Gręžimo įrankiai gręžiant: išsamus ritininių kūginių ir deimantinių grąžtų klasifikavimo ir taikymo vadovas

Naftos gręžimo operacijose grąžtas yra pagrindinis uolienų skaldymo įrankis, o jo veikimas tiesiogiai veikia gręžimo efektyvumą ir sąnaudas. Susidūrus su sudėtingomis ir kintančiomis formavimosi sąlygomis, teisingas ritininių kūginių ir deimantinių grąžtų pasirinkimas tapo pagrindine gręžimo inžinierių užduotimi.

01 Ritininiai kūginiai grąžtai: universalūs įrankiai, prisitaikantys prie formacijų

Nuo pat jų atsiradimo 1909 m., ritininiai kūginiai grąžtai tapo plačiausiai naudojamu grąžtų tipu rotaciniame gręžime. Unikali daugiakūgė struktūra leidžia jiems prisitaikyti prie įvairių formavimo sąlygų – nuo ​​minkštų iki itin kietų.

Struktūra ir pagrindinė technologija

Ritininis kūginis antgalis susideda iš penkių pagrindinių komponentų:

· Antgalio korpusas: trys kūginės kojelės, suvirintos kartu, su jungiamuoju sriegiu viršuje.

· Kūgiai: Kūginiai metaliniai korpusai su frezuotais dantimis arba volframo karbido įdėklais (TCI) paviršiuje.

· Guolių sistema: apima keturis guolių komplektus: didelį, vidutinį, mažą ir atraminį.

· Purkštukai: Paprastai 3·4 purkštukai, kurių skersmuo 7·14 mm.

· Tepimo ir sandarinimo sistema: guminiai arba metaliniai sandarikliai su slėgio kompensavimo įtaisu.

Guolių sandarinimo technologija yra esminis proveržis ritininių kūginių grąžtų srityje. Šiuolaikiniuose grąžtuose naudojama slėgio kompensavimo tepimo sistema, kuri palaiko dinaminę pusiausvyrą tarp tepimo skysčio slėgio guolio kameroje ir gręžimo skysčio kolonėlės slėgio gręžinio angoje per slėgio perdavimo kanalą, slėgio kompensavimo membraną ir tepimo indelį.

Klasifikavimo sistema ir IADC kodas

Tarptautinė gręžimo rangovų asociacija (IADC) nustatė pasaulinį ritininių kūginių grąžtų klasifikavimo standartą, naudodama trijų skaitmenų kodų sistemą:

· Pirmasis skaitmuo: danties tipas ir taikoma formacija

· 1: Frezuotas dantis, minkštas formavimas

· 2: Frezuotas dantis, vidutinio arba vidutinio kietumo formacija

· 3: Frezuoti dantys, kieti, abrazyviniai

· 5: TCI, minkštas arba vidutinio kietumo formavimasis

· 6: TCI, vidutinio kietumo formacija

· 7: TCI, kietas, abrazyvinis formavimasis

· 8: TCI, itin kietas, labai abrazyvinis darinys

· Antrasis skaitmuo: substrato kietumas (1,4, didesnis skaičius rodo kietesnę substratą)

· Trečias skaitmuo: Bitų struktūrinės ypatybės

· 4: Užsandarintas riedėjimo guolis

· 6: Užsandarintas slankiojantis guolis

· 7: Užsandarintas slankiojantis guolis + matuoklio apsauga su TCI

· 8: Kryptinių gręžinių atmušimo grąžtas

Supaprastinta IADC klasifikavimo sistema ritininiams kūginiams antgaliams

Uolienų laužymo mechanizmas ir judėjimo charakteristikos

Kai veikia ritininis kūginis grąžtas, jis atlieka tris sudėtinius judesius:

· Sukimasis: Kūgiai sukasi pagal laikrodžio rodyklę kartu su antgalio korpusu.

· Sukimasis: dantys sukasi prieš laikrodžio rodyklę aplink kūgio ašį.

· Slydimas: apima radialinį ir tangentinį slydimą.

Šis sudėtinis judesys sukuria dvejopą uolienų laužymo efektą:

1. Smūginis gniuždymas: pakaitinis pavienių ir dvigubų dantų kontaktas sukuria vertikalią vibraciją, generuojančią smūginę apkrovą.

2. Šlyties pjovimas: pasiekiamas dėl iškyšos, poslinkio ir daugiakūgės geometrijos, leidžiančios kirpti uolienas.

