Исследования инструментов, повышающих скорость бурения.

В настоящее время инструменты для увеличения скорости бурения в основном делятся на две категории: механические и гидравлические. Механические инструменты используют силу удара, создаваемую весом бурового долота (WOB), что эффективно повышает эффективность разрушения породы в твердых пластах, но имеют такие проблемы, как сильная вибрация, высокое энергопотребление и легкое усталостное разрушение. Гидравлические инструменты используют буровой раствор для привода ударных молотков, сочетая удар, вращение и струю для разрушения породы. Они обладают значительными преимуществами в увеличении скорости проходки (ROP), контроле отклонения скважины и продлении срока службы долота, но, как правило, имеют такие проблемы, как частота одиночных ударов и сложность адаптации к потребностям различных пластов.

Технология ударного бурения в основном делится на три категории в зависимости от способа воздействия: технология крутильного удара, технология осевого удара и технология осевого-крутильного комбинированного удара. Суть ударного бурения для увеличения скорости заключается в преобразовании энергии давления газа или жидкости в механическую энергию осевого или крутильного удара с помощью ударника, который непосредственно воздействует на заднюю часть долота, улучшая режущие свойства долота и повышая его эффективность разрушения породы.

Технология торсионного ударного бурения — это новая технология повышения скорости бурения, появившаяся в последние годы и в основном используемая для решения проблемы «залипания-проскальзывания», возникающей при работе буровых долот. При использовании торсионный ударник устанавливается на заднем конце долота. Благодаря своей внутренней конструкции он преобразует гидравлическую энергию жидкости в механическую энергию торсионного удара. Долото разрушает породу под действием установившегося крутящего момента бурильной колонны и ударного момента, создаваемого ударником.

Следующие примеры демонстрируют два инновационных инструмента.

1. Инструмент для увеличения скорости сверления с регулируемой частотой удара.

Гидравлический буровой инструмент с регулируемой частотой вращения имеет основную ударную конструкцию, состоящую из подшипников, нижнего вала, поршневых пар, ударного молотка, дроссельного сопла и других компонентов.

Принцип работы:В основе этой системы лежит периодическая разница давлений, создаваемая буровым раствором в верхней и нижней камерах ударного молотка, которая приводит его в движение с высокой скоростью, генерируя осевую ударную силу, непосредственно передаваемую на долото для облегчения разрушения породы. Ключевым моментом является возможность регулировки частоты ударов путем изменения количества симметричных отверстий в нижней части корпуса, что позволяет адаптировать инструмент к потребностям бурения различных пород.

Применение инструмента для повышения скорости сверления с регулируемой частотой удара

Полевые испытания в среднетвердых пластах: На основе оптимальной частоты удара (16 Гц), выбранной с помощью численного моделирования, данный инструмент был протестирован в скважине X1 Синьцзянского нефтяного месторождения. В пласте с высокой абразивностью и низкой скоростью проходки (ROP) сравнение с соседней скважиной, где использовался винтовой буровой инструмент, показало, что после применения данного инструмента длина одного прохода увеличилась на 53%, а механическая скорость проходки — на 27,0%, что эффективно сократило количество проходов и сэкономило сроки строительства.

Полевые испытания в твердых породах: На основе оптимальной частоты удара (18 Гц), выбранной с помощью численного моделирования, данный инструмент был протестирован в каменноугольных андезитовых и базальтовых формациях с низкой буримостью в скважине X3 Синьцзянского нефтяного месторождения.

Вывод: Результаты показывают, что после использования данного инструмента механическая скорость проходки значительно увеличивается на 103,2% по сравнению с соседними скважинами, что эффективно доказывает возможность существенного повышения эффективности бурения и сокращения цикла бурения в различных формациях.

2. Конструкция композитного инструмента для повышения скорости ударного сверления.

Разработан гидравлический механизм крутильного удара, ядро ​​которого состоит из трех частей: механизма распределения потока, механизма реверсирования и механизма удара.

