Forskning på verktøy som øker borehastigheten

For tiden er borehastighetsøkende verktøy hovedsakelig delt inn i to kategorier: mekanisk type og hydraulisk type. Mekaniske verktøy bruker vekt på borekrone (WOB) for å generere slagkraft, noe som effektivt forbedrer bergbrytningseffektiviteten i harde formasjoner, men det er problemer som sterk vibrasjon, høyt energiforbruk og lett utmattingsskade. Hydrauliske verktøy bruker borevæske til å drive slaghammere, og kombinerer slag, rotasjon og stråle for å bryte fjell. De har betydelige fordeler med å øke penetrasjonsraten (ROP), kontrollere brønnavvik og forlenge borkronelevetiden, men har generelt problemer som enkeltslagfrekvens og vanskeligheter med å tilpasse seg behovene til forskjellige formasjoner.

Slagboringsteknologi er hovedsakelig delt inn i tre kategorier i henhold til virkningsmåte: torsjonsslagteknologi, aksialslagteknologi og aksial-torsjons komposittslagteknologi. Essensen av slagboring for å øke hastigheten er å konvertere trykkenergien fra gass eller væske til aksial eller torsjonsslagmekanisk energi gjennom en slaganordning, som påføres direkte på den bakre enden av borekronen, noe som forbedrer borekronens skjæretilstand og øker borekronens bergbrytende effektivitet.

Torsjonsslagboringsteknologi er en fremvoksende teknologi for å øke borehastigheten de siste årene, hovedsakelig brukt for å løse "stick-slip"-vibrasjonen generert av PDC-borkroner. Når den er i bruk, er torsjonsslaglegemet installert i bakenden av borkronen. Gjennom sin interne strukturdesign kan den konvertere væskens hydrauliske energi til torsjonsslagmekanisk energi. Borkronen bryter fjell under den kombinerte virkningen av det stabile dreiemomentet til borestrengen og slagmomentet generert av slaglegemet.

De følgende eksemplene introduserer to innovative verktøy

1. Verktøy for å øke borehastigheten med justerbar slagfrekvens

Det frekvensjusterbare hydrauliske borehastighetsøkende verktøyet har en kjerneslagstruktur bestående av lagre, nedre akselkropp, stempelpar, slaghammer, gassdyse og andre komponenter.

Arbeidsprinsipp:Den bruker den periodiske trykkforskjellen som dannes av borevæsken i slaghammerens øvre og nedre kammer for å drive slaghammeren til å bevege seg frem og tilbake med høy hastighet, noe som genererer en aksial slagkraft som overføres direkte til borekronen for å hjelpe til med fjellbryting. Nøkkelen er at dette verktøyet kan justere slagfrekvensen ved å endre antall symmetriske hull i den nedre akselkroppen, og dermed tilpasse seg borebehovene til forskjellige formasjoner.

Bruk av borehastighetsøkende verktøy med justerbar slagfrekvens

Felttest i middels hard formasjon: Basert på den optimale støtfrekvensen (16 Hz) valgt ved numerisk simulering, ble dette verktøyet testet i brønn X1 på Xinjiang oljefelt. I formasjonsseksjonen med sterk slipeevne og lav penetrasjonsrate (ROP), viser sammenligning med den tilstøtende brønnen ved bruk av et skrueborverktøy at etter bruk av dette verktøyet økte enkeltløpslengden med 53 %, den mekaniske ROP økte med 27,0 %, noe som effektivt reduserer antall turer og sparer byggeperioden.

Felttest i hard formasjon: I henhold til den optimale støtfrekvensen (18 Hz) valgt ved numerisk simulering, ble dette verktøyet testet i karbonholdige andesitt- og basaltformasjoner med dårlig borbarhet i brønn X3 på Xinjiang oljefelt.

Konklusjon: Resultatene viser at etter bruk av dette verktøyet økes den mekaniske ROP betydelig med 103,2 % sammenlignet med tilstøtende brønner, noe som effektivt beviser at det kan forbedre boreeffektiviteten betydelig og forkorte boresyklusen i forskjellige formasjoner.

2. Design av kompositt slagboringsverktøy for hastighetsøkning

En hydraulisk torsjonsslagmekanisme er konstruert, hvis kjerne består av tre deler: en strømningsfordelingsmekanisme, en reverseringsmekanisme og en slagmekanisme.

