Cercetare privind sculele care cresc viteza de găurire

În prezent, uneltele care cresc viteza de foraj sunt împărțite în principal în două categorii: de tip mecanic și de tip hidraulic. Uneltele mecanice utilizează greutatea pe sapă (WOB) pentru a genera forța de impact, ceea ce îmbunătățește eficient eficiența de spargere a rocilor în formațiuni dure, dar există probleme precum vibrații puternice, consum ridicat de energie și deteriorare ușoară prin oboseală. Uneltele hidraulice utilizează fluid de foraj pentru a acționa ciocanele de impact, combinând impactul, rotația și jetul pentru a sparge roca. Acestea au avantaje semnificative în creșterea ratei de penetrare (ROP), controlul deviației sondei și prelungirea duratei de viață a sapei, dar, în general, prezintă probleme precum frecvența unui singur impact și dificultatea de adaptare la nevoile diferitelor formațiuni.

Tehnologia de foraj cu impact este împărțită în principal în trei categorii în funcție de modul de acțiune: tehnologia de impact torsional, tehnologia de impact axial și tehnologia de impact compozit axial-torsional. Esența forajului cu impact pentru creșterea vitezei este de a converti energia de presiune a gazului sau lichidului în energie mecanică de impact axial sau torsional prin intermediul unui impactor, care este aplicat direct pe capătul posterior al sapei, îmbunătățind starea de tăiere a sapei și crescând eficiența de spargere a rocilor.

Tehnologia de foraj cu impact torsional este o tehnologie emergentă de creștere a vitezei de foraj în ultimii ani, utilizată în principal pentru a rezolva vibrațiile de tip „stick-slip” generate de burghiele PDC. În timpul utilizării, impactul torsional este instalat la capătul posterior al burghiului. Datorită designului structurii sale interne, acesta poate converti energia hidraulică a fluidului în energie mecanică de impact torsional. Burghiul sparge roca sub acțiunea combinată a cuplului în regim staționar al garniturii de foraj și a cuplului de impact generat de impact.

Următoarele exemple prezintă două instrumente inovatoare

1. Sculă de creștere a vitezei de găurire cu frecvență de impact reglabilă

Instrumentul de creștere a vitezei de găurire hidraulică cu frecvență reglabilă are o structură de impact centrală compusă din rulmenți, corpul inferior al arborelui, perechi de pistoane, ciocan de impact, duză de accelerație și alte componente.

Principiul de funcționare:Acesta utilizează diferența de presiune periodică formată de fluidul de foraj în camerele superioară și inferioară ale ciocanului de impact pentru a acționa ciocanul de impact în mișcare alternativă la viteză mare, generând o forță de impact axială care este transmisă direct către sapă pentru a ajuta la spargerea rocilor. Cheia este că această unealtă poate ajusta frecvența de impact prin modificarea numărului de găuri simetrice din corpul inferior al axului, adaptându-se astfel nevoilor de foraj ale diferitelor formațiuni.

Aplicarea sculei de creștere a vitezei de găurire cu frecvență de impact reglabilă

Test pe teren în formațiuni medii-dure: Pe baza frecvenței optime de impact (16 Hz) selectate prin simulare numerică, această unealtă a fost testată în Sonda X1 a câmpului petrolier Xinjiang. În secțiunea de formațiune cu abrazivitate puternică și rată de penetrare (ROP) scăzută, comparația cu sonda adiacentă folosind o unealtă de foraj cu șurub arată că, după utilizarea acestei unelte, lungimea unei singure curse a crescut cu 53%, iar ROP mecanic a crescut cu 27,0%, reducând efectiv numărul de curse și economisind perioada de construcție.

Test pe teren în formațiuni dure: Conform frecvenței optime de impact (18 Hz) selectate prin simulare numerică, această unealtă a fost testată în formațiuni carbonifere de andezit și bazalt cu forabilitate slabă în Sonda X3 a câmpului petrolier Xinjiang.

Concluzie: Rezultatele arată că, după utilizarea acestui instrument, ROP-ul mecanic a crescut semnificativ cu 103,2% în comparație cu sondele adiacente, ceea ce dovedește în mod eficient că poate îmbunătăți semnificativ eficiența forajului și poate scurta ciclul de foraj în diferite formațiuni.

2. Proiectarea sculei compozite de găurire cu impact care crește viteza

Este proiectat un mecanism hidraulic de impact torsional, al cărui nucleu este format din trei părți: un mecanism de distribuție a fluxului, un mecanism de inversare și un mecanism de impact.

