Forskning om verktyg som ökar borrhastigheten

För närvarande delas borrhastighetsökande verktyg huvudsakligen in i två kategorier: mekanisk typ och hydraulisk typ. Mekaniska verktyg använder Weight on Boar (WOB) för att generera slagkraft, vilket effektivt förbättrar bergbrytningseffektiviteten i hårda formationer, men det finns problem som starka vibrationer, hög energiförbrukning och lätt utmattningsskador. Hydrauliska verktyg använder borrvätska för att driva slaghammare, och kombinerar slag, rotation och stråle för att bryta berg. De har betydande fördelar med att öka penetrationshastigheten (ROP), kontrollera brunnsavvikelse och förlänga borrkronans livslängd, men har generellt problem som frekvens av enstaka slag och svårigheter att anpassa sig till behoven hos olika formationer.

Slagborrningstekniken är huvudsakligen indelad i tre kategorier beroende på verkningssätt: torsionsslagteknik, axiell slagteknik och axial-torsionsslagteknik med kompositmaterial. Kärnan i slagborrning för att öka hastigheten är att omvandla tryckenergin från gas eller vätska till axiell eller torsionsslagmekanisk energi genom en slaganordning, som appliceras direkt på borrkronans bakre ände, vilket förbättrar borrkronans skärförhållanden och ökar borrkronans bergbrytningseffektivitet.

Torsionsslagborrningsteknik är en framväxande teknik för att öka borrhastigheten under senare år, främst använt för att lösa den "stick-slip"-vibration som genereras av PDC-borrkronor. När den används installeras torsionsslagdonet i den bakre änden av borrkronan. Genom sin interna strukturdesign kan den omvandla vätskans hydrauliska energi till torsionsslagmekanisk energi. Borrkronan bryter berg under den kombinerade verkan av borrsträngens stationära vridmoment och det slagmoment som genereras av slagdonet.

Följande exempel introducerar två innovativa verktyg

1. Borrhastighetsökande verktyg med justerbar slagfrekvens

Det frekvensjusterbara hydrauliska borrhastighetsökningsverktyget har en kärnstruktur som består av lager, nedre axelkropp, kolvpar, slaghammare, strypmunstycke och andra komponenter.

Arbetsprincip:Den utnyttjar den periodiska tryckskillnaden som bildas av borrvätskan i slaghammarens övre och nedre kammare för att driva slaghammaren att röra sig fram och tillbaka med hög hastighet, vilket genererar en axiell slagkraft som överförs direkt till borrkronan för att underlätta bergbrytningen. Det viktiga är att detta verktyg kan justera slagfrekvensen genom att ändra antalet symmetriska hål i den nedre axelkroppen, och därigenom anpassa sig till borrbehoven i olika formationer.

Användning av borrhastighetsökande verktyg med justerbar slagfrekvens

Fälttest i medelhård formation: Baserat på den optimala stötfrekvensen (16 Hz) vald genom numerisk simulering, testades detta verktyg i brunn X1 på Xinjiang-oljefältet. I formationssektionen med stark slipkraft och låg penetrationshastighet (ROP) visar jämförelse med den intilliggande brunnen med ett skruvborrverktyg att efter användning av detta verktyg ökade den enstaka sträcklängden med 53 % och den mekaniska ROP ökade med 27,0 %, vilket effektivt minskade antalet turer och sparade byggtiden.

Fälttest i hård formation: Enligt den optimala stötfrekvensen (18 Hz) vald genom numerisk simulering testades detta verktyg i karbonformationerna andesit och basalt med dålig borrbarhet i brunn X3 på Xinjiang-oljefältet.

Slutsats: Resultaten visar att efter användning av detta verktyg ökar den mekaniska ROP:n avsevärt med 103,2 % jämfört med intilliggande brunnar, vilket effektivt bevisar att det kan förbättra borreffektiviteten avsevärt och förkorta borrcykeln i olika formationer.

2. Design av hastighetsökningsverktyg för kompositslagborrning

En hydraulisk torsionsslagmekanism är konstruerad, vars kärna består av tre delar: en flödesfördelningsmekanism, en reverseringsmekanism och en slagmekanism.

