Istraživanje alata za povećanje brzine bušenja

Trenutno se alati za povećanje brzine bušenja uglavnom dijele u dvije kategorije: mehanički tip i hidraulični tip. Mehanički alati koriste težinu na svrdlu (WOB) za generiranje udarne sile, što efikasno poboljšava efikasnost razbijanja stijena u tvrdim formacijama, ali postoje problemi kao što su jake vibracije, velika potrošnja energije i lako oštećenje usljed zamora. Hidraulični 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 produženju vijeka trajanja svrdla, ali općenito imaju probleme kao što su učestalost pojedinačnih udara i poteškoće u prilagođavanju potrebama različitih formacija.

Tehnologija udarnog bušenja se uglavnom dijeli u tri kategorije prema načinu djelovanja: tehnologija torzijskog udara, tehnologija aksijalnog udara i aksijalno-torziona kompozitna tehnologija udara. Suština udarnog bušenja za povećanje brzine je pretvaranje energije pritiska gasa ili tečnosti u aksijalnu ili torzionu mehaničku energiju udara putem udarnog elementa, koji se direktno primjenjuje na zadnji kraj svrdla, poboljšavajući uslove rezanja svrdla i povećavajući efikasnost razbijanja stijena svrdlom.

Tehnologija torzionog udarnog bušenja je nova tehnologija za povećanje brzine bušenja posljednjih godina, uglavnom korištena za rješavanje problema "stick-slip" vibracija koje generiraju PDC svrdla. Prilikom upotrebe, torziono udarno tijelo je ugrađeno na stražnji kraj svrdla. Zahvaljujući svom dizajnu unutrašnje strukture, može pretvoriti hidrauličnu energiju fluida u torziono mehaničku energiju udara. Svrdlo lomi stijenu pod kombinovanim djelovanjem stacionarnog momenta bušaće kolone i momenta udara koji generira udarno tijelo.

Sljedeći primjeri predstavljaju dva inovativna alata

1. Alat za povećanje brzine bušenja s podesivom frekvencijom udara

Alat za hidraulično bušenje s podesivom frekvencijom i povećanjem brzine ima osnovnu udarnu strukturu koja se sastoji od ležajeva, donjeg dijela osovine, klipnih parova, udarnog čekića, mlaznice za gas i drugih komponenti.

Princip rada:Koristi periodičnu razliku pritiska koju stvara tekućina za bušenje u gornjoj i donjoj komori udarnog čekića kako bi pokrenuo udarni čekić da se uzastopno kreće velikom brzinom, generirajući aksijalnu silu udara koja se direktno prenosi na svrdlo kako bi se pomoglo u razbijanju stijena. Ključno je da ovaj alat može podesiti 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

Terenski test u srednje tvrdoj formaciji: Na osnovu optimalne frekvencije udara (16 Hz) odabrane numeričkom simulacijom, ovaj alat je testiran u bušotini X1 naftnog polja Xinjiang. U dijelu formacije sa jakom abrazivnošću i niskom brzinom prodiranja (ROP), poređenje sa susjednom bušotinom korištenjem alata za vijčano bušenje pokazuje da se nakon korištenja ovog alata, dužina bušenja jednim prolazom povećala za 53%, a mehanička ROP se povećala za 27,0%, što je efektivno smanjilo broj putovanja i uštedjelo vrijeme izgradnje.

Terenski test 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 mehanička ROP značajno povećana za 103,2% u poređenju sa susjednim bunarima, što efektivno dokazuje da može značajno poboljšati efikasnost bušenja i skratiti ciklus bušenja u različitim formacijama.

