Асноўныя інструменты для свідравін: поўнае кіраўніцтва па класіфікацыі і прымяненні ролікавых шарошкападобных і алмазных долатаў

У нафтавых свідравінах буравое долата з'яўляецца асноўным інструментам для разбурэння горных парод, і яго прадукцыйнасць непасрэдна ўплывае на эфектыўнасць і кошт бурэння. Сутыкнуўшыся са складанымі і зменлівымі ўмовамі пласта, правільны выбар шарошкападобных і алмазных долатаў стаў ключавой задачай для буравых інжынераў.

01 Роліка-шарушныя долаты: універсальныя інструменты, якія адаптуюцца да фармацый

З моманту свайго з'яўлення ў 1909 годзе шарошатыя долаты сталі найбольш шырока выкарыстоўваным тыпам долатаў у ратацыйным свідраванні. Іх унікальная шматшалая структура дазваляе ім адаптавацца да розных умоў пласта, ад мяккіх да надзвычай цвёрдых.

Структура і асноўныя тэхналогіі

Ролікавы шарошкавы долат складаецца з пяці асноўных кампанентаў:

· Корпус долаты: тры звараныя разам конусныя ножкі з разьбой уверсе.

· Конусы: канічныя металічныя целы з фрэзераванымі зубцамі або ўстаўкамі з карбіду вальфраму (TCI) на паверхні.

· Сістэма падшыпнікаў: Уключае чатыры камплекты падшыпнікаў: вялікі, сярэдні, малы і ўпорны.

· Сопла: звычайна 3·4 сопла дыяметрам 7·14 мм.

· Сістэма змазкі і ўшчыльнення: гумовыя або металічныя ўшчыльняльнікі ў спалучэнні з прыладай кампенсацыі ціску.

Тэхналогія ўшчыльнення падшыпнікаў з'яўляецца ключавым прарывам у галіне ролікавых долатаў. Сучасныя долаты выкарыстоўваюць сістэму змазкі з кампенсацыяй ціску, якая падтрымлівае дынамічны баланс паміж ціскам змазкі ў камеры падшыпніка і ціскам у слупе буравой вадкасці ў свідравіне праз канал перадачы ціску, мембрану кампенсацыі ціску і чашачку для змазкі.

Сістэма класіфікацыі і код IADC

Міжнародная асацыяцыя буравых падрадчыкаў (IADC) усталявала глабальны стандарт для класіфікацыі шарошкападобных долатаў з выкарыстаннем трохзначнай сістэмы кодаў:

· Першая лічба: тып зуба і адпаведная форма

· 1: Фрэзераваны зуб, мяккая форма

· 2: Фрэзераваны зуб, ад сярэдняй да сярэдняй цвёрдасці

· 3: Фрэзераваны зуб, цвёрдая, абразіўная фармацыя

· 5: TCI, мяккая або сярэдняя фармацыя

· 6: TCI, фармацыя сярэдняй цвёрдасці

· 7: TCI, цвёрдая, абразіўная фармацыя

· 8: TCI, надзвычай цвёрдая, высокаабразіўная фармацыя

· Другая лічба: цвёрдасць падсцілаючага пласта (1,4, большая лічба азначае больш цвёрдую формацыю)

· Трэцяя лічба: структурныя асаблівасці біта

· 4: Герметычны падшыпнік качэння

· 6: Герметычны падшыпнік слізгацення

· 7: Герметычны падшыпнік слізгацення + абарона калібра з дапамогай TCI

· 8: Долата для адбойнага шруба для нахільных свідравін

Спрошчаная сістэма класіфікацыі IADC для шарошаткавых долат

Механізм разбурэння горных парод і характарыстыкі руху

Пры працы шарошаткавага буравога долата яно дэманструе тры складаныя рухі:

· Абарачэнне: Конусы круцяцца па гадзіннікавай стрэлцы разам з корпусам долаты.

· Кручэнне: зубцы круцяцца супраць гадзіннікавай стрэлкі вакол восі конуса.

· Слізгаценне: Уключае радыяльнае і тангенцыяльнае слізгаценне.

Гэты складаны рух стварае двайны эфект разбурэння горных парод:

1. Ударнае драбненне: чаргаванне кантакту адзінарных і падвойных зубцоў стварае вертыкальную вібрацыю, якая генеруе ўдарную нагрузку.

2. Зруховая рэзка: дасягаецца за кошт навісі, зрушэння і шматконуснай геаметрыі, што дазваляе ажыццяўляць зруховую рэзку парод.

Стратэгія выбару біта і супастаўленне фармацыі

Асноўныя прынцыпы выбару шарошаткавых долатаў у залежнасці ад уласцівасцей горных парод:

· Мяккія формы: выбірайце долаты са зрушэннем, выступаючай і шматконуснай канструкцыяй; абсталяваныя высокімі, шырокімі, шырока размешчанымі фрэзераванымі зуб'ямі або TCI.

