מחקר על כלים להגברת מהירות קידוח

כיום, כלי קידוח להגברת מהירות מחולקים בעיקר לשתי קטגוריות: סוג מכני וסוג הידראולי. כלים מכניים משתמשים במשקל על ביט (WOB) כדי לייצר כוח פגיעה, מה שמשפר ביעילות את יעילות שבירת הסלע בתצורות קשות, אך ישנן בעיות כגון רעידות חזקות, צריכת אנרגיה גבוהה ונזק קל מעייפות. כלים הידראוליים משתמשים בנוזל קידוח כדי להניע פטישי פגיעה, ומשלבים פגיעה, סיבוב וסילון כדי לשבור סלע. יש להם יתרונות משמעותיים בהגדלת קצב החדירה (ROP), שליטה בסטייה של הבאר והארכת חיי הביט, אך בדרך כלל יש להם בעיות כגון תדירות פגיעה בודדת וקושי בהתאמה לצרכים של תצורות שונות.

טכנולוגיית קידוח אימפקט מחולקת בעיקר לשלוש קטגוריות לפי אופן הפעולה: טכנולוגיית אימפקט טורסיאלית, טכנולוגיית אימפקט צירית וטכנולוגיית אימפקט מרוכבת צירית-טורסיאלית. מהות קידוח האימפקט להגברת המהירות היא להמיר את אנרגיית הלחץ של גז או נוזל לאנרגיה מכנית של אימפקט צירית או טורסיאלית באמצעות אימפקטור, המופעל ישירות על הקצה האחורי של המקדח, ומשפר את מצב החיתוך של המקדח ומגביר את יעילות שבירת הסלעים שלו.

טכנולוגיית קידוח אימפקט טורסיאלית היא טכנולוגיה מתפתחת להגברת מהירות קידוח בשנים האחרונות, המשמשת בעיקר לפתרון רעידות "החלקה-הדבקה" הנוצרת על ידי מקדח PDC. כאשר בשימוש, המקדח הטורסיאלי מותקן בקצה האחורי של המקדח. באמצעות תכנון המבנה הפנימי שלו, הוא יכול להמיר את האנרגיה ההידראולית של הנוזל לאנרגיה מכנית של אימפקט טורסיאלית. המקדח שובר סלע תחת פעולה משולבת של מומנט מצב יציב של מיתר הקידוח ומומנט הפגיעה שנוצר על ידי המקדח.

הדוגמאות הבאות מציגות שני כלים חדשניים

1. כלי להגברת מהירות קידוח עם תדר פגיעה מתכוונן

לכלי להגברת מהירות הקידוח ההידראולי המתכוונן בתדירות יש מבנה ליבה המורכב ממיסבים, גוף ציר תחתון, זוגות בוכנות, פטיש פגיעה, פיה מצערת ורכיבים אחרים.

עקרון עבודה:הוא מנצל את הפרש הלחצים המחזורי שנוצר על ידי נוזל הקידוח בתאים העליונים והתחתונים של פטיש הפגיעה כדי להניע את פטיש הפגיעה לפעול במהירות גבוהה, ולייצר כוח פגיעה צירי המועבר ישירות לקצה כדי לסייע בשבירת הסלע. המפתח הוא שכלי זה יכול להתאים את תדירות הפגיעה על ידי שינוי מספר החורים הסימטריים בגוף הציר התחתון, ובכך להתאים את עצמו לצורכי הקידוח של תצורות שונות.

יישום של כלי להגברת מהירות קידוח עם תדר פגיעה מתכוונן

מבחן שדה בתצורה בינונית-קשה: בהתבסס על תדר הפגיעה האופטימלי (16 הרץ) שנבחר על ידי סימולציה נומרית, כלי זה נבדק בבאר X1 של שדה הנפט שינג'יאנג. בקטע התצורה עם שחיקה חזקה וקצב חדירה (ROP) נמוך, השוואה לבאר הסמוכה באמצעות כלי קידוח בורגי מראה כי לאחר השימוש בכלי זה, אורך הסיבוב הבודד גדל ב-53%, ה-ROP המכני גדל ב-27.0%, מה שהפחית ביעילות את מספר הסיבובים וחיסך את תקופת הבנייה.

בדיקת שדה בתצורה קשה: בהתאם לתדר הפגיעה האופטימלי (18 הרץ) שנבחר על ידי סימולציה נומרית, כלי זה נבדק בתצורות אנדסיט ובזלת הקרבוניות עם יכולת קידוח ירודה בבאר X3 של שדה הנפט שינג'יאנג.

סיכום: התוצאות מראות כי לאחר שימוש בכלי זה, ה-ROP המכני גדל משמעותית ב-103.2% בהשוואה לבארות סמוכות, דבר המוכיח למעשה כי הוא יכול לשפר משמעותית את יעילות הקידוח ולקצר את מחזור הקידוח בתצורות שונות.

2. תכנון של כלי להגברת מהירות קידוח אימפקט מרוכב

מתוכנן מנגנון פגיעה הידראולי פיתולי, שליבתו מורכבת משלושה חלקים: מנגנון חלוקת זרימה, מנגנון היפוך ומנגנון פגיעה.