Процесс движения: В исходном состоянии (состояние a) жидкость под высоким давлением поступает в левую полость гидравлического молота через левый канал потока реверсивного клапана, заставляя гидравлический молот и клапан вращаться по часовой стрелке до тех пор, пока гидравлический молот не ударится о седло молота (состояние b). После удара жидкость под высоким давлением поступает в правую полость, образованную гидравлическим молотом и клапаном, через правый канал управления потоком, заставляя клапан продолжать вращаться по часовой стрелке до реверсивного положения (состояние c), так что жидкость под высоким давлением переключается в правый канал потока и поступает в правую полость гидравлического молота, заставляя гидравлический молот и клапан вращаться против часовой стрелки (состояние c). До тех пор, пока гидравлический молот снова не ударится о седло молота (состояние d), жидкость под высоким давлением поступает в левую полость через левый канал управления потоком, заставляя клапан вращаться против часовой стрелки для реверсирования и возвращения в исходное состояние (состояние a). Этот цикл повторяется, образуя высокочастотное возвратно-поступательное крутильное воздействие за счет непрерывного реверсирования и удара, вызванного жидкостью.

Принцип работы:После того, как жидкость (буровой раствор) поступает в распределительную втулку через верхнее соединение и направляющую трубу, она распределяется по реверсивному механизму и ударному механизму, а два пути жидкости разделяются распределительной пластиной. Затем жидкость проходит через сопло внутри оправки, образуя зоны высокого и низкого давления до и после него. Сердечник реверсивного клапана вращается под действием перепада давления, управляя левой и правой полостями гидравлического молота, попеременно соединяя их с зонами высокого и низкого давления, заставляя гидравлический молот совершать возвратно-поступательное движение и ударять по седлу гидравлического молота под действием перепада давления, создавая таким образом высокочастотный возвратно-поступательный крутильный удар.

1-Верхний подкорпус; 2-Наружный корпус; 3-Направляющая труба; 4-Распределительная втулка потока; 5-Распределительная пластина потока; 6-Болт; 7-Верхнее опорное кольцо; 8-Седло гидравлического молотка; 9-Гидравлический молоток; 10-Сердечник реверсивного клапана; 11-Нижнее опорное кольцо; 12-Оправка; 13-Нижний подкорпус;

Схема конструкции механизма крутильного удара

Процесс движения механизма крутильного удара

Разработан механизм осевого удара. Гидравлические осевые ударники в основном делятся на два типа: клапанного и бесклапанного типов. Внутренняя структура клапанных ударников сложна, и их надежность низка; бесклапанные типы в основном включают струйные и струйно-всасывающие типы, среди которых струйные имеют короткий срок службы. Струйно-всасывающий гидравлический ударник имеет простую конструкцию, осуществляет удар за счет захвата струей и эффекта колебаний гидравлического удара, имеет мало внутренних подвижных частей и не имеет уязвимых мест, и может лучше адаптироваться к сложным условиям скважины.

1- Верхнее седло сопла; 2- Верхнее сопло; 3- Верхний клапан; 4- Верхняя втулка клапана; 5- Вторичное сопло; 6- Осевой наружный корпус; 7- Опорная втулка; 8- Ударный молоток; 9- Головка молотка; 10- Седло молотка; 11- Защитный колпачок; 12- Шестигранное соединение. Принцип работы осевого ударного механизма.

Формирование начального потока и перепада давления: Жидкость под высоким давлением образует высокоскоростную струю через верхнее сопло. Под совместным действием захвата струей и эффекта дросселирования в верхней и нижней камерах верхнего клапана, а также между внешней верхней камерой ударного молотка и нижним концом головки молотка образуются перепады давления.

Подъем компонентов и герметизация канала потока: Под действием разницы давлений верхний клапан поднимается вверх, и ударные компоненты (вторичное сопло, ударный молоток и головка молотка) также поднимаются вверх до тех пор, пока вторичное сопло не коснется верхнего клапана и не герметизирует канал потока.

Генерация гидравлического удара и синхронное движение вниз: мгновенное закрытие канала потока вызывает колебания гидравлического удара, и давление в камере резко возрастает, толкая верхний клапан и ударные компоненты к одновременному ускорению вниз.

Инерционный удар и восстановление цикла: После того, как верхний клапан переместится в нижнее предельное положение, ударные элементы продолжают двигаться вниз под действием инерции и, наконец, ударяют по седлу молотка, завершая осевой удар. После удара канал потока возвращается в гладкое состояние, и механизм сбрасывается под действием нагрузки на долото (WOB), начиная следующий цикл.

Контакт :Джесси Чжоу

Мобильный телефон/WhatsApp:+0086-18109206861
Электронная почта:energy@landrilltools.com