· Сярэднецвёрдыя фармацыі: паменшыце значэнні зрушэння, навісання і шматконуснасці; выкарыстоўвайце кароткія, вузкія, блізка размешчаныя зубцы.

· Цвёрдыя і абразіўныя фармацыі: выкарыстоўвайце аднаконічную геаметрыю, без навісаў, без зрушэння; абсталёўвайце сферычнымі або канічна-сферычнымі TCI.

· Формацыі, схільныя да крывых адтулін: выбірайце каротказубыя долаты з малым зрушэннем або без яго і без абароны калібра, і выбірайце долаты крыху мякчэйшыя за рэальны пласт.

· Пераслаёныя мякка-цвёрдыя пароды: выбірайце долата ў залежнасці ад больш цвёрдай пароды і дынамічна карэктуйце параметры бурэння.

Рэакцыі на спецыяльныя ўмовы:

· Вузкія адтуліны (<177 мм): выкарыстоўвайце аднашарочныя свердзелы, якія маюць большыя шарыкі, зубцы і падшыпнікі для большай трываласці.

· Накіраванае бурэнне: выбірайце долаты з трэцяй лічбай IADC 8 (спецыяльныя долаты для адкату).

02 Алмазныя свердзелы: найлепшы інструмент для цвёрдых фармацый

Алмаз мае найвышэйшую прыродную цвёрдасць (цвёрдасць па Моосу 10, трываласць на сціск да 8800 МПа, зносаўстойлівасць у 9000 разоў вышэйшая за сталь). Алмазныя долаты выкарыстоўваюць гэтую ўласцівасць, каб стаць найлепшай зброяй для барацьбы з цвёрдымі пародамі.

Класіфікацыя і тэхналагічная эвалюцыя

Сучасныя алмазныя долаты ў асноўным падзяляюцца на тры тыпы:

1. Алмазныя долаты з нарэзкай

· Алмазныя часціцы, якія апынуліся на паверхні каронкі.

· Падыходзіць для фармацый сярэдняй і цвёрдай цвёрдасці.

· Класіфікацыя памераў дыяментаў:

· Мяккія ўтварэнні: 2 камяні/карат (дыяметрам прыблізна 4 мм)

· Сярэднецвёрдыя ўтварэнні: 3‑4 камяні/карат (прыблізна 3,6 мм)

· Цвёрдыя ўтварэнні: 10‑15 камянёў/карат (прыблізна 2,0 мм)

2. Прасякнутыя алмазныя свердзелы

· Алмазы, убудаваныя ў матрыцу (60‑400 камянёў/карат).

· Падыходзіць для вельмі цвёрдых і абразіўных парод (крэмень, крэменяпадобны даламіт і г.д.).

· Самазавострыванне, якое дасягаецца за кошт зносу матрыцы.

3. Біты PDC (кампактныя полікрышталічныя алмазы)

· Упершыню прадстаўлены кампаніяй General Electric у 1973 годзе.

· Структура рэжучага інструмента: алмазны пласт + падкладка з карбіду вальфраму.

· Прыдатныя фармацыі: аднародныя фармацыі ад мяккіх да сярэдняй цвёрдасці.

Структура і ключавыя параметры праектавання

Алмазныя долаты маюць цэльны корпус без рухомых частак, які ў асноўным складаецца з:

· Сталёвы корпус: сярэдневугляродзістая сталь, разьбовая верхняя частка.

· Матрыца: парашок карбіду вальфраму + звязальны метал на аснове медзі, цвёрдасць HRC 30‑45.

· Рэжучыя элементы: натуральныя/сінтэтычныя алмазы або PDC-фрэзы.

· Гідраўлічная канструкцыя: Форсункі, водныя шляхі (радыяльныя, спіральныя і г.д.).

Асноўныя параметры канструкцыі:

· Канцэнтрацыя алмазаў: рэгулюйце ў залежнасці ад абразіўнасці пласта — больш высокая канцэнтрацыя для больш абразіўных пластоў.

· Вышыня экспазіцыі:

· Мяккія ўтварэнні: 1/3 дыяметра алмаза

· Цвёрдыя ўтварэнні: 1/6 — 1/10 дыяметра алмаза

· Форма каронкі: плоская (аднародныя ўтварэнні), круглая (цвёрдыя ўтварэнні), зубчастая (абразіўныя ўтварэнні).

Механізм разбурэння горных парод і рэакцыя пласта

Спосаб разбурэння горных парод алмазнымі долатамі змяняецца ў залежнасці ад уласцівасцей пласта:

· Пластычныя ўтварэнні (агліцыт, гіпс і г.д.) – падобныя да працэсу «арання»; алмазы пранікаюць і выклікаюць пластычны паток пароды.