2. Dizajn kompozitnog alata za povećanje brzine udarnog bušenja

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

Proces kretanja: U početku (stanje a), fluid pod visokim pritiskom ulazi u lijevu šupljinu hidrauličnog čekića kroz lijevi kanal protoka jezgre preokretnog ventila, gurajući hidraulični čekić i jezgro ventila da se okreću zajedno u smjeru kazaljke na satu sve dok hidraulični čekić ne udari u sjedište hidrauličnog čekića (stanje b). Nakon udara, fluid pod visokim pritiskom zatim ulazi u desnu šupljinu koju formiraju hidraulični čekić i jezgro ventila kroz desni kanal protoka, gurajući jezgro ventila da nastavi rotirati u smjeru kazaljke na satu do položaja za preokretanje (stanje c), tako da fluid pod visokim pritiskom prelazi u desni kanal protoka i ulazi u desnu šupljinu hidrauličnog čekića, pokrećući hidraulični čekić i jezgro ventila da se okreću suprotno od kazaljke na satu (stanje c). Dok hidraulični čekić ponovo ne udari u sjedište hidrauličnog čekića (stanje d), fluid pod visokim pritiskom ulazi u lijevu šupljinu kroz lijevi kanal protoka, gurajući jezgro ventila da se okreće suprotno od kazaljke na satu radi preokretanja i vraćanja u početno stanje (stanje a). Ovo se ciklično ponavlja, formirajući visokofrekventni recipročni torzioni udar kroz kontinuirano preokretanje i udar pokretan fluidom.

Princip rada:Nakon što tekućina (blato) uđe u čahuru za distribuciju protoka kroz gornji spoj i vodeću cijev, distribuira se do mehanizma za preokretanje i udarnog mehanizma, a dva puta tekućine su odvojena pločom za distribuciju protoka. Nakon toga, tekućina prolazi kroz mlaznicu unutar trna, formirajući zone visokog i niskog pritiska prije i poslije nje. Jezgro preokretnog ventila rotira pod utjecajem razlike pritiska, kontrolirajući lijevu i desnu šupljinu hidrauličkog čekića da se naizmjenično povezuju sa zonama visokog i niskog pritiska, uzrokujući da se hidraulični čekić uzvratno kreće i udara u sjedište hidrauličkog čekića pod djelovanjem razlike pritiska, čime se formira visokofrekventni uzvratni torzioni 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 hidrauličnog čekića; 9-Hidraulični čekić; 10-Jezgro preokretnog ventila; 11-Donji potporni prsten; 12-Trn; 13-Donji podmeđu;

Shematski dijagram strukture mehanizma torzijskog udara

Proces kretanja torzijskog udarnog mehanizma

Dizajniran je određeni aksijalni mehanizam udara. Hidraulični aksijalni udarni elementi se uglavnom dijele na dvije vrste: ventilski tip i tip bez ventila. Unutrašnja struktura udarnih elemenata s ventilom je složena, a njihova pouzdanost slaba; tip bez ventila uglavnom uključuje mlazne i mlazno-usisne tipove, među kojima mlazni tip ima kratak vijek trajanja. Hidraulični udarni element s mlaznim usisavanjem ima jednostavnu strukturu, ostvaruje udar oslanjajući se na efekat uvlačenja mlaza i oscilacije vodenog čekića, ima malo unutrašnjih pokretnih dijelova i nema ranjivih dijelova, te se može bolje prilagoditi složenim uslovima 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-Heksagonalni zglob Princip rada aksijalnog udarnog mehanizma.

Formiranje početnog protoka i razlike pritiska: Fluid pod visokim pritiskom formira mlaz velike brzine kroz gornju mlaznicu. Pod kombinovanim djelovanjem uvlačenja mlaza i efekta prigušivanja, razlike pritiska se formiraju 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 zaptivanje kanala protoka: Pokretan razlikama u pritisku, gornji ventil se pomiče prema gore, a udarne komponente (sekundarna mlaznica, udarni čekić i glava čekića) se također pomiču prema gore sve dok sekundarna mlaznica ne dodirne gornji ventil i ne zapečati kanal protoka.

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

Inercijalni 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 resetuje pod djelovanjem težine na svrdlo (WOB), započinjući sljedeći ciklus.

Kontakt:Jessie Zhou

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