Bevegelsesprosess: I utgangspunktet (tilstand a) kommer høytrykksvæske inn i venstre hulrom i den hydrauliske hammeren gjennom den venstre strømningskanalen i reverseringsventilkjernen, og presser den hydrauliske hammeren og ventilkjernen til å rotere med klokken sammen til den hydrauliske hammeren treffer det hydrauliske hammersettet (tilstand b). Etter støtet går høytrykksvæsken deretter inn i det høyre hulrommet dannet av den hydrauliske hammeren og ventilkjernen gjennom den høyre kontrollstrømningskanalen, og presser ventilkjernen til å fortsette å rotere med klokken til reverseringsposisjonen (tilstand c), slik at høytrykksvæsken bytter til høyre strømningskanal og går inn i det høyre hulrommet i den hydrauliske hammeren, og driver den hydrauliske hammeren og ventilkjernen til å rotere mot klokken (tilstand c). Inntil den hydrauliske hammeren treffer det hydrauliske hammersettet igjen (tilstand d), kommer høytrykksvæsken inn i venstre hulrom gjennom den venstre kontrollstrømningskanalen, og presser ventilkjernen til å rotere mot klokken for å reversere og gå tilbake til starttilstanden (tilstand a). Dette sykluseres, og danner høyfrekvente frem- og tilbakegående torsjonsstøt gjennom kontinuerlig reversering og støt drevet av væsken.

Arbeidsprinsipp:Etter at væsken (slam) strømmer inn i strømningsfordelingshylsen gjennom den øvre skjøten og føringsrøret, fordeles den til reverseringsmekanismen og slagmekanismen, og de to væskebanene er atskilt av strømningsfordelingsplaten. Deretter passerer væsken gjennom dysen inne i doren, og danner høy- og lavtrykkssoner før og etter den. Reverseringsventilkjernen roterer under påvirkning av trykkforskjellen, og kontrollerer at venstre og høyre hulrom i den hydrauliske hammeren vekselvis kobles til høy- og lavtrykkssonene, slik at den hydrauliske hammeren beveger seg frem og tilbake for å slå på det hydrauliske hammersettet under påvirkning av trykkforskjellen, og dermed danner en høyfrekvent frem- og tilbakegående torsjonspåvirkning.

1-Øvre underdel; 2-Ytre deksel; 3-Styrerør; 4-Fordelingshylse for strømning; 5-Fordelingsplate for strømning; 6-Bolt; 7-Øvre støttering; 8-Sete for hydraulisk hammer; 9-Hydraulisk hammer; 10-Kjerne i reverseringsventil; 11-Nedre støttering; 12-Dor; 13-Nedre underdel;

Skjematisk diagram av torsjonspåvirkningsmekanismens struktur

Bevegelsesprosess for torsjonspåvirkningsmekanisme

En type aksial slagmekanisme er utformet. Hydrauliske aksiale slagvektorer er hovedsakelig delt inn i to typer: ventiltype og ventilløs type. Den interne strukturen til ventiltypeslagvektorer er kompleks og påliteligheten deres er dårlig; den ventilløse typen inkluderer hovedsakelig jettype og jet-sugetype, hvorav jettypen har kort levetid. Den hydrauliske jet-suge-slagvektoren har en enkel struktur, oppnår støt basert på jet-medrivning og vannslagsoscillasjonseffekt, har få interne bevegelige deler og ingen sårbare deler, og kan bedre tilpasse seg komplekse forhold nedihulls.

1-Øvre dysesete; 2-Øvre dyse; 3-Øvre ventil; 4-Øvre ventilhylse; 5-Sekundærdyse; 6-Aksial ytre deksel; 7-Støttehylse; 8-Slaghammer; 9-Hammerhode; 10-Hammersete; 11-Beskyttelseshette; 12-Sekskantet ledd. Virkemåte for aksial slagmekanisme.

Dannelse av initial strømning og trykkforskjell: Høytrykksvæske danner en høyhastighetsstråle gjennom den øvre dysen. Under den kombinerte virkningen av stråleinnblanding og strupeeffekt dannes trykkforskjeller i de øvre og nedre kamrene i den øvre ventilen, samt mellom det ytre øvre kammeret i slaghammeren og den nedre enden av hammerhodet.

Oppadgående bevegelse av komponenter og tetting av strømningskanaler: Drevet av deres respektive trykkforskjeller beveger den øvre ventilen seg oppover, og slagkomponentene (sekundærdyse, slaghammer og hammerhode) beveger seg også oppover inntil sekundærdysen berører den øvre ventilen og tetter strømningskanalen.

Vannslaggenerering og nedadgående bevegelse av leddet: Den umiddelbare lukkingen av strømningskanalen utløser vannslagsoscillasjon, og trykket i kammeret stiger kraftig, noe som presser den øvre ventilen og støtkomponentene til å akselerere nedover sammen.

Treghetspåvirkning og syklusgjenoppretting: Etter at den øvre ventilen beveger seg til den nedre grenseposisjonen, fortsetter slagkomponentene å bevege seg nedover under tregheten, og treffer til slutt hammerens sete for å fullføre det aksiale støtet. Etter støtet går strømningskanalen tilbake til en jevn posisjon, og mekanismen tilbakestilles under påvirkning av vekten på boret (WOB), og starter neste syklus.

Kontakt:Jessie Zhou

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