貝克休斯自適應(yīng)PDC鉆頭

思娜，鄧輝，李婧，皮光林

（中國(guó)石化石油工程技術(shù)研究院，北京 100101）

貝克休斯自適應(yīng)PDC鉆頭

思娜，鄧輝，李婧，皮光林

（中國(guó)石化石油工程技術(shù)研究院，北京 100101）

為了給我國(guó)鉆頭技術(shù)的研發(fā)提供借鑒和思路，研究了貝克休斯公司自適應(yīng)鉆頭技術(shù)研發(fā)現(xiàn)狀和試驗(yàn)成果。自適應(yīng)鉆頭是針對(duì)鉆頭引起的黏滑問(wèn)題提出的一種創(chuàng)新技術(shù)，能隨著鉆進(jìn)環(huán)境變化自動(dòng)調(diào)整鉆頭切削深度，通過(guò)切削深度控制裝置抵消部分沖擊，避免鉆齒過(guò)度咬入地層，從而提高鉆進(jìn)效率，降低鉆井成本。文中分析研究了鉆頭黏滑振動(dòng)及自適應(yīng)DOC控制概念，并詳細(xì)介紹了自適應(yīng)鉆頭結(jié)構(gòu)。實(shí)驗(yàn)研究及油田測(cè)試結(jié)果表明，自適應(yīng)鉆頭為有效消除黏滑、降低鉆井成本提供了一種可行的新思路和新方法。

自適應(yīng)；PDC；鉆頭；貝克休斯；DOC

1 自適應(yīng)PDC鉆頭的引入

鉆井過(guò)程中，鉆頭需要鉆穿不同地層。當(dāng)?shù)貙訋r性發(fā)生變化時(shí)，鉆進(jìn)速度ROP（Rate of Penetration）會(huì)隨之變化，容易引起鉆頭的黏滑振動(dòng)，甚至引起鉆頭和井下BHA（Bottom Hole Assembly）組件的失效，導(dǎo)致由于井底復(fù)雜事故造成的鉆井成本增加和效率降低。通常，ROP主要通過(guò)控制鉆壓WOB（Weight on Bit）和旋轉(zhuǎn)速度RPM（Revolutions Per Minute）來(lái)實(shí)現(xiàn)，即分別通過(guò)大鉤載荷、鉆柱旋轉(zhuǎn)，或者控制井底馬達(dá)轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)，但這些控制手段對(duì)于井底鉆頭都具有一定的滯后性。

隨著PDC鉆頭技術(shù)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，為了避免在較低鉆壓和較高轉(zhuǎn)速范圍條件下引起的鉆頭回旋破壞，逐漸趨于采用較高的鉆壓和較低的轉(zhuǎn)速相結(jié)合的參數(shù)組合來(lái)提高鉆進(jìn)性能。但是這樣，卻難以避免在較高的WOB和較低的RPM下引起的扭轉(zhuǎn)失穩(wěn)，進(jìn)而造成黏滑振動(dòng)（見(jiàn)圖1）。DOC（Depth of Cut）控制技術(shù)自21世紀(jì)初引入后，可以有效消除鉆頭的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，成為PDC技術(shù)發(fā)展史上一個(gè)里程碑。然而，這一技術(shù)在擴(kuò)大了PDC鉆頭應(yīng)用范圍的同時(shí)，在一些情況下也限制了鉆頭的切削能力。

2016年，貝克休斯公司引入了自適應(yīng)PDC鉆頭。該鉆頭可以隨著持續(xù)變化的鉆井環(huán)境自動(dòng)調(diào)節(jié)DOC特性，在提高ROP的情況下緩減黏滑振動(dòng)，克服了固定齒傳統(tǒng)DOC控制技術(shù)的局限，不需要固定的切削深度控制預(yù)設(shè)計(jì)?？烧{(diào)節(jié)的DOC控制單元收縮性能避免牙齒與地層的過(guò)度嚙合，從而防止鉆頭過(guò)早失效，以及引起B(yǎng)HA部件毀壞和扭斷的可能性，且能在維持較高ROP的前提下，擴(kuò)大鉆頭穩(wěn)定操作區(qū)域［1-3］。

