Изследване на инструменти за увеличаване на скоростта на пробиване

В момента инструментите за увеличаване на скоростта на пробиване се разделят основно на две категории: механичен тип и хидравличен тип. Механичните инструменти използват тегло върху дюзата (WOB), за да генерират ударна сила, което ефективно подобрява ефективността на разрушаване на скали в твърди формации, но има проблеми като силни вибрации, висока консумация на енергия и лесно повреждане от умора. Хидравличните инструменти използват сондажна течност за задвижване на ударни чукове, комбинирайки удар, въртене и струя за разрушаване на скалата. Те имат значителни предимства при увеличаване на скоростта на проникване (ROP), контролиране на отклонението на сондажа и удължаване на живота на дюзата, но като цяло имат проблеми като честота на единични удари и трудност при адаптиране към нуждите на различните формации.

Технологията на ударно пробиване се разделя основно на три категории според начина на действие: торсионна ударна технология, аксиална ударна технология и аксиално-торсионна композитна ударна технология. Същността на ударното пробиване за увеличаване на скоростта е да се преобразува енергията на налягането на газ или течност в аксиална или торсионна ударна механична енергия чрез ударен елемент, който се прилага директно към задния край на свредлото, подобрявайки условията на рязане на свредлото и увеличавайки ефективността на разрушаване на скалите с него.

Технологията за торсионно-ударно сондиране е нововъзникваща технология за увеличаване на скоростта на сондиране през последните години, използвана главно за решаване на проблема с вибрациите тип „stick-slip“, генерирани от PDC коронки. При употреба торсионният ударник е монтиран в задния край на коронката. Чрез вътрешната си конструкция той може да преобразува хидравличната енергия на флуида в торсионно-ударна механична енергия. Корката разрушава скалата под комбинираното действие на стационарния въртящ момент на сондажната колона и ударния въртящ момент, генериран от ударника.

Следните примери представят два иновативни инструмента

1. Инструмент за увеличаване на скоростта на пробиване с регулируема честота на удара

Инструментът за хидравлично пробиване с регулируема честота и увеличаване на скоростта има ударна структура, съставена от лагери, долно тяло на вала, бутални двойки, ударен чук, дроселна дюза и други компоненти.

Принцип на работа:Той използва периодичната разлика в налягането, образувана от сондажния флуид в горната и долната камера на ударния чук, за да го задвижи възвратно-постъпателно с висока скорост, генерирайки аксиална ударна сила, която се предава директно на свредлото, за да подпомогне разрушаването на скалата. Ключовото е, че този инструмент може да регулира честотата на удара, като променя броя на симетричните отвори в долното тяло на вала, като по този начин се адаптира към нуждите на сондиране на различните формации.

Приложение на инструмент за увеличаване на скоростта на пробиване с регулируема честота на удара

Полеви тестове в средно твърда формация: Въз основа на оптималната честота на удара (16 Hz), избрана чрез числена симулация, този инструмент беше тестван в сондаж X1 на нефтеното находище Синцзян. В секцията на формацията със силна абразивност и ниска скорост на проникване (ROP), сравнението със съседния сондаж, използващ инструмент за винтова бормашина, показва, че след използването на този инструмент, единичният пробив се е увеличил с 53%, а механичната ROP се е увеличила с 27,0%, което ефективно е намалило броя на курсовете и е спестило срока за строителство.

Полево изпитване в твърда формация: Съгласно оптималната честота на удара (18 Hz), избрана чрез числена симулация, този инструмент е тестван в карбонови андезитни и базалтови формации с лоша пробиваемост в сондаж X3 на нефтеното находище Синцзян.

Заключение: Резултатите показват, че след използване на този инструмент, механичната ROP (скорост на проходимост) се увеличава значително със 103,2% в сравнение със съседните кладенци, което ефективно доказва, че той може значително да подобри ефективността на сондирането и да съкрати цикъла на сондиране в различни формации.

2. Проектиране на инструмент за увеличаване на скоростта на ударно пробиване от композитни материали

Проектиран е хидравличен торсионен ударен механизъм, чиято сърцевина се състои от три части: механизъм за разпределение на потока, механизъм за обръщане и ударен механизъм.

