Istraživanje alata za povećanje brzine bušenja

Trenutno se alati za povećanje brzine bušenja uglavnom dijele u dvije kategorije: mehanički tip i hidraulički tip. Mehanički alati koriste težinu na svrdlu (WOB) za generiranje udarne sile, što učinkovito poboljšava učinkovitost razbijanja stijena u tvrdim formacijama, ali postoje problemi poput jakih vibracija, visoke potrošnje energije i lakog oštećenja od zamora. Hidraulički alati koriste tekućinu za bušenje za pogon udarnih čekića, kombinirajući udar, rotaciju i mlaz za razbijanje stijene. Imaju značajne prednosti u povećanju brzine prodiranja (ROP), kontroli odstupanja bušotine i produljenju vijeka trajanja svrdla, ali općenito imaju probleme poput učestalosti pojedinačnih udara i poteškoća u prilagođavanju potrebama različitih formacija.

Tehnologija udarnog bušenja uglavnom se dijeli u tri kategorije prema načinu djelovanja: torzijska udarna tehnologija, aksijalna udarna tehnologija i aksijalno-torzijska kompozitna udarna tehnologija. Bit udarnog bušenja za povećanje brzine je pretvaranje energije tlaka plina ili tekućine u aksijalnu ili torzijsku mehaničku energiju udara putem udarnog tijela, koje se izravno primjenjuje na stražnji kraj svrdla, poboljšavajući uvjete rezanja svrdla i povećavajući učinkovitost razbijanja stijena svrdla.

Tehnologija torzijskog udarnog bušenja nova je tehnologija za povećanje brzine bušenja u posljednjih nekoliko godina, uglavnom se koristi za rješavanje vibracija "stick-slip" koje generiraju PDC svrdla. Tijekom upotrebe, torzijski udarni element ugrađen je na stražnji kraj svrdla. Zahvaljujući svom unutarnjem dizajnu, može pretvoriti hidrauličku energiju fluida u mehaničku energiju torzijskog udara. Svrdlo lomi stijenu pod kombiniranim djelovanjem stacionarnog momenta bušaće kolone i udarnog momenta koji generira udarni element.

Sljedeći primjeri predstavljaju dva inovativna alata

1. Alat za povećanje brzine bušenja s podesivom frekvencijom udara

Alat za povećanje brzine hidrauličkog bušenja s podesivom frekvencijom ima udarnu strukturu jezgre koja se sastoji od ležajeva, donjeg tijela osovine, klipnih parova, udarnog čekića, mlaznice za gas i drugih komponenti.

Princip rada:Koristi periodičnu razliku tlaka koju stvara tekućina za bušenje u gornjoj i donjoj komori udarnog čekića za pokretanje udarnog čekića na uzvratno kretanje velikom brzinom, stvarajući aksijalnu silu udara koja se izravno prenosi na svrdlo kako bi se pomoglo u razbijanju stijena. Ključno je da ovaj alat može prilagoditi frekvenciju udara promjenom broja simetričnih rupa u donjem tijelu osovine, čime se prilagođava potrebama bušenja različitih formacija.

Primjena alata za povećanje brzine bušenja s podesivom frekvencijom udara

Terensko ispitivanje u srednje tvrdoj formaciji: Na temelju optimalne frekvencije udara (16 Hz) odabrane numeričkom simulacijom, ovaj alat je testiran u bušotini X1 naftnog polja Xinjiang. U dijelu formacije s jakom abrazivnošću i niskom brzinom prodiranja (ROP), usporedba sa susjednom bušotinom pomoću alata za vijčano bušenje pokazuje da se nakon korištenja ovog alata duljina jednog prolaza povećala za 53%, a mehanička ROP za 27,0%, što učinkovito smanjuje broj putovanja i štedi vrijeme izgradnje.

Terensko ispitivanje u tvrdoj formaciji: Prema optimalnoj frekvenciji udara (18 Hz) odabranoj numeričkom simulacijom, ovaj alat je testiran u formacijama karbonskog andezita i bazalta sa slabom bušivošću u bušotini X3 naftnog polja Xinjiang.

Zaključak: Rezultati pokazuju da je nakon korištenja ovog alata mehanički ROP značajno povećan za 103,2% u usporedbi sa susjednim bušotinama, što učinkovito dokazuje da može značajno poboljšati učinkovitost bušenja i skratiti ciklus bušenja u različitim formacijama.

2. Dizajn kompozitnog alata za povećanje brzine udarnog bušenja

Projektiran je hidraulički torzijski udarni mehanizam čija se jezgra sastoji od tri dijela: mehanizma za raspodjelu protoka, mehanizma za preokretanje i udarnog mehanizma.