圖1 典型的PDC鉆頭動(dòng)態(tài)失效示意

2 自適應(yīng)DOC控制概念

早在20世紀(jì)80年代，國(guó)外的研究人員就發(fā)現(xiàn)了鉆柱的黏滑現(xiàn)象，并對(duì)其進(jìn)行了較為深入的研究，也有了較為成熟的成果。2007年，Jaggi等通過(guò)油田案例研究，首先提出較小的切削深度可以減弱鉆頭的黏滑振動(dòng)；2010年，Ledgerwood等提出黏滑是引起鉆頭破壞的重要原因；2011年，貝克休斯公司的J.R.Jain等針對(duì)鉆頭設(shè)計(jì)對(duì)黏滑的影響進(jìn)行了研究，證明鉆頭設(shè)計(jì)對(duì)鉆井系統(tǒng)的黏滑影響非常大［4-6］。

2.1 鉆頭黏滑振動(dòng)

鉆頭黏滑振動(dòng)表現(xiàn)為交替出現(xiàn)黏滯與滑脫：黏滯階段，鉆頭停止轉(zhuǎn)動(dòng)，鉆柱在轉(zhuǎn)盤(pán)驅(qū)動(dòng)下繼續(xù)扭轉(zhuǎn)，當(dāng)鉆柱扭轉(zhuǎn)積蓄的能量足以破碎巖層時(shí)，黏滯的鉆頭滑脫；滑脫階段，鉆柱所積蓄的能量瞬間釋放，鉆頭在正/反方向突然加/減速，鉆頭角速度數(shù)倍于轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)速（見(jiàn)圖2，其中ω0為轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)速，ω為鉆頭轉(zhuǎn)速）。

圖2 鉆頭黏滑振動(dòng)示意

對(duì)于PDC鉆頭，在地層巖性突然變化的情況下，黏滑振動(dòng)對(duì)鉆進(jìn)的影響主要有：鉆頭磨損增大，滑脫階段鉆頭高速運(yùn)動(dòng)對(duì)鉆頭沖擊大，加速鉆頭失效；使得用于破巖的能量比例減小，消耗井口驅(qū)動(dòng)裝置能量；黏滑振動(dòng)及引起的其他振動(dòng)現(xiàn)象加快了下部鉆具疲勞失效；降低鉆進(jìn)連續(xù)性及井身質(zhì)量，增加純鉆進(jìn)時(shí)間及起下鉆次數(shù)，降低鉆進(jìn)效率。

監(jiān)測(cè)是基礎(chǔ)。當(dāng)前對(duì)井下黏滑振動(dòng)的監(jiān)測(cè)主要有2種：一是通過(guò)測(cè)量井口參數(shù)——如轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)速與扭矩等數(shù)據(jù)——進(jìn)行黏滑振動(dòng)監(jiān)測(cè)；二是通過(guò)測(cè)量鉆頭或近鉆頭處的參數(shù)監(jiān)測(cè)黏滑振動(dòng)，這些數(shù)據(jù)通常是由隨鉆測(cè)量設(shè)備測(cè)得。降低黏滑振動(dòng)的方法主要有2種：一是改變鉆井參數(shù)，如降低WOB或者增加RPM，從而避開(kāi)非穩(wěn)定操作區(qū)域。但是，降低WOB需要犧牲ROP和鉆進(jìn)效率，加之，增加RPM會(huì)增加造成更多回旋破壞的可能等。二是采用減振工具［7-9］。

2.2 自適應(yīng)DOC控制

DOC通常被定義為在一次旋轉(zhuǎn)中鉆齒咬入地層的軸向距離。控制DOC能消除鉆頭黏滑振動(dòng)，形成高質(zhì)量光滑井眼，避免切削齒過(guò)早失效，延長(zhǎng)鉆頭使用壽命。鉆頭切削深度控制DOCC（Depth of Cut Control）技術(shù)在引入之初是為了減震，而隨著固定齒PDC鉆頭的發(fā)展，面臨著用單一鉆頭完成一口井不同井段鉆進(jìn)（同時(shí)滿足在一些井段需要消除黏滑而在一些井段則要求高鉆速的要求）的挑戰(zhàn)，因此，合理的應(yīng)用DOCC技術(shù)優(yōu)化鉆頭鉆進(jìn)性能，成為各大公司關(guān)注的焦點(diǎn)。

