Έρευνα για εργαλεία αύξησης της ταχύτητας διάτρησης

Επί του παρόντος, τα εργαλεία αύξησης της ταχύτητας γεώτρησης χωρίζονται κυρίως σε δύο κατηγορίες: μηχανικού τύπου και υδραυλικού τύπου. Τα μηχανικά εργαλεία χρησιμοποιούν το βάρος επί του τρυπητηρίου (WOB) για να παράγουν δύναμη κρούσης, η οποία βελτιώνει αποτελεσματικά την απόδοση θραύσης βράχου σε σκληρούς σχηματισμούς, αλλά υπάρχουν προβλήματα όπως ισχυροί κραδασμοί, υψηλή κατανάλωση ενέργειας και εύκολη φθορά από κόπωση. Τα υδραυλικά εργαλεία χρησιμοποιούν υγρό γεώτρησης για την κίνηση σφυριών κρούσης, συνδυάζοντας κρούση, περιστροφή και πίδακα για τη θραύση του βράχου. Έχουν σημαντικά πλεονεκτήματα στην αύξηση του ρυθμού διείσδυσης (ROP), στον έλεγχο της απόκλισης του φρέατος και στην παράταση της διάρκειας ζωής του τρυπητηρίου, αλλά γενικά έχουν προβλήματα όπως η συχνότητα μεμονωμένης κρούσης και η δυσκολία προσαρμογής στις ανάγκες διαφορετικών σχηματισμών.

Η τεχνολογία κρουστικής διάτρησης χωρίζεται κυρίως σε τρεις κατηγορίες ανάλογα με τον τρόπο δράσης: τεχνολογία στρεπτικής κρούσης, τεχνολογία αξονικής κρούσης και τεχνολογία αξονικής-στρεπτικής σύνθετης κρούσης. Η ουσία της κρουστικής διάτρησης για την αύξηση της ταχύτητας είναι η μετατροπή της ενέργειας πίεσης του αερίου ή του υγρού σε αξονική ή στρεπτική μηχανική ενέργεια κρούσης μέσω ενός κρουστικού, ο οποίος εφαρμόζεται απευθείας στο πίσω άκρο του τρυπανιού, βελτιώνοντας την κατάσταση κοπής του τρυπανιού και αυξάνοντας την απόδοση θραύσης βράχων του τρυπανιού.

Η τεχνολογία στρεπτικής κρουστικής διάτρησης είναι μια αναδυόμενη τεχνολογία που αυξάνει την ταχύτητα διάτρησης τα τελευταία χρόνια, η οποία χρησιμοποιείται κυρίως για την επίλυση των κραδασμών "stic-slip" που παράγονται από τα τρυπάνια PDC. Κατά τη χρήση, ο στρεπτικός κρουστικός μηχανισμός εγκαθίσταται στο πίσω άκρο του τρυπανιού. Μέσω του εσωτερικού σχεδιασμού του, μπορεί να μετατρέψει την υδραυλική ενέργεια του ρευστού σε μηχανική ενέργεια στρεπτικής κρούσης. Το τρυπάνι σπάει βράχο υπό τη συνδυασμένη δράση της ροπής σταθερής κατάστασης της χορδής τρυπανιού και της ροπής κρούσης που παράγεται από τον κρουστικό μηχανισμό.

Τα ακόλουθα παραδείγματα παρουσιάζουν δύο καινοτόμα εργαλεία

1. Εργαλείο αύξησης ταχύτητας διάτρησης με ρυθμιζόμενη συχνότητα κρούσης

Το εργαλείο αύξησης ταχύτητας υδραυλικής διάτρησης με ρυθμιζόμενη συχνότητα έχει μια δομή κρούσης πυρήνα που αποτελείται από ρουλεμάν, κάτω σώμα άξονα, ζεύγη εμβόλων, σφυρί κρούσης, ακροφύσιο γκαζιού και άλλα εξαρτήματα.