· Далікатныя ўтварэнні (кварцавы пясчанік і г.д.) – Утвараюць аб'ёмныя ямкі для драбнення; памер шлама ў 2-4 разы перавышае памер алмазнай абалонкі, вельмі эфектыўна.

· Цвёрдыя пароды (крэмень, крэменяносная парода) – выкарыстоўвайце прасякнутыя свердзелы; разбурэнне адбываецца шляхам мікрарэзання і драпін, падобна шліфаванню кругам.

Перавагі і абмежаванні біт PDC

Як рэвалюцыйны прадукт у сямействе алмазных долат, долаты PDC маюць унікальныя перавагі:

Структурныя асаблівасці:

· Сталёвы корпус долаты PDC: цэльны выраб з сярэдневугляродзістай сталі, паверхнева загартаваны.

· Матрычны корпус долаты PDC: верхні сталёвы корпус + ніжняя матрыца з карбіду вальфраму — лепшая прадукцыйнасць.

Дызайн профілю:

· Парабалічны: мяккія пласты, вялікая метраж, высокая ROP.

· Круглы: Падыходзіць для свідравання на паваротным стале, дапамагае пранікаць у цвёрдыя праслойкі.

· Канічны: Высокахуткаснае свідраванне, добрае пранікненне.

Абмежаванні:

· Не падыходзіць для жвіровых пластоў або мякка-цвёрдых праслаёвых фармацый.

· Тэмпературнае абмежаванне (вышэй за 350°C знос паскараецца; пры 700°C трываласць губляецца).

· Ніжняя ўдаратрываласць; новыя фрэзы схільныя да сколаў па краях.

Параўнанне прыдатнасці алмазных долатаў у залежнасці ад пласта

03 Кіраўніцтва па навуковым адборы: Супастаўленне патрэб фарміравання і аперацыйных патрэб

Залатыя правілы выбару ролікавага шарошкавага долата

1. Падбор цвёрдасці пласта

· Мяккія формы: выбірайце долаты з вялікім зрушэннем, выступаючымі, шматконуснымі і клінаватымі або чэрапнападобнымі зуб'ямі.

· Цвёрдыя фармацыі: выкарыстоўвайце зубцы з адным конусам, без зрушэння і сферычныя або канічна-сферычныя.

2. Апрацоўка абразіўнасці

· Для абразіўных парод выбірайце долаты TCI з абаронай калібра.

· Калі зуб'і вонкавага рада закругленыя, а ўнутраныя зуб'і маюць невялікі знос, павялічце абарону калібра на наступным долаце.

3. Рэакцыі на спецыяльныя ўмовы

· Формацыі, схільныя да крывых адтулін: выбірайце кароткія зуб'і з невялікім зрушэннем або без яго; выбірайце крыху мякчэйшыя за рэальны пласт.

· Мякка-цвёрдыя праслаёвыя пласты: выбар долата ў залежнасці ад цвёрдай пароды, дынамічная карэкціроўка параметраў.

· Глыбокія ўчасткі: выбірайце долы з вялікай агульнай метражом, каб кампенсаваць страты часу на спуск.

Стратэгія выбару алмазнага долаты

1. Калі выкарыстоўваць біты PDC

· Найлепшае прымяненне: доўгія аднародныя фармацыі мяккай і сярэдняй цвёрдасці (сланец, аргіліт, гіпс і г.д.).

· Забароненыя сферы прымянення: жвіровыя пласты, праслойкі крэмня, мякка-цвёрдыя праслойкі.

· Налада параметраў: нізкі WOB (30‑60 кН), высокія абаротныя хуткасці (100‑300 аб/мін), высокая хуткасць патоку.

2. Калі выкарыстоўваць натуральныя/сінтэтычныя алмазныя свердзелы

· Цвёрдыя і вельмі цвёрдыя ўтварэнні (граніт, кварцавы пясчанік і г.д.).

· Высокаабразіўныя ўтварэнні (крэмень, крэменяпадобны даламіт).

· Турбабурэнне, глыбокія і звышглыбокія свідравіны, аперацыі па адборы керна.

3. Спецыяльныя патрабаванні да свердзелаў для адбору керна

· Ролікаканічныя бурыльныя долаты: чатырохканусныя (канічныя/цыліндрычныя) або шасціканусныя (з поўным ствалом) канструкцыі.

· Алмазныя свідравальныя коронкі: рэзы павінны быць размешчаны сіметрычна і мець аднолькавую зносаўстойлівасць.

· Ключавы паказчык: унутраны адтуліна канцэнтрычная з вонкавым дыяметрам, каб пазбегнуць эліптычнай формы стрыжня.

