Дослідження інструментів, що збільшують швидкість буріння

Наразі інструменти для збільшення швидкості буріння в основному поділяються на дві категорії: механічного типу та гідравлічного типу. Механічні інструменти використовують вагу на долоті (WOB) для створення ударної сили, що ефективно покращує ефективність руйнування породи в твердих формаціях, але є такі проблеми, як сильна вібрація, високе споживання енергії та легке пошкодження від втоми. Гідравлічні інструменти використовують буровий розчин для приводу ударних молотів, поєднуючи удар, обертання та струмінь для руйнування породи. Вони мають значні переваги у збільшенні швидкості проникнення (ROP), контролі відхилення свердловини та подовженні терміну служби долота, але загалом мають такі проблеми, як частота одиночних ударів та труднощі з адаптацією до потреб різних формацій.

Технологія ударного буріння в основному поділяється на три категорії залежно від способу дії: технологія крутильного удару, технологія осьового удару та технологія осьово-крутильного комбінованого удару. Суть ударного буріння для збільшення швидкості полягає у перетворенні енергії тиску газу або рідини на осьову або крутильну механічну енергію удару за допомогою ударника, який безпосередньо прикладається до заднього кінця долота, покращуючи умови різання долота та підвищуючи ефективність руйнування породи долотом.

Технологія торсійно-ударного буріння – це нова технологія, що підвищує швидкість буріння останніми роками, яка в основному використовується для вирішення проблеми вібрації "прилипання-ковзання", що створюється долотом PDC. Під час використання торсійний ударник встановлюється на задньому кінці долота. Завдяки своїй внутрішній конструкції він може перетворювати гідравлічну енергію рідини на механічну енергію крутильного удару. Долото руйнує породу під дією стаціонарного крутного моменту бурильної колони та ударного моменту, що створюється ударником.

У наступних прикладах представлено два інноваційні інструменти

1. Інструмент для збільшення швидкості свердління з регульованою частотою ударів

Гідравлічний інструмент для збільшення швидкості буріння з регульованою частотою має ударну конструкцію, що складається з підшипників, нижнього корпусу вала, поршневих пар, ударного молотка, дросельної насадки та інших компонентів.

Принцип роботи:Він використовує періодичну різницю тиску, що утворюється буровим розчином у верхній та нижній камерах ударного молота, для приведення його в зворотно-поступальний рух з високою швидкістю, створюючи осьову ударну силу, яка безпосередньо передається на долото для сприяння руйнуванню породи. Ключовим є те, що цей інструмент може регулювати частоту ударів, змінюючи кількість симетричних отворів у нижньому корпусі вала, тим самим адаптуючись до потреб буріння різних формацій.

Застосування інструменту для збільшення швидкості свердління з регульованою частотою ударів

Польові випробування в середньотвердих пластах: Виходячи з оптимальної частоти ударів (16 Гц), обраної за допомогою числового моделювання, цей інструмент було випробувано у свердловині X1 нафтового родовища Сіньцзян. У розрізі пласта з високою абразивністю та низькою швидкістю проникнення (ROP) порівняння із сусідньою свердловиною за допомогою гвинтового бурильного інструменту показує, що після використання цього інструменту метраж за один спуск збільшився на 53%, а механічна ROP збільшилася на 27,0%, що ефективно зменшило кількість рейсів та заощадило терміни будівництва.

Польові випробування у твердих формаціях: Відповідно до оптимальної частоти ударів (18 Гц), обраної за допомогою числового моделювання, цей інструмент був випробуваний у кам'яновугільних андезитових та базальтових формаціях з поганою бурильністю у свердловині X3 Сіньцзянського нафтового родовища.

Висновок: Результати показують, що після використання цього інструменту механічна швидкість проходки значно збільшується на 103,2% порівняно із сусідніми свердловинами, що фактично доводить, що він може значно покращити ефективність буріння та скоротити цикл буріння в різних формаціях.

2. Конструкція композитного інструменту для збільшення швидкості ударного свердління

Розроблено гідравлічний торсійний ударний механізм, ядро ​​якого складається з трьох частин: механізму розподілу потоку, механізму реверсу та ударного механізму.

