工艺等方面都取得了突破性进展和多项科研成果,使受控定向钻探进入实用阶段。当前,我国地质定向钻探技术水平已进入先进国家行列。在定向井设计、计算软件研发方面也取得了显著进展。其中北京怡恒阳光科技发展有限公司研发的“Navigator定向井水平井轨迹设计及计算分析软件”在国内石油钻井工程中应用广泛,它可以帮助定向井工程师合理地设计井眼轨道,并可在钻井施工过程中进行实钻计算和轨迹分析,其主界面如图8-1。
图8-1 Navigator定向井水平井轨迹设计及计算分析软件主界面
煤炭科学研究总院西安研究院与北京合康公司合作研发了一套适合水平孔设计计算的随钻测量软件系统,其主界面如图8-2。
图8-2 煤炭科学研究总院西安研究院与北京合康公司研发的随钻测量系统软件主界面
考虑到国内外现有的定向井设计计算软件绝大多数是根据石油行业规范进行研发的,石油钻井设计原则及方法与地质钻孔设计有着显著差异,在地矿行业难以直接推广应用。而西安煤炭研究院与北京合康公司合作研发的软件只有轨迹计算功能,没有涉及自然弯曲规律分析、柱状图的生成以及受控定向轨迹的设计等问题,因此该软件的应用有一定的局限性。安徽省地矿局313地质队根据国内地矿行业的自身特点及定向钻探施工工艺,与中国地质大学(武汉)合作研发了适合我国地质矿产行业的钻孔设计与轨迹动态监控系统,使计算机软件技术更好地为深部钻探优化设计、钻孔轨迹动态监控、数据处理、钻孔质量控制和钻探资料档案管理服务,为探矿工作者提供技术支持。
一、内容概述
Shear Bits公司于2008年成立于加拿大，专为加拿大西部钻井市场提供PDC钻头。该公司所有钻头都针对水力优化而设计成多种等级，全部流道和排屑槽的形状都可最大限度地减少流场死点，所有喷嘴都可互换，排屑槽皆为大尺寸设计且大多数钻头结构都是在每个刀翼有多个喷嘴。该公司专用的第三规径技术能通过三点金刚石覆盖而保证钻头的耐用性。除了每个刀翼有3个PDC齿外，每个保径垫都由碳化钨合金构成以提高其耐磨性。第三规径技术中的最终PDC齿布局能使钻头有效的倒划眼通过缩径井段。
Shear Bits公司的设计技术不是建立在模拟基础上，而是建立在具体用途的基础之上。该公司拥有一套能帮助设计工程师开发成功钻头的分析工具，其设计系统建立在对每只钻头建立三维模型的基础上，其中包括专有的切削齿布置算法，重点是理解PDC齿与岩层间的几何作用关系。该公司的目标不是预测钻头的钻井性能，而是通过工程设计而生产出能实现所需性能的钻头设计几何形状，其中最重要的步骤是在完成初始设计和对首批钻头进行试验之后。此时，设计人员要对钝钻头状况进行详细的评估，并以所钻地层为基础结合具体用途来开发下一只钻头。随着新型PDC齿的开发和新型钻头几何形状的生成，钻头设计技术也随之改变，以便与目标用途中的变量相吻合，这就是Shear Bits公司以具体用途为基础的设计技术，开发过程中的每一阶段都着眼于钻头的井下性能而不是计算机模拟。
该公司拥有4个系列的PDC钻头，每个系列都含有具体的技术以使其能在具体应用中发挥最佳性能。其定向井系列钻头可实现稳定的工具面控制而不会损失其机械钻速，钻头滑动时可进行定向操作，而转动时则速度快，钻头轮廓为专有的几何形状，整体长度短但同时又能在钻头台肩处保持充足的金刚石量。通过在每个刀翼上增加PDC齿的排数，该公司形成了多排齿系列钻头，这种钻头可被设计出多种独特特征，从而在复杂地层中取得良好钻进效果。而该公司的水平井系列钻头则配备了特殊的保径垫，以便能够实现与井壁的最大环形接触，而同时又能保持钻头的总长度较短；钻头上的主要PDC切削结构能够在没有过多侧切的情况下有效的向前钻进，因而限制了钻头钻进时的下斜倾向。
该公司称，到目前为止还没有哪家钻头厂家拥有专门为水平井应用而开发的钻头，所有其他厂家都是用其为定向井开发的钻头来钻水平井段的，这样做从功能上而言是可行的，但是只要钻头是为两种不同用途而设计的，则钻头的性能总是在至少一种用途中是打折扣的，且常常是在两种用途中都会打折扣。到目前为止，该公司钻头所创纪录的一半都是在水平钻井应用中取得的。
二、应用范围及应用实例
在加拿大的一口井中，Shear Bits公司在一个通常机械钻速很低的井段大幅提高了机械钻速。该公司采用了其61/8 in的SH513和61/8 in的SH513D PDC钻头，SH513D钻头具有双排齿特征。所钻的是一段600～700m的水平井段，该井段地层主要是抗压强度为15～20kpsi的白云岩。在分析了实际情况后，该公司同时开发了两种水平井系列钻头，以便能够对两种概念进行快速试验。其SH513钻头用时31.3h钻进了644m，机械钻速为20.6m/h，与邻井最快的钻速相比提高了166%；而另一只SH513D钻头钻进的井段更长，达689m，但机械钻速还是达到了197m/h，比邻井第二快的钻速快了很多。
三、资料来源
申守庆（编译）.2009.国外钻头公司隆重推出贴近需求的新品（二）.石油与装备，（5）
大数据和隐私问题让谷歌公司面临挑战
答：一位屡获殊荣的新闻工作者和技术专家Dan Arel表示，2017年已经成为一场完美的风暴。Arel指出，最近发生的安全漏洞事件和美国政府的控制已经开始引起人们的一些担忧。他警告说，谷歌公司和美国政府部门可以会有一些侵犯人权的行为。Arel说，“我发现自己已经厌倦了谷歌公司正在查看我们的邮件内容，检查我的搜索...