Дыягностыка і ліквідацыя анамалій у свідравінах

Вызначэнне ўмоў працы шарошкавага долата:

· Адмова падшыпніка: цыклічнае падскокванне паваротнага стала, пагаршэнне працы пры высокім наканечніку, зніжэнне хуткасці распылення, але ціск помпы нармальны.

· Страчаны конус: рэзкія ваганні крутоўнага моманту, індыкатар вагі рэзка хістаецца, змена даўжыні струны пры падняцці.

· Зубцы зношаныя да плоскага стану: Зніжэнне нагрузкі на паваротны стол, адсутнасць падскоквання, рэзкае зніжэнне хуткасці рамонту.

Забароны на выкарыстанне алмазных свердзелаў:

· Перад спускам адтуліны дно павінна быць чыстым; пераканайцеся ў адсутнасці металічнага смецця.

· Пачніце свідраванне з лёгкім наканечнікам на долото і нізкімі абаротамі для «абкаткі» (прафіляванне забою 0,5 м).

· Пазбягайце развёртвання; пры неабходнасці выконвайце працу з лёгкім нагрузкай, нізкімі абаротамі і стабільнай працай.

04 Перадавыя тэндэнцыі і практыка ў палявых умовах

Кірункі тэхналагічных інавацый

Тэхналогія бурэння пад высокім ціскам:

· Выкарыстоўвае струмені звышвысокага ціску (150-200 МПа) для палягчэння разбурэння горных парод.

· Узмацняльнікі газу ў свідравінах знаходзяцца ў цэнтры даследаванняў і распрацовак; выпрабаванні паказваюць, што хуткасць хуткасці расці можа павялічыцца ў 3–5 разоў.

· Тэхнічныя праблемы ўключаюць герметызацыю і перадачу пад звышвысокім ціскам.

Інтэлектуальныя бітавыя сістэмы:

· Убудаваныя датчыкі кантралююць стан долатаў у рэжыме рэальнага часу.

· Адаптыўная карэкціроўка параметраў рэзання ў адпаведнасці са зменамі пласта.

· Аналіз вялікіх дадзеных для аптымізацыі выбару долатаў і прагназавання тэрміну службы.

Залатыя правілы ў гэтай галіне

1. Вырашэнне пытання аб тым, калі выцягваць з ямы

· Бесперапыннае зніжэнне хуткасці метана (у аднародных фармацыях).

· Раптоўнае падзенне ROP пры неэфектыўных карэкціруючых мерах (змена пласта).

· Рэзкае павелічэнне крутоўнага моманту, якое суправаджаецца падзеннем хуткасці рафінавання (пашкоджаннем долаты).

· Раптоўнае падзенне ціску ў помпе (страчанае сопла або вымытая бурыльная калона).

2. Меры па падаўжэнні тэрміну службы долаты

· Запусціце новае долата з лёгкім наканечнікам накату і нізкімі абаротамі для абкаткі.

· Выкарыстоўвайце ахоўны прыстасаванне для біты (прыладу, якая прадухіляе адскокванне).

· Перыядычныя кароткія паездкі для ачысткі ад забою свідравіны ад смецця.

· Пазбягайце празмернага кручэння дна.

3. Эканамічны аналіз

· Разлічыце кошт за метр = (кошт долаты + кошт часу свідравання) / фут.

· Нягледзячы на ​​тое, што кошт свідравін PDC вышэйшы, у адпаведных пластах адно свідравое долата PDC можа прасвідраваць у 3–5 разоў большы метраж, чым шарошаткавае долата.

· На глыбокіх участках аддавайце перавагу долатам з вялікай агульнай метражом, каб кампенсаваць страты часу спуску.

Выбар долатаў — гэта дакладная тэхналогія, якая спалучае навуковую тэорыю і практычны вопыт. Роліка-шарушныя долаты, дзякуючы сваёй шырокай адаптыўнасці, застаюцца найбольш распаўсюджаным тыпам долатаў сёння. Алмазныя долаты, асабліва долаты PDC, дэманструюць беспрэцэдэнтную эфектыўнасць у пэўных пластах.

Авалоданне сістэмай класіфікацыі IADC, разуменне механізмаў разбурэння горных парод рознымі долатамі і ўсебаковая ацэнка літалогіі, канфігурацыі свідравіны і эксплуатацыйных патрабаванняў дазволяць дасягнуць ідэальнага супадзення паміж долатам і пластом. Дзякуючы прымяненню свідравінных датчыкаў, аналізу вялікіх дадзеных і штучнага інтэлекту, выбар долата пераходзіць ад рашэнняў, заснаваных на вопыце, да інтэлектуальнага дакладнага супастаўлення, што пастаянна спрыяе рэвалюцыйным паляпшэнням эфектыўнасці бурэння.

Кантакт: Джэсі Чжоу

Мабільны/Whatsapp: +0086-18109206861

Email: energy@landrilltools.com