Procesul de mișcare: Inițial (starea a), fluidul de înaltă presiune intră în cavitatea stângă a ciocanului hidraulic prin canalul de curgere stâng al miezului supapei de inversare, împingând ciocanul hidraulic și miezul supapei să se rotească împreună în sensul acelor de ceasornic până când ciocanul hidraulic lovește scaunul ciocanului hidraulic (starea b). După impact, fluidul de înaltă presiune intră apoi în cavitatea dreaptă formată de ciocanul hidraulic și miezul supapei prin canalul de control al fluxului drept, împingând miezul supapei să continue să se rotească în sensul acelor de ceasornic până la poziția de inversare (starea c), astfel încât fluidul de înaltă presiune comută în canalul de curgere drept și intră în cavitatea dreaptă a ciocanului hidraulic, acționând ciocanul hidraulic și miezul supapei să se rotească în sens invers acelor de ceasornic (starea c). Până când ciocanul hidraulic lovește din nou scaunul ciocanului hidraulic (starea d), fluidul de înaltă presiune intră în cavitatea stângă prin canalul de control al fluxului stâng, împingând miezul supapei să se rotească în sens invers acelor de ceasornic pentru inversare și revenirea la starea inițială (starea a). Acest lucru se produce ciclic, formând un impact torsional alternativ de înaltă frecvență prin inversare continuă și impact acționat de fluid.

Principiul de funcționare:După ce fluidul (noroiul) curge în manșonul de distribuție a fluxului prin îmbinarea superioară și conducta de ghidare, acesta este distribuit către mecanismul de inversare și mecanismul de impact, iar cele două căi de fluid sunt separate de placa de distribuție a fluxului. Ulterior, fluidul trece prin duza din interiorul dornului, formând zone de înaltă și joasă presiune înainte și după acesta. Miezul supapei de inversare se rotește sub acționarea diferenței de presiune, controlând cavitățile stânga și dreapta ale ciocanului hidraulic pentru a se conecta alternativ la zonele de înaltă și joasă presiune, făcând ciocanul hidraulic să se miște alternativ pentru a lovi scaunul ciocanului hidraulic sub acțiunea diferenței de presiune, formând astfel un impact torsional alternativ de înaltă frecvență.

1-Sub compresor superior; 2-Carcasă exterioară; 3-Țeavă de ghidare; 4-Manșon de distribuție a debitului; 5-Placă de distribuție a debitului; 6-Șurub; 7-Inel de susținere superior; 8-Scaun ciocan hidraulic; 9-Ciocan hidraulic; 10-Miezul supapei de inversare; 11-Inel de susținere inferior; 12-Dorn; 13-Sub compresor inferior;

Schema structurii mecanismului de impact torsional

Procesul de mișcare al mecanismului de impact torsional

Este proiectat un tip de mecanism de impact axial. Impactorurile axiale hidraulice sunt împărțite în principal în două tipuri: de tip supapă și de tip fără supapă. Structura internă a impactoarelor de tip supapă este complexă, iar fiabilitatea lor este slabă; tipul fără supapă include în principal tipul cu jet și tipul cu jet de aspirație, dintre care tipul cu jet are o durată de viață scurtă. Impactorul hidraulic cu jet de aspirație are o structură simplă, realizează impactul bazându-se pe antrenarea jetului și efectul de oscilație al ciocanului de apă, are puține piese mobile interne și nu are piese vulnerabile și se poate adapta mai bine la condiții complexe din gaura de foraj.

1-Scaunul duzei superioare; 2-Duză superioară; 3-Supapă superioară; 4-Manșonul supapei superioare; 5-Duză secundară; 6-Carcasă exterioară axială; 7-Manșon de susținere; 8-Ciocan de impact; 9-Cap ciocan; 10-Scaunul ciocanului; 11-Capac de protecție; 12-Articulație hexagonală. Principiul de funcționare al mecanismului de impact axial.

Formarea fluxului inițial și a diferenței de presiune: Fluidul de înaltă presiune formează un jet de mare viteză prin duza superioară. Sub acțiunea combinată a antrenării jetului și a efectului de strangulare, se formează diferențe de presiune în camerele superioară și inferioară ale supapei superioare, precum și între camera superioară exterioară a ciocanului de impact și capătul inferior al capului ciocanului.

Mișcarea ascendentă a componentelor și etanșarea canalului de curgere: Acționată de diferențele de presiune respective, supapa superioară se mișcă în sus, iar componentele de impact (duza secundară, ciocanul de impact și capul ciocanului) se mișcă, de asemenea, în sus până când duza secundară intră în contact cu supapa superioară și etanșează canalul de curgere.

Generarea loviturii de berbec și mișcarea descendentă a articulației: Închiderea instantanee a canalului de curgere declanșează oscilația loviturii de berbec, iar presiunea din cameră crește brusc, împingând supapa superioară și componentele de impact să accelereze împreună în jos.

Impact inerțial și recuperarea ciclului: După ce supapa superioară se deplasează în poziția limită inferioară, componentele de impact continuă să se miște în jos sub inerție și, în final, lovesc scaunul ciocanului pentru a finaliza impactul axial. După impact, canalul de curgere revine la un nivel neted, iar mecanismul se resetează sub acțiunea greutății pe burghiu (WOB), începând următorul ciclu.

Contact:Jessie Zhou

Mobil/Whatsapp:+0086-18109206861
E-mail:energy@landrilltools.com