標(biāo)準(zhǔn)PDC鉆頭不能控制地層的切削深度，在高速波動(dòng)的RPM或者WOB下，經(jīng)常會(huì)造成高的黏滑振動(dòng)。DOCC鉆頭限制了鉆齒的咬入深度，在給定DOC下用部分鉆齒來(lái)接觸地層，可以通過(guò)刀翼或者是在刀翼上的不同數(shù)量、位置和高度的特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)有效控制鉆頭DOC［3］（見(jiàn)圖3）。

圖3 DOC控制墊片與切削齒的位置關(guān)系

在沒(méi)有任何前期數(shù)據(jù)可借鑒的情況下，2014年貝克休斯的Schwefe等在3口調(diào)研井中對(duì)比了不同鉆頭設(shè)計(jì)對(duì)有效消除黏滑和改進(jìn)鉆進(jìn)性能的影響，證明了DOC控制技術(shù)能成功減弱甚至消除黏滑的產(chǎn)生。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，切削深度控制較小時(shí)，不能有效消除黏滑，而切削深度控制過(guò)大時(shí)，雖然可以有效消除黏滑，卻降低了鉆進(jìn)效率；所以，需要精確的DOC控制設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)鉆進(jìn)效果的最優(yōu)化［10］。2015年貝克休斯公司針對(duì)黏滑問(wèn)題本質(zhì)，提出了自適應(yīng)DOC控制概念，它可以動(dòng)態(tài)調(diào)整PDC鉆頭的DOC控制特性，在改進(jìn)ROP的同時(shí)，消除由于DOC快速變化引起的黏滑振動(dòng)。

為了更好地理解該創(chuàng)新概念，假想一口井有3個(gè)不同地層（見(jiàn)圖4）：上部較軟地層A不會(huì)造成黏滑；下部2種不同巖性地層B和C，對(duì)于鉆頭會(huì)造成2種不同黏滑。理想情況下，希望在應(yīng)用同一個(gè)鉆頭鉆進(jìn)過(guò)程中，能在地層A不限制ROP的同時(shí)，且能消除地層B和C造成的黏滑。雖然目前固定齒PDC鉆頭已經(jīng)可以通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)消除目標(biāo)地層鉆進(jìn)時(shí)的黏滑，但是不能在消除黏滑的同時(shí)最大化不同井段的ROP。為了解決該問(wèn)題，提出了自適應(yīng)DOC控制鉆頭的概念。它通過(guò)自動(dòng)緩沖應(yīng)力模塊，鉆進(jìn)上部軟地層A時(shí)，逐漸回縮處于伸展?fàn)顟B(tài)的控制裝置（伸展?fàn)顟B(tài)相當(dāng)于固定DOC控制裝置），逐步加快鉆進(jìn)速度；而在底部B，C地層中該模塊可以通過(guò)應(yīng)力緩沖減緩地層突變?cè)斐傻腄OC突然增加，逐漸抵消黏滑振動(dòng)，避免鉆頭失效［2］。

圖4 自適應(yīng)DOC控制概念的假想井示意

3 自適應(yīng)鉆頭結(jié)構(gòu)

目前，貝克休斯公司J.R.Jain等申請(qǐng)并公開(kāi)了4項(xiàng)自適應(yīng)鉆頭技術(shù)相關(guān)的專利［1，11-13］。

該自適應(yīng)鉆頭體內(nèi)有特殊的可伸縮DOC控制裝置。該DOC控制裝置通過(guò)設(shè)計(jì)的速度敏感模塊伸縮來(lái)響應(yīng)外部載荷的變化。在正常的穩(wěn)定鉆進(jìn)過(guò)程中，該模塊從伸展?fàn)顟B(tài)逐漸回縮，在很短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到最大DOC，從而高速鉆進(jìn)。在突發(fā)波動(dòng)情況下，該裝置在響應(yīng)快速降低的WOB時(shí)，DOC控制裝置向外伸展，在WOB突然增加時(shí)，用于抵制突然的DOC增加，緩減振動(dòng)破壞。圖5為φ215.9 mm自適應(yīng)PDC鉆頭原型，含有3個(gè)可替換的自適應(yīng)DOC控制裝置，通過(guò)封裝筒隔離鉆井液，且能方便的從鉆頭刀翼上裝卸。