תהליך תנועה: בתחילה (מצב א'), נוזל בלחץ גבוה נכנס לחלל השמאלי של הפטיש ההידראולי דרך תעלת הזרימה השמאלית של ליבת שסתום ההיפוך, דוחף את הפטיש ההידראולי ואת ליבת השסתום להסתובב יחד בכיוון השעון עד שהפטיש ההידראולי יפגע במושב הפטיש ההידראולי (מצב ב'). לאחר הפגיעה, הנוזל בלחץ גבוה נכנס לחלל הימני שנוצר על ידי הפטיש ההידראולי וליבת השסתום דרך תעלת זרימת הבקרה הימנית, דוחף את ליבת השסתום להמשיך להסתובב בכיוון השעון למצב ההיפוך (מצב ג'), כך שהנוזל בלחץ גבוה עובר לתעלת הזרימה הימנית ונכנס לחלל הימני של הפטיש ההידראולי, מה שמניע את הפטיש ההידראולי ואת ליבת השסתום להסתובב נגד כיוון השעון (מצב ג'). עד שהפטיש ההידראולי יפגע שוב במושב הפטיש ההידראולי (מצב ד'), הנוזל בלחץ גבוה נכנס לחלל השמאלי דרך תעלת זרימת הבקרה השמאלית, דוחף את ליבת השסתום להסתובב נגד כיוון השעון לצורך היפוך וחזרה למצב ההתחלתי (מצב א'). מחזור זה יוצר פגיעה פיתולית בתדירות גבוהה באמצעות היפוך רציף ופגיעה המונעת על ידי הנוזל.

עקרון עבודה:לאחר שנוזל (בוץ) זורם לתוך שרוול חלוקת הזרימה דרך המפרק העליון וצינור ההנחיה, הוא מופץ למנגנון ההיפוך ולמנגנון הפגיעה, ושני נתיבי הנוזל מופרדים על ידי לוחית חלוקת הזרימה. לאחר מכן, הנוזל עובר דרך הפיה בתוך המנדרל, ויוצר אזורי לחץ גבוה ונמוך לפניו ואחריו. ליבת שסתום ההיפוך מסתובבת תחת הפעלת הפרש הלחצים, ושולטת על החללים השמאליים והימניים של הפטיש ההידראולי כדי להתחבר לסירוגין לאזורי הלחץ הגבוה והנמוך, מה שגורם לפטיש ההידראולי לנוע הדדית כדי לפגוע במושב הפטיש ההידראולי תחת פעולת הפרש הלחצים, ובכך ליצור פגיעה פיתולית הדדית בתדירות גבוהה.

1-משנה עליונה; 2-מעטפת חיצונית; 3-צינור מוביל; 4-שרוול חלוקת זרימה; 5-לוחית חלוקת זרימה; 6-בורג; 7-טבעת תמיכה עליונה; 8-מושב פטיש הידראולי; 9-פטיש הידראולי; 10-ליבת שסתום היפוך; 11-טבעת תמיכה תחתונה; 12-מנוד; 13-משנה תחתונה;

תרשים סכמטי של מבנה מנגנון הפגיעה הפיתולית

תהליך תנועה של מנגנון פגיעה פיתולית

מתוכנן סוג של מנגנון פגיעה צירית. מפגיעות ציריות הידראוליות מחולקות בעיקר לשני סוגים: סוג שסתום וסוג ללא שסתום. המבנה הפנימי של מפגיעות מסוג שסתום מורכב ואמינותן ירודה; הסוג ללא שסתום כולל בעיקר סוג סילון וסוג יניקה סילונית, שביניהם לסוג הסילון חיי שירות קצרים. למפגיעת ההידראולית יניקה סילונית יש מבנה פשוט, היא מבצעת את הפגיעה בהסתמך על סחיפה של הסילון ואפקט תנודת פטיש מים, יש לה מעט חלקים נעים פנימיים וללא חלקים פגיעים, ויכולה להסתגל טוב יותר לתנאי קידוח מורכבים.

1-מושב פיה עליון; 2-פיה עליונה; 3-שסתום עליון; 4-שרוול שסתום עליון; 5-פיה משנית; 6-מעטפת חיצונית צירית; 7-שרוול תמיכה; 8-פטיש פגיעה; 9-ראש פטיש; 10-מושב פטיש; 11-מכסה הגנה; 12-מפרק משושה עקרון עבודה של מנגנון פגיעה צירית.

היווצרות זרימה ראשונית והפרש לחץ: נוזל בלחץ גבוה יוצר סילון במהירות גבוהה דרך הפיה העליונה. תחת פעולה משולבת של סחיפה של הסילון ואפקט המצערת, נוצרים הפרשי לחצים בתאים העליונים והתחתונים של השסתום העליון, כמו גם בין התא העליון החיצוני של פטיש הפגיעה לקצה התחתון של ראש הפטיש.

תנועה כלפי מעלה של רכיבים ואיטום תעלת הזרימה: מונע על ידי הפרשי הלחצים ביניהם, השסתום העליון נע כלפי מעלה, ורכיבי הפגיעה (הפיה המשנית, פטיש הפגיעה וראש הפטיש) גם הם נעים כלפי מעלה עד שהפיה המשנית נוגעת בשסתום העליון ואוטמת את תעלת הזרימה.

יצירת פטיש מים ותנועה כלפי מטה של ​​המפרק: הסגירה המיידית של תעלת הזרימה גורמת לתנודת פטיש מים, והלחץ בתא עולה בחדות, ודוחף את השסתום העליון ואת רכיבי הפגיעה להאיץ כלפי מטה יחד.

פגיעה אינרציאלית והתאוששות ממחזור הפגיעה: לאחר שהשסתום העליון נע למצב הגבול התחתון, רכיבי הפגיעה ממשיכים לנוע כלפי מטה תחת אינרציה, ולבסוף פוגעים במושב הפטיש כדי להשלים את הפגיעה הצירית. לאחר הפגיעה, תעלת הזרימה חוזרת למצב חלק, והמנגנון מתאפס תחת פעולת המשקל על המוט (WOB), ומתחיל את המחזור הבא.

איש קשר:ג'סי ג'ואו

נייד/וואטסאפ:+0086-18109206861
אֶלֶקטרוֹנִי:energy@landrilltools.com