Αρχή λειτουργίας:Χρησιμοποιεί την περιοδική διαφορά πίεσης που σχηματίζεται από το υγρό γεώτρησης στους άνω και κάτω θαλάμους του κρουστικού σφυριού για να κινήσει το κρουστικό σφυρί σε παλινδρόμηση με υψηλή ταχύτητα, δημιουργώντας αξονική δύναμη κρούσης που μεταδίδεται απευθείας στο τρυπάνι για να βοηθήσει στη θραύση του βράχου. Το κλειδί είναι ότι αυτό το εργαλείο μπορεί να ρυθμίσει τη συχνότητα κρούσης αλλάζοντας τον αριθμό των συμμετρικών οπών στο κάτω σώμα του άξονα, προσαρμοζόμενο έτσι στις ανάγκες γεώτρησης διαφορετικών σχηματισμών.

Εφαρμογή εργαλείου αύξησης ταχύτητας διάτρησης με ρυθμιζόμενη συχνότητα κρούσης

Δοκιμή πεδίου σε σχηματισμό μεσαίας-σκληρότητας: Με βάση τη βέλτιστη συχνότητα κρούσης (16 Hz) που επιλέχθηκε με αριθμητική προσομοίωση, αυτό το εργαλείο δοκιμάστηκε στο πηγάδι X1 του κοιτάσματος πετρελαίου Xinjiang. Στο τμήμα σχηματισμού με ισχυρή λειαντικότητα και χαμηλό ρυθμό διείσδυσης (ROP), η σύγκριση με το γειτονικό πηγάδι χρησιμοποιώντας ένα εργαλείο κοχλιωτού τρυπανιού δείχνει ότι μετά τη χρήση αυτού του εργαλείου, το μήκος μιας διαδρομής αυξήθηκε κατά 53%, το μηχανικό ROP αυξήθηκε κατά 27,0%, μειώνοντας αποτελεσματικά τον αριθμό των διαδρομών και εξοικονομώντας χρόνο κατασκευής.

Δοκιμή πεδίου σε σκληρό σχηματισμό: Σύμφωνα με τη βέλτιστη συχνότητα κρούσης (18 Hz) που επιλέχθηκε με αριθμητική προσομοίωση, αυτό το εργαλείο δοκιμάστηκε στους σχηματισμούς λιθανθρακοφόρου ανδεσίτη και βασάλτη με κακή ικανότητα διάτρησης στο πηγάδι X3 του κοιτάσματος πετρελαίου Xinjiang.

Συμπέρασμα: Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι μετά τη χρήση αυτού του εργαλείου, η μηχανική απόδοση γεώτρησης (ROP) αυξάνεται σημαντικά κατά 103,2% σε σύγκριση με γειτονικά πηγάδια, γεγονός που αποδεικνύει αποτελεσματικά ότι μπορεί να βελτιώσει σημαντικά την απόδοση της γεώτρησης και να συντομεύσει τον κύκλο γεώτρησης σε διαφορετικούς σχηματισμούς.

2. Σχεδιασμός εργαλείου αύξησης ταχύτητας κρουστικής διάτρησης από σύνθετα υλικά

Σχεδιάζεται ένας υδραυλικός μηχανισμός στρεπτικής κρούσης, του οποίου ο πυρήνας αποτελείται από τρία μέρη: έναν μηχανισμό κατανομής ροής, έναν μηχανισμό αντιστροφής και έναν μηχανισμό κρούσης.