圖5 φ215.9 mm自適應(yīng)PDC鉆頭原型

該DOC控制裝置結(jié)構(gòu)如圖6所示。它可以鑲嵌在鉆頭冠部、內(nèi)部流道、外表面處（見(jiàn)圖7）［1，3，12-14］。

圖6 DOC控制裝置結(jié)構(gòu)示意

圖7 DOC控制裝置的安裝部位

該裝置流體腔內(nèi)部的液壓流體特性需適合井下作業(yè)，如液壓油等。活塞Ⅰ將該流體腔分成腔Ⅰ和腔Ⅱ，在腔Ⅰ中含有1個(gè)偏置裝置。流道Ⅰ和相應(yīng)的單向閥Ⅰ允許流體以速度v1從腔Ⅱ流入腔Ⅰ；反之，流道Ⅱ和單向閥Ⅱ允許流體以速度v2從腔Ⅰ流入腔Ⅱ。當(dāng)然，流道也可以設(shè)置在活塞Ⅰ內(nèi)，而且流道可以通過(guò)預(yù)設(shè)計(jì)控制流體流速?；钊衽c壓力傳遞裝置相連接，通過(guò)活塞Ⅱ?qū)毫鬟f給推靠塊，推靠塊可以直接作為切削齒，也可以與切削齒相連接（見(jiàn)圖6a）。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是在壓力瞬時(shí)變化過(guò)程中，流體腔Ⅰ中流體的流動(dòng)速度，決定了活塞Ⅰ的恒定伸縮速度，通過(guò)機(jī)械連接的應(yīng)力傳遞裝置將該伸縮傳遞給推靠塊，從而實(shí)現(xiàn)壓力緩沖作用［3］。

當(dāng)然，這樣的速度控制裝置也可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)多個(gè)推靠塊的應(yīng)力傳遞，如圖6b所示［1，3，12-14］。不同的是，在同時(shí)實(shí)現(xiàn)多個(gè)推靠塊推靠的時(shí)候，需要在該速度控制裝置流體腔Ⅱ上安裝合適的壓力補(bǔ)償裝置。

4 實(shí)驗(yàn)研究與油田測(cè)試

貝克休斯公司對(duì)φ215.9 mm自適應(yīng)鉆頭原型分別進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室概念研究及油田試驗(yàn)井測(cè)試。

4.1 實(shí)驗(yàn)研究

實(shí)驗(yàn)室主要的模擬環(huán)境如圖8所示。在WOB保持恒定（穩(wěn)態(tài)鉆進(jìn)）的過(guò)程中突然降低，會(huì)造成DOC的突然變化，從而模擬自適應(yīng)鉆頭對(duì)載荷漸變和突變的響應(yīng)情況。本實(shí)驗(yàn)?zāi)M了自適應(yīng)鉆頭以20.69 MPa的壓力鉆進(jìn)灰?guī)r地層時(shí)的性能。

圖8 實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的WOB隨時(shí)間變化情況

以標(biāo)準(zhǔn)PDC鉆頭和DOC控制鉆頭的響應(yīng)作為自適應(yīng)鉆頭切削能力的上下界限 （分別以紅色和藍(lán)色表示），測(cè)試自適應(yīng)鉆頭的攻擊性（見(jiàn)圖9）。