Proces gibanja: U početku (stanje a), visokotlačna tekućina ulazi u lijevu šupljinu hidrauličkog čekića kroz lijevi kanal protoka jezgre preokretnog ventila, gurajući hidraulični čekić i jezgru ventila da se okreću zajedno u smjeru kazaljke na satu dok hidraulični čekić ne udari u sjedište hidrauličkog čekića (stanje b). Nakon udara, visokotlačna tekućina zatim ulazi u desnu šupljinu koju tvore hidraulični čekić i jezgra ventila kroz desni kanal protoka, gurajući jezgru ventila da se nastavi okretati u smjeru kazaljke na satu do položaja za preokretanje (stanje c), tako da visokotlačna tekućina prelazi u desni kanal protoka i ulazi u desnu šupljinu hidrauličkog čekića, pokrećući hidraulični čekić i jezgru ventila da se okreću suprotno od kazaljke na satu (stanje c). Dok hidraulični čekić ponovno ne udari u sjedište hidrauličkog čekića (stanje d), visokotlačna tekućina ulazi u lijevu šupljinu kroz lijevi kanal protoka, gurajući jezgru ventila da se okreće suprotno od kazaljke na satu radi preokretanja i vraćanja u početno stanje (stanje a). To se ciklički kruži, stvarajući visokofrekventni recipročni torzijski udar kroz kontinuirano preokretanje i udar potaknut tekućinom.

Princip rada:Nakon što tekućina (blato) uđe u čahuru za raspodjelu protoka kroz gornji spoj i vodilicu, distribuira se u mehanizam za preokretanje i udarni mehanizam, a dva puta tekućine su odvojena pločom za raspodjelu protoka. Nakon toga, tekućina prolazi kroz mlaznicu unutar trna, formirajući zone visokog i niskog tlaka prije i poslije nje. Jezgra preokretnog ventila rotira pod utjecajem razlike tlaka, kontrolirajući lijevu i desnu šupljinu hidrauličkog čekića kako bi se naizmjenično spajale na zone visokog i niskog tlaka, uzrokujući da se hidraulični čekić uzvratno kreće i udara u sjedište hidrauličkog čekića pod djelovanjem razlike tlaka, čime se stvara visokofrekventni uzvratni torzijski udar.

1-Gornji podmeđu; 2-Vanjsko kućište; 3-Vodilica; 4-Čahura za distribuciju protoka; 5-Ploča za distribuciju protoka; 6-Vijak; 7-Gornji potporni prsten; 8-Sjedalo hidrauličkog čekića; 9-Hidraulični čekić; 10-Jezgra preokretnog ventila; 11-Donji potporni prsten; 12-Trn; 13-Donji podmeđu;

Shematski dijagram strukture mehanizma torzijskog udara

Proces gibanja torzijskog udarnog mehanizma

Dizajniran je svojevrsni aksijalni udarni mehanizam. Hidraulični aksijalni udarači uglavnom se dijele na dvije vrste: ventilski tip i tip bez ventila. Unutarnja struktura udarača s ventilom je složena, a njihova pouzdanost slaba; tip bez ventila uglavnom uključuje mlazni tip i tip s mlaznim usisavanjem, među kojima mlazni tip ima kratak vijek trajanja. Hidraulični udarač s mlaznim usisavanjem ima jednostavnu strukturu, ostvaruje udar oslanjajući se na uvlačenje mlaza i oscilacijski učinak vodenog čekića, ima malo unutarnjih pokretnih dijelova i nema ranjivih dijelova te se može bolje prilagoditi složenim uvjetima u bušotini.

1-Gornje sjedište mlaznice; 2-Gornja mlaznica; 3-Gornji ventil; 4-Gornja čahura ventila; 5-Sekundarna mlaznica; 6-Aksijalno vanjsko kućište; 7-Nosiva čahura; 8-Udarni čekić; 9-Glava čekića; 10-Sjedište čekića; 11-Zaštitna kapa; 12-Šesterokutni zglob Princip rada aksijalnog udarnog mehanizma.

Stvaranje početnog protoka i razlike tlaka: Visokotlačna tekućina stvara mlaz velike brzine kroz gornju mlaznicu. Pod kombiniranim djelovanjem uvlačenja mlaza i prigušivanja, razlike tlaka nastaju u gornjoj i donjoj komori gornjeg ventila, kao i između vanjske gornje komore udarnog čekića i donjeg kraja glave čekića.

Kretanje komponenti prema gore i brtvljenje protočnog kanala: Pokretan razlikama tlaka, gornji ventil se pomiče prema gore, a udarne komponente (sekundarna mlaznica, udarni čekić i glava čekića) također se pomiču prema gore dok sekundarna mlaznica ne dodirne gornji ventil i ne zabrtvi protočni kanal.

Generiranje vodenog čekića i kretanje zgloba prema dolje: Trenutno zatvaranje kanala protoka pokreće oscilaciju vodenog čekića, a tlak u komori naglo raste, gurajući gornji ventil i komponente udara da se zajedno ubrzaju prema dolje.

Inercijski udar i oporavak ciklusa: Nakon što se gornji ventil pomakne u donji granični položaj, komponente udara nastavljaju se kretati prema dolje pod inercijom i konačno udaraju u sjedište čekića kako bi dovršile aksijalni udar. Nakon udara, kanal protoka se vraća u glatko stanje, a mehanizam se resetira pod djelovanjem težine na svrdlo (WOB), započinjući sljedeći ciklus.

Kontakt:Jessie Zhou

Mobitel/Whatsapp:+0086-18109206861
E-pošta:energy@landrilltools.com