Процес на движение: Първоначално (състояние a), флуидът под високо налягане навлиза в лявата кухина на хидравличния чук през левия канал на потока на сърцевината на реверсивния клапан, притискайки хидравличния чук и сърцевината на клапана да се въртят заедно по посока на часовниковата стрелка, докато хидравличният чук не удари седалката на хидравличния чук (състояние b). След удара, флуидът под високо налягане навлиза в дясната кухина, образувана от хидравличния чук и сърцевината на клапана, през десния канал за управление на потока, притискайки сърцевината на клапана да продължи да се върти по посока на часовниковата стрелка до позиция за обръщане (състояние c), така че флуидът под високо налягане превключва към десния канал за поток и навлиза в дясната кухина на хидравличния чук, карайки хидравличния чук и сърцевината на клапана да се въртят обратно на часовниковата стрелка (състояние c). Докато хидравличният чук не удари отново седалката на хидравличния чук (състояние d), флуидът под високо налягане навлиза в лявата кухина през левия канал за управление на потока, притискайки сърцевината на клапана да се върти обратно на часовниковата стрелка за обръщане и връщане в началното състояние (състояние a). Това циклично се върти, образувайки високочестотен възвратно-постъпателен торзионен удар чрез непрекъснато обръщане и удар, задвижван от флуид.

Принцип на работа:След като флуидът (калта) попадне в разпределителната втулка на потока през горната връзка и водещата тръба, той се разпределя към механизма за обръщане и ударния механизъм, като двата пътя на флуида се разделят от разпределителната плоча на потока. Впоследствие флуидът преминава през дюзата вътре в дорника, образувайки зони с високо и ниско налягане преди и след него. Сърцевината на реверсивния клапан се върти под действието на разликата в налягането, контролирайки лявата и дясната кухина на хидравличния чук, за да се свързват последователно със зоните с високо и ниско налягане, карайки хидравличния чук да се движи възвратно-постъпателно, за да удари седалката на хидравличния чук под действието на разликата в налягането, като по този начин се образува високочестотен възвратно-постъпателен торзионен удар.

1-Горен преходник; 2-Външен корпус; 3-Направляваща тръба; 4-Втулка за разпределение на потока; 5-Разпределителна плоча за потока; 6-Болт; 7-Горен опорен пръстен; 8-Седалка на хидравличния чук; 9-Хидравличен чук; 10-Сърцевина на реверсивен клапан; 11-Долен опорен пръстен; 12-Дорник; 13-Долен преходник;

Схематична диаграма на структурата на торзионния ударен механизъм

Процес на движение на торсионния ударен механизъм

Проектиран е един вид аксиален ударен механизъм. Хидравличните аксиални ударници се разделят основно на два вида: клапанен тип и безклапанен тип. Вътрешната структура на клапанните ударници е сложна и тяхната надеждност е ниска; безклапанният тип включва главно струен тип и струйно-всмукващ тип, сред които струйният тип има кратък експлоатационен живот. Струйно-всмукващият хидравличен ударник има опростена структура, осъществява удар, разчитайки на увличане на струята и трептящ ефект на воден удар, има малко вътрешни движещи се части и няма уязвими части, и може по-добре да се адаптира към сложни условия в сондажа.

1-Горно легло на дюзата; 2-Горна дюза; 3-Горен клапан; 4-Горна втулка на клапана; 5-Вторична дюза; 6-Аксиален външен корпус; 7-Опорна втулка; 8-Ударен чук; 9-Глава на чука; 10-Легло на чука; 11-Защитна капачка; 12-Шестоъгълно съединение. Принцип на работа на аксиалния ударен механизъм.

Образуване на начален поток и разлика в налягането: Флуидът с високо налягане образува високоскоростна струя през горната дюза. Под комбинираното действие на увличането на струята и дроселиращия ефект се образуват разлики в налягането в горната и долната камера на горния клапан, както и между външната горна камера на ударния чук и долния край на главата на чука.

Движение нагоре на компонентите и уплътняване на канала на потока: Задвижван от съответните им разлики в налягането, горният клапан се движи нагоре, а ударните компоненти (вторична дюза, ударен чук и глава на чука) също се движат нагоре, докато вторичната дюза не се докосне до горния клапан и не уплътни канала на потока.

Генериране на воден удар и движение на съвместното движение надолу: Моменталното затваряне на канала за потока задейства трептене на воден удар и налягането в камерата се повишава рязко, притискайки горния клапан и компонентите на удара да се ускорят надолу заедно.

Инерционен удар и възстановяване на цикъла: След като горният клапан се премести в долната гранична позиция, компонентите на удара продължават да се движат надолу под действието на инерцията и накрая удрят седлото на чука, за да завършат аксиалния удар. След удара каналът на потока се връща към гладко състояние и механизмът се нулира под действието на теглото върху свредлото (WOB), започвайки следващия цикъл.

Контакт:Джеси Джоу

Мобилен/Whatsapp:+0086-18109206861
Имейл:energy@landrilltools.com