圖9 自適應(yīng)鉆頭攻擊性實(shí)驗(yàn)室測(cè)試

測(cè)試的開(kāi)始階段，自適應(yīng)鉆頭的切削能力與固定DOC控制鉆頭相同，表明起初DOC控制裝置處于伸展?fàn)顟B(tài)；在恒定的鉆進(jìn)參數(shù)下，該鉆頭的切削能力會(huì)逐漸增加，慢慢接近固定齒鉆頭。也就是說(shuō)，該模塊會(huì)逐漸縮回，最后達(dá)到接觸應(yīng)力最小的位置。而當(dāng)WOB出現(xiàn)突然波動(dòng)時(shí)，鉆頭的切削能力會(huì)回降至DOC控制鉆頭，表明該模塊在WOB突然降低后快速加載過(guò)程中開(kāi)始逐漸向外伸展，通過(guò)保持伸展?fàn)顟B(tài)吸收一部分載荷來(lái)抵制突然增加的DOC。最后，WOB恢復(fù)恒定，沒(méi)有DOC波動(dòng)后，鉆頭再次逐漸增加切削能力。重復(fù)進(jìn)行該實(shí)驗(yàn)，證明了鉆頭開(kāi)始鉆進(jìn)時(shí)切削能力較低，在幾分鐘之內(nèi)達(dá)到最大，最后達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，在遇到波動(dòng)之前，鉆頭一直保持高的切削能力［2，15］。

4.2 油田測(cè)試

在Oklahoma油田進(jìn)行了全尺寸自適應(yīng)鉆頭減緩黏滑振動(dòng)的性能評(píng)估。在2個(gè)硬地層 （Wilcox砂巖和Arbuckle白云巖地層）進(jìn)行了3種原型φ215.9 mm鉆頭（標(biāo)準(zhǔn)PDC鉆頭、DOC控制PDC鉆頭和自適應(yīng)PDC鉆頭）誘發(fā)黏滑振動(dòng)的對(duì)比。由于Wilcox砂巖層段較短，所以只作了自適應(yīng)鉆頭和DOC控制鉆頭的測(cè)試對(duì)比；Arbuckle白云巖層段較長(zhǎng)，所以測(cè)試了3種鉆頭的對(duì)比。為了最小化鉆桿、井下鉆具組合可能引起的黏滑影響，優(yōu)化井眼質(zhì)量，在每趟鉆中都采用相同的BHA和鉆柱，并采用MWD測(cè)量和儲(chǔ)存所需數(shù)據(jù)，同時(shí)優(yōu)化了鉆井液、排量和鉆頭噴嘴，避免鉆頭泥包。

為了評(píng)估每個(gè)鉆頭誘發(fā)黏滑的趨勢(shì)，該實(shí)驗(yàn)希望找出各種產(chǎn)生黏滑的WOB-RPM參數(shù)組合。設(shè)計(jì)首先在固定RPM值下，以很低的WOB（不能造成黏滑）開(kāi)始實(shí)驗(yàn)并逐漸提高，直到出現(xiàn)黏滑（通過(guò)地面的扭矩波動(dòng)和MWD來(lái)監(jiān)測(cè)黏滑現(xiàn)象）；然后改變RPM值重復(fù)進(jìn)行測(cè)試，收集足夠多的數(shù)據(jù)，確定黏滑邊界。

Wilcox砂巖地層中的 DOC控制鉆頭和自適應(yīng)PDC鉆頭誘發(fā)黏滑的結(jié)果對(duì)比如圖10（圖中綠色圈表示無(wú)黏滑，黃色圈表示中度黏滑，紅色圈表示黏滑，藍(lán)色線為黏滑邊界線。圖12同）所示。

圖10 鉆頭在Wilcox砂巖地層試驗(yàn)井中的穩(wěn)定圖譜

圖10 中：自適應(yīng)鉆頭在鉆速為60 r/min和90 r/min的情況下，改變WOB也沒(méi)有出現(xiàn)黏滑現(xiàn)象，而DOC控制PDC鉆頭在相同轉(zhuǎn)速的情況下，提高WOB就會(huì)出現(xiàn)黏滑現(xiàn)象。

圖11為鉆速和井下機(jī)械比能圖［16］（圖中虛線為不同鉆壓下的機(jī)械比能和ROP趨勢(shì)線。圖13同）?？梢钥闯?，自適應(yīng)鉆頭幾乎沒(méi)有出現(xiàn)黏滑和扭矩波動(dòng)，而DOC控制鉆頭在提高轉(zhuǎn)速和鉆進(jìn)效率情況下，在ROP大于10.36 m/h后黏滑現(xiàn)象嚴(yán)重。