Διαδικασία Κίνησης: Αρχικά (κατάσταση α), υγρό υψηλής πίεσης εισέρχεται στην αριστερή κοιλότητα της υδραυλικής σφύρας μέσω του αριστερού καναλιού ροής του πυρήνα της βαλβίδας αντιστροφής, ωθώντας την υδραυλική σφύρα και τον πυρήνα της βαλβίδας να περιστραφούν δεξιόστροφα μαζί μέχρι η υδραυλική σφύρα να χτυπήσει την έδρα της υδραυλικής σφύρας (κατάσταση β). Μετά την κρούση, το υγρό υψηλής πίεσης εισέρχεται στη συνέχεια στη δεξιά κοιλότητα που σχηματίζεται από την υδραυλική σφύρα και τον πυρήνα της βαλβίδας μέσω του δεξιού καναλιού ροής ελέγχου, ωθώντας τον πυρήνα της βαλβίδας να συνεχίσει να περιστρέφεται δεξιόστροφα στη θέση αντιστροφής (κατάσταση γ), έτσι ώστε το υγρό υψηλής πίεσης να μεταβεί στο δεξί κανάλι ροής και να εισέλθει στη δεξιά κοιλότητα της υδραυλικής σφύρας, ωθώντας την υδραυλική σφύρα και τον πυρήνα της βαλβίδας να περιστραφούν αριστερόστροφα (κατάσταση γ). Μέχρι η υδραυλική σφύρα να χτυπήσει ξανά την έδρα της υδραυλικής σφύρας (κατάσταση δ), το υγρό υψηλής πίεσης εισέρχεται στην αριστερή κοιλότητα μέσω του αριστερού καναλιού ροής ελέγχου, ωθώντας τον πυρήνα της βαλβίδας να περιστραφεί αριστερόστροφα για αντιστροφή και επιστρέφοντας στην αρχική κατάσταση (κατάσταση α). Αυτό κυκλώνει, σχηματίζοντας παλινδρομική στρεπτική κρούση υψηλής συχνότητας μέσω συνεχούς αντιστροφής και κρούσης που προκαλείται από το υγρό.

Αρχή λειτουργίας:Αφού το ρευστό (λάσπη) ρέει στο χιτώνιο κατανομής ροής μέσω της άνω άρθρωσης και του σωλήνα οδηγού, κατανέμεται στον μηχανισμό αντιστροφής και στον μηχανισμό κρούσης, και οι δύο διαδρομές του ρευστού διαχωρίζονται από την πλάκα κατανομής ροής. Στη συνέχεια, το ρευστό διέρχεται από το ακροφύσιο μέσα στον άξονα, σχηματίζοντας ζώνες υψηλής και χαμηλής πίεσης πριν και μετά από αυτό. Ο πυρήνας της βαλβίδας αντιστροφής περιστρέφεται υπό την κίνηση της διαφοράς πίεσης, ελέγχοντας την αριστερή και τη δεξιά κοιλότητα του υδραυλικού σφυριού για να συνδεθούν εναλλάξ με τις ζώνες υψηλής και χαμηλής πίεσης, καθιστώντας το υδραυλικό σφυρί να παλινδρομεί για να κρούσει την έδρα του υδραυλικού σφυριού υπό την επίδραση της διαφοράς πίεσης, σχηματίζοντας έτσι παλινδρομική στρεπτική κρούση υψηλής συχνότητας.

1-Άνω Υποσύστημα. 2-Εξωτερικό περίβλημα. 3-Οδηγός σωλήνα. 4-Χείλος διανομής ροής. 5-Πλάκα διανομής ροής. 6-Μπουλόνι. 7-Άνω δακτύλιος στήριξης. 8-Έδρα υδραυλικού σφυριού. 9-Υδραυλικό σφυρί. 10-Πυρήνας βαλβίδας αναστροφής. 11-Κάτω δακτύλιος στήριξης. 12-Άξονας. 13-Κάτω υποσύστημα.