Rörelseprocess: Initialt (tillstånd a) kommer högtrycksvätska in i den hydrauliska hammarens vänstra hålighet genom den vänstra flödeskanalen i reverseringsventilens kärna, vilket trycker den hydrauliska hammaren och ventilkärnan att rotera medurs tillsammans tills den hydrauliska hammaren träffar den hydrauliska hammarens säte (tillstånd b). Efter stöten kommer högtrycksvätskan sedan in i den högra håligheten som bildas av den hydrauliska hammaren och ventilkärnan genom den högra styrflödeskanalen, vilket trycker ventilkärnan att fortsätta rotera medurs till reverseringsläget (tillstånd c), så att högtrycksvätskan växlar till den högra flödeskanalen och kommer in i den hydrauliska hammarens högra hålighet, vilket driver den hydrauliska hammaren och ventilkärnan att rotera moturs (tillstånd c). Tills den hydrauliska hammaren träffar den hydrauliska hammarens säte igen (tillstånd d) kommer högtrycksvätskan in i den vänstra håligheten genom den vänstra styrflödeskanalen, vilket trycker ventilkärnan att rotera moturs för reversering och återgång till det ursprungliga tillståndet (tillstånd a). Detta cyklar, vilket bildar högfrekvent fram- och återgående torsionsstöt genom kontinuerlig reversering och stöt som drivs av vätskan.

Arbetsprincip:Efter att vätska (slam) har flödat in i flödesfördelningshylsan genom den övre leden och styrröret, fördelas den till reverseringsmekanismen och slagmekanismen, och de två vätskebanorna separeras av flödesfördelningsplattan. Därefter passerar vätskan genom munstycket inuti dornen och bildar hög- och lågtryckszoner före och efter den. Reverseringsventilens kärna roterar under påverkan av tryckskillnaden och styr den hydrauliska hammarens vänstra och högra hålrum för att växelvis ansluta till hög- och lågtryckszonerna, vilket gör att den hydrauliska hammaren rör sig fram och tillbaka för att träffa den hydrauliska hammarens säte under påverkan av tryckskillnaden och därigenom bildar en högfrekvent fram- och återgående vridningsstöt.

1-Övre underdel; 2-Ytterhölje; 3-Styrrör; 4-Flödesfördelningshylsa; 5-Flödesfördelningsplatta; 6-Bult; 7-Övre stödring; 8-Hydraulhammarens säte; 9-Hydraulhammare; 10-Reverseringsventilkärna; 11-Nedre stödring; 12-Dorn; 13-Nedre underdel;

Schematisk bild av torsionsstötmekanismens struktur

Rörelseprocessen för torsionsstötmekanismen

En typ av axiell slagmekanism är konstruerad. Hydrauliska axiella slagdon är huvudsakligen indelade i två typer: ventiltyp och ventillös typ. Den interna strukturen hos ventiltypslagdon är komplex och deras tillförlitlighet är dålig; den ventillösa typen omfattar huvudsakligen jettyp och jetsugtyp, bland vilka jettypen har en kort livslängd. Den hydrauliska jetsugslagdonet har en enkel struktur, uppnår stötar baserat på jetmedryckning och vattenhammarens oscillationseffekt, har få interna rörliga delar och inga sårbara delar, och kan bättre anpassa sig till komplexa borrhålsförhållanden.

1-Övre munstyckessäte; 2-Övre munstycke; 3-Övre ventil; 4-Övre ventilhylsa; 5-Sekundärt munstycke; 6-Axiellt yttre hölje; 7-Stödhylsa; 8-Slaghammare; 9-Hammarhuvud; 10-Hammarsäte; 11-Skyddskåpa; 12-Sexkantig led. Funktionsprincip för axiell slagmekanism.

Bildning av initialt flöde och tryckskillnad: Högtrycksvätska bildar en höghastighetsstråle genom det övre munstycket. Under den kombinerade verkan av strålens medföljande och strypande effekt bildas tryckskillnader i den övre och nedre kammaren i den övre ventilen, såväl som mellan den yttre övre kammaren i slaghammaren och den nedre änden av hammarhuvudet.

Uppåtgående rörelse av komponenter och tätning av flödeskanalen: Driven av deras respektive tryckskillnader rör sig den övre ventilen uppåt, och slagkomponenterna (sekundärmunstycke, slaghammare och hammarhuvud) rör sig också uppåt tills sekundärmunstycket kommer i kontakt med den övre ventilen och tätar flödeskanalen.

Generering av vattenhammare och nedåtgående rörelse i leden: Den omedelbara stängningen av flödeskanalen utlöser vattenhammaroscillationer, och trycket i kammaren stiger kraftigt, vilket pressar den övre ventilen och stötkomponenterna att accelerera nedåt tillsammans.

Tröghetspåverkan och cykelåterställning: Efter att den övre ventilen rört sig till det nedre gränsläget fortsätter slagkomponenterna att röra sig nedåt under tröghetspåverkan och träffar slutligen hammarens säte för att fullborda den axiella påverkan. Efter påverkan återgår flödeskanalen till en jämn position och mekanismen återställs under inverkan av vikten på borren (WOB), vilket startar nästa cykel.

Kontakt:Jessie Zhou

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