圖11 鉆頭在Wilcox砂巖地層試驗(yàn)井中的能量圖譜

同樣，Arbuckle白云巖地層的測(cè)試結(jié)果也得出了同樣的結(jié)論。如圖12、圖13所示：標(biāo)準(zhǔn)PDC鉆頭幾乎在每一組實(shí)驗(yàn)中都出現(xiàn)了黏滑；DOC控制鉆頭輕微地?cái)U(kuò)大了穩(wěn)定范圍；自適應(yīng)鉆頭與前2種固定齒鉆頭相比，極大地?cái)U(kuò)大了鉆頭穩(wěn)定作業(yè)區(qū)域，而且能在較高的ROP下不出現(xiàn)黏滑現(xiàn)象。

圖12 鉆頭在Arbuckle白云巖地層試驗(yàn)井中的穩(wěn)定圖譜

圖13 在Arbuckle白云巖地層試驗(yàn)井中的能量圖譜

圖14 則是在本次實(shí)驗(yàn)中記錄的在Arbuckle白云巖地層中的井下轉(zhuǎn)速隨時(shí)間變化的數(shù)據(jù) （每個(gè)實(shí)驗(yàn)的地面參數(shù)均為鉆壓1.00 kN和90 r/min）?？梢钥闯觯簶?biāo)準(zhǔn)PDC鉆頭在整個(gè)試驗(yàn)期間監(jiān)測(cè)到的鉆頭角速度都很高，幾乎達(dá)到200 r/min；DOC控制鉆頭初期轉(zhuǎn)速較低，后續(xù)也逐漸提高至與標(biāo)準(zhǔn)PDC鉆頭相當(dāng)；而自適應(yīng)鉆頭，有效抵制了扭矩波動(dòng)，鉆頭井下旋轉(zhuǎn)速度很低，遏制了黏滑的進(jìn)一步發(fā)展。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究和在油田2個(gè)硬地層進(jìn)行的3種原型鉆頭誘發(fā)黏滑振動(dòng)對(duì)比測(cè)試，證實(shí)了自適應(yīng)PDC鉆頭可以有效遏制黏滑，拓寬了穩(wěn)定鉆進(jìn)的參數(shù)范圍，從而提高了鉆進(jìn)效率，降低了鉆井成本［2，15-16］。

圖14 鉆頭在Arbuckle白云巖地層中的井下RPM測(cè)量值

5 結(jié)論與建議

1）從實(shí)驗(yàn)研究及油田測(cè)試結(jié)果來(lái)看，自適應(yīng)鉆頭是一項(xiàng)有效消除鉆頭黏滑振動(dòng)的創(chuàng)新技術(shù)，它可在高鉆壓、低轉(zhuǎn)速情況下高效鉆進(jìn)，同時(shí)避免由于黏滑造成的鉆頭失效及鉆柱破壞，從而降低鉆井成本。

2）目前很多研究認(rèn)為黏滑振動(dòng)是造成鉆頭失效的重要因素之一，但對(duì)黏滑機(jī)理的研究還存在沖突。在當(dāng)前低油價(jià)形勢(shì)下，強(qiáng)化該方面的研究，開(kāi)展專項(xiàng)技術(shù)攻關(guān)，努力實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破，對(duì)提高鉆井效率、降低鉆井成本具有重要的現(xiàn)實(shí)和長(zhǎng)遠(yuǎn)意義。

3）綜合考慮影響?zhàn)せ駝?dòng)的因素，除與鉆壓及轉(zhuǎn)速等鉆井參數(shù)有關(guān)外，還與地層參數(shù)、鉆具參數(shù)、鉆井液性能等有關(guān)。建議擴(kuò)大參數(shù)研究范圍，開(kāi)展更符合實(shí)際鉆井環(huán)境的自適應(yīng)概念研究。

［1］JAIN J R，BILEN J M.Drill bit with self-adjusting pads：US9055450B2［P］.2016-02-09［2016-07-28］.

［2］JAIN J R，RICKS G，BAXTER B，et al.A step change in drill bit technology with self-dajusting PDC bits［R］.SPE 178815，2016.

［3］KENNETH E，RUSSELL S C.Innovative ability to change drilling responses of a PDC bit at the rigsite using interchangeable depth of cut control features［R］.SPE 178808，2016.

［4］LII L W L，JAIN J R，HOFFMANN O J，et al.Downhole measurement and monitoring leads to enhanced understanding of drilling vibrations and PDC bit damage in today［R］.SPE 134488，2010.