Σχηματικό διάγραμμα δομής μηχανισμού στρεπτικής πρόσκρουσης

Διαδικασία κίνησης μηχανισμού στρεπτικής πρόσκρουσης

Έχει σχεδιαστεί ένα είδος αξονικού μηχανισμού κρούσης. Τα υδραυλικά αξονικά κρουστικά διαιρούνται κυρίως σε δύο τύπους: τύπου βαλβίδας και τύπου χωρίς βαλβίδα. Η εσωτερική δομή των κρουστικών τύπου βαλβίδας είναι πολύπλοκη και η αξιοπιστία τους χαμηλή. Ο τύπος χωρίς βαλβίδα περιλαμβάνει κυρίως τον τύπο jet και τον τύπο jet-suspension, μεταξύ των οποίων ο τύπος jet έχει μικρή διάρκεια ζωής. Ο υδραυλικός κρουστικός μηχανισμός jet-suspension έχει απλή δομή, πραγματοποιεί κρούση βασιζόμενος στην παρασυρόμενη ροή jet και στην ταλάντωση υδραυλικού πλήγματος, έχει λίγα εσωτερικά κινούμενα μέρη και καθόλου ευάλωτα μέρη και μπορεί να προσαρμοστεί καλύτερα σε σύνθετες συνθήκες γεώτρησης.

1-Άνω έδρα ακροφυσίου. 2-Άνω ακροφύσιο. 3-Άνω βαλβίδα. 4-Άνω χιτώνιο βαλβίδας. 5-Δευτερεύον ακροφύσιο. 6-Αξονικό εξωτερικό περίβλημα. 7-Χιτώνιο στήριξης. 8-Κρουστικό σφυρί. 9-Κεφαλή σφυριού. 10-Έδρα σφυριού. 11-Προστατευτικό καπάκι. 12-Αρχή λειτουργίας εξαγωνικής άρθρωσης του αξονικού μηχανισμού κρούσης.

Σχηματισμός αρχικής ροής και διαφοράς πίεσης: Το υγρό υψηλής πίεσης σχηματίζει ένα πίδακα υψηλής ταχύτητας μέσω του άνω ακροφυσίου. Υπό τη συνδυασμένη δράση της συμπίεσης του πίδακα και του φαινομένου στραγγαλισμού, σχηματίζονται διαφορές πίεσης στους άνω και κάτω θαλάμους της άνω βαλβίδας, καθώς και μεταξύ του εξωτερικού άνω θαλάμου του σφυριού κρούσης και του κάτω άκρου της κεφαλής του σφυριού.

Κίνηση εξαρτημάτων προς τα πάνω και στεγανοποίηση καναλιού ροής: Λόγω των αντίστοιχων διαφορών πίεσης, η άνω βαλβίδα κινείται προς τα πάνω και τα εξαρτήματα κρούσης (δευτερεύον ακροφύσιο, κρουστικό σφυρί και κεφαλή σφυριού) κινούνται επίσης προς τα πάνω μέχρι το δευτερεύον ακροφύσιο να έρθει σε επαφή με την άνω βαλβίδα και να στεγανοποιήσει το κανάλι ροής.

Παραγωγή Υδροκρουστικού και Κίνηση της Άρθρωσης προς τα Κάτω: Το ακαριαίο κλείσιμο του καναλιού ροής προκαλεί ταλάντωση υδραυλικού κρουστικού και η πίεση στον θάλαμο αυξάνεται απότομα, ωθώντας την άνω βαλβίδα και τα εξαρτήματα κρούσης να επιταχύνουν προς τα κάτω μαζί.

Αδρανειακή Κρούση και Ανάκαμψη Κύκλου: Αφού η άνω βαλβίδα μετακινηθεί στην κάτω οριακή θέση, τα εξαρτήματα κρούσης συνεχίζουν να κινούνται προς τα κάτω υπό αδράνεια και τελικά χτυπούν την έδρα της σφύρας για να ολοκληρώσουν την αξονική κρούση. Μετά την κρούση, το κανάλι ροής επιστρέφει στην ομαλή κατάσταση και ο μηχανισμός επαναφέρεται υπό την επίδραση του Βάρους στο Μύτη (WOB), ξεκινώντας τον επόμενο κύκλο.

Επικοινωνία:Τζέσι Ζου

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