Процес руху: Спочатку (стан a) рідина високого тиску потрапляє в ліву порожнину гідромолота через лівий проточний канал сердечника реверсивного клапана, змушуючи гідромолот і сердечник клапана обертатися разом за годинниковою стрілкою, доки гідромолот не вдариться об сідло гідромолота (стан b). Після удару рідина високого тиску потрапляє в праву порожнину, утворену гідромолотом і сердечником клапана, через правий канал керування, змушуючи сердечник клапана продовжувати обертатися за годинниковою стрілкою до положення реверсу (стан c), так що рідина високого тиску перемикається в правий канал потоку і потрапляє в праву порожнину гідромолота, змушуючи гідромолот і сердечник клапана обертатися проти годинникової стрілки (стан c). Доки гідромолот знову не вдариться об сідло гідромолота (стан d), рідина високого тиску потрапляє в ліву порожнину через лівий канал керування, змушуючи сердечник клапана обертатися проти годинникової стрілки для реверсу та повернення до початкового стану (стан a). Це циклічно формує високочастотний зворотно-поступальний крутильний удар через безперервне реверсування та удар, що викликається рідиною.

Принцип роботи:Після того, як рідина (бруд) потрапляє в розподільну муфту потоку через верхній шарнір та напрямну трубу, вона розподіляється до реверсивного механізму та ударного механізму, і ці два шляхи рідини розділяються розподільною пластиною потоку. Згодом рідина проходить через сопло всередині оправки, утворюючи зони високого та низького тиску перед нею та після неї. Серцевина реверсивного клапана обертається під дією різниці тисків, керуючи лівою та правою порожнинами гідромолота, щоб вони почергово з'єднувалися із зонами високого та низького тиску, змушуючи гідромолот здійснювати зворотно-поступальний рух, щоб ударити по сідлу гідромолота під дією різниці тисків, таким чином утворюючи високочастотний зворотно-поступальний крутильний удар.

1-Верхній перехідник; 2-Зовнішній корпус; 3-Напрямна труба; 4-Розподільна муфта потоку; 5-Розподільна пластина потоку; 6-Болт; 7-Верхнє опорне кільце; 8-Сідло гідравлічного молота; 9-Гідравлічний молот; 10-Серцевина реверсивного клапана; 11-Нижнє опорне кільце; 12-Оправка; 13-Нижній перехідник;

Принципова схема структури механізму торсійного удару

Процес руху механізму торсійного удару

Розроблено своєрідний осьовий ударний механізм. Гідравлічні осьові ударники в основному поділяються на два типи: клапанного типу та безклапанного типу. Внутрішня структура ударників клапанного типу є складною, а їхня надійність низька; безклапанний тип в основному включає струменеві та струменево-всмоктувальні типи, серед яких струменеві мають короткий термін служби. Струменево-всмоктувальний гідравлічний ударник має просту структуру, реалізує удар, спираючись на захоплення струменя та ефект коливань гідравлічного удару, має мало внутрішніх рухомих частин та не має вразливих частин, і може краще адаптуватися до складних умов свердловини.

1 – Верхнє сідло сопла; 2 – Верхнє сопло; 3 – Верхній клапан; 4 – Втулка верхнього клапана; 5 – Додаткове сопло; 6 – Осьовий зовнішній корпус; 7 – Опорна втулка; 8 – Ударний молоток; 9 – Головка молотка; 10 – Сідло молотка; 11 – Захисний ковпачок; 12 – Шестигранне з'єднання. Принцип роботи осьового ударного механізму.

Формування початкового потоку та різниці тисків: Рідина високого тиску утворює високошвидкісний струмінь через верхнє сопло. Під дією комбінованого ефекту захоплення струменя та дроселювання утворюються різниці тисків у верхній та нижній камерах верхнього клапана, а також між зовнішньою верхньою камерою ударного молота та нижнім кінцем головки молота.

Рух компонентів вгору та герметизація проточного каналу: Під дією відповідних різниць тиску верхній клапан рухається вгору, а ударні компоненти (вторинне сопло, ударний молоток та головка молотка) також рухаються вгору, доки вторинне сопло не торкнеться верхнього клапана та не герметизує проточний канал.

Генерація гідравлічного удару та рух суглоба вниз: Миттєве закриття каналу потоку запускає коливання гідравлічного удару, і тиск у камері різко зростає, що призводить до спільного прискорення верхнього клапана та компонентів удару вниз.

Інерційний удар та відновлення циклу: Після того, як верхній клапан переміститься в нижнє граничне положення, компоненти удару продовжують рухатися вниз під дією інерції та, нарешті, вдаряються об сідло молотка, завершуючи осьовий удар. Після удару канал потоку повертається до гладкого стану, а механізм скидається до початкового положення під дією ваги на долоті (WOB), починаючи наступний цикл.

Контакт:Джессі Чжоу

Мобільний/Whatsapp:+0086-18109206861
Електронна пошта:energy@landrilltools.com