［5］SCHEWEFE T，LII L W L，JAIN J R，et al.Development and testing of stick/slip resistant PDC bits［R］.SPE 168026，2014.

［6］祝效華，湯歷平，孟蘋(píng)蘋(píng)，等.PDC鉆頭黏滑振動(dòng)機(jī)理分析［J］.石油礦場(chǎng)機(jī)械，2012，41（4）：13-16.

［7］呂苗榮，沈詩(shī)剛.鉆柱黏滑振動(dòng)動(dòng)力學(xué)研究［J］.西南石油大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2014，36（6）：150-158.

［8］JAIN J R，LEDGERWOOD L W，HOFFMANN J M，et al.Mitigation of torsional stick-slip vibration in oil well drilling through PDC bit design：putting theories to the test［R］.SPE 146561，2011.

［9］JAIN J R.Drill bit with self-adjusting pads：US2015/0191979A1［P］. 2015-07-09［2016-07-28］.

［10］JAIN J R.Drill bit with self-adjusting gage pads：US2016/0032658A1［P］.2016-02-04［2016-07-28］.

［11］JAIN J R.Drill bit with self-adjusting pads：US2016/0053551A1［P］. 2016-02-25［2016-07-28］.

［12］PESSIER R C，WALLACE S N，OUESLATI H.Driling performance is a function of power at the bit and drilling efficiency［R］.SPE 151389，2012.

［13］華劍，程永瑞，陳明.PDC鉆頭鉆進(jìn)過(guò)程的動(dòng)態(tài)仿真［J］.石油機(jī)械，2009，37（9）：17-20.

［14］SELNES K S，CLEMMENSEN C C，REIMERS N.Drlling difficult formations efficiently with the use of an antistall tool［J］.SPE Drilling &Completion，2009，24（4）：531-536.

［15］DAVIS J，SMYTH G F，BOLIVAR N，et al.Eliminating stick-slip by managing bit depth of cut and minimizing variable torque in the drillstring［R］.SPE 151133，2012.

［16］陳緒躍，樊洪海，高得利，等.機(jī)械比能理論及其在鉆井工程中的應(yīng)用［J］.鉆采工藝，2015，38（1）：6-10.

（編輯 李宗華）

Self-adjusting PDC bit of Baker Hughes

SI Na,DENG Hui,LI Jing,PI Guanglin
(Research Institute of Petroleum Engineering,SINOPEC,Beijing 100101,China)

This paper introduces the Baker Hughes′self-adjusting PDC bit,which uses the innovative method that has a passive hydro-mechanical feedback mechanism encapsulated in self-contained cartridges to control the depth of cut.It can absorb part of impact force to prevent over-engaged in the formation to improve the efficiency of drilling and lower the drilling cost.So,the mechanism of bit′s stick/slip and the concept of DOC are learned,and the detailed introduction of self-adjusting PDC bit is given. The laboratory and field experiments show that the self-adjusting PDC bit can significantly eliminate the stick/slip and improve the performance of bit,which is a novel idea for improve drilling rate and reducing cost.

self-adjusting;PDC;bit;Baker Hughes;DOC

中國(guó)石油化工股份有限公司科技部項(xiàng)目“石油工程技術(shù)裝備發(fā)展趨勢(shì)與戰(zhàn)略對(duì)策”（P15163）、“石油工程公司參謀支持研究”（SG16-01J）

TE24

：A

10.6056/dkyqt201701028

2016-07-28；改回日期：2016-11-12。

思娜，女，1983年生，碩士，2010年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)（北京）油氣井工程專業(yè)，現(xiàn)主要從事石油工程技術(shù)前瞻研究及戰(zhàn)略規(guī)劃研究方面的工作。E-mail：sina.sripe@sinopec.com。

思娜，鄧輝，李婧，等.貝克休斯自適應(yīng)PDC鉆頭［J］.斷塊油氣田，2017，24（1）：125-130.

SI Na，DENG Hui，LI Jing，et al.Self-adjusting PDC bit of Baker Hughes［J］.Fault-Block Oil&Gas Field，2017，24（1）：125-130.