Bitų pasirinkimo strategija ir formavimo atitikimas

Pagrindiniai kūginių grąžtų parinkimo pagal uolienų savybes principai:

· Minkštos formacijos: rinkitės grąžtus su poslinkiu, išsikišusiu ir daugiakūgiu dizainu; su aukštais, plačiais, plačiai išdėstytais frezuotais dantimis arba TCI.

· Vidutinio kietumo formacijos: sumažinkite poslinkio, išsikišimo ir daugiakūgiškumo vertes; naudokite trumpus, siaurus, arti vienas kito esančius dantis.

· Kieti ir abrazyviniai dariniai: naudoti vieno kūgio geometriją, be išsikišimų, be poslinkio; įrengti sferinį arba kūginį-sferinį TCI.

· Lengai išlenktoms skylėms būdingos formacijos: rinkitės trumpų dantų grąžtus su mažu arba visai be poslinkio ir be kalibro apsaugos, taip pat rinkitės šiek tiek minkštesnius nei tikrasis formavimas.

· Įterpti minkšti ir kieti dariniai: grąžtą pasirinkite pagal kietesnę uolieną ir dinamiškai reguliuokite gręžimo parametrus.

Atsakas į specialias sąlygas:

· Plonos skylės (<177 mm): Naudokite vieno kūgio grąžtus, kurie turi didesnius kūgius, dantis ir guolius, kad būtų tvirtesni.

· Kryptinis gręžimas: rinkitės grąžtus su IADC trečiuoju skaitmeniu 8 (specialūs atjungimo grąžtai).

02 Deimantiniai grąžtai: geriausias įrankis kietoms formoms

Deimantas pasižymi didžiausiu natūraliu kietumu (kietumas pagal Moso skalę – 10, gniuždymo stipris – iki 8800 MPa, atsparumas dilimui – 9000 kartų didesnis nei plieno). Deimantiniai grąžtai panaudoja šią savybę ir tampa pagrindiniu ginklu laužant kietas formacijas.

Klasifikacija ir technologinė evoliucija

Šiuolaikiniai deimantiniai antgaliai daugiausia skirstomi į tris tipus:

1. Paviršiaus šlifuoti deimantiniai grąžtai

· Karūnėlės paviršiuje matomos deimanto dalelės.

· Tinka vidutinio kietumo ir kietiems dariniams.

· Deimantų dydžio įvertinimas:

· Minkšti dariniai: 2 akmenys/karatas (apie 4 mm skersmens)

· Vidutinio kietumo dariniai: 3–4 akmenys/karatui (apie 3,6 mm)

· Kieti dariniai: 10–15 akmenų/karatu (apie 2,0 mm)

2. Impregnuoti deimantiniai antgaliai

· Matricoje įterpti deimantai (60–400 akmenų/karatu).

· Tinka labai kietoms ir abrazyvinėms formacijoms (šertui, silicio dolomitui ir kt.).

· Savaime galandamas dėl matricos dilimo.

3. PDC antgaliai (polikristaliniai deimantiniai kompaktiški)

· Pirmą kartą pristatė „General Electric“ 1973 m.

· Pjoviklio struktūra: deimantinis sluoksnis + volframo karbido substratas.

· Taikomos formacijos: minkštos ir vidutinio kietumo homogeninės formacijos.

Struktūra ir pagrindiniai projektavimo parametrai

Deimantiniai grąžtai turi vientisą korpusą be judančių dalių, kurį daugiausia sudaro:

· Plieninis korpusas: vidutinio anglies kiekio plienas, su sriegiu viršuje.

· Matrica: volframo karbido milteliai + vario pagrindo rišiklis, kietumas HRC 30–45.

· Pjovimo elementai: natūralūs/sintetiniai deimantai arba PDC pjovimo diskai.

· Hidraulinis projektavimas: purkštukai, vandens keliai (radialiniai, spiraliniai ir kt.).

Pagrindiniai projektavimo parametrai:

· Deimantų koncentracija: reguliuokite pagal formacijos abrazyvumą – didesnė koncentracija abrazyvesnėms formacijoms.

· Ekspozicijos aukštis:

· Minkštos formacijos: 1/3 deimanto skersmens

· Kietos formacijos: 1/6–1/10 deimanto skersmens

· Karūnėlės forma: plokščia (vienalyčiai dariniai), apvali (kieti dariniai), dantyta (abrazyviniai dariniai).

Uolienų lūžimo mechanizmas ir formavimosi reakcija

Deimantinių grąžtų uolienų trupinimo būdas kinta priklausomai nuo formavimosi savybių:

· Plastinės formacijos (akmeņkalnis, gipsas ir kt.) – panašios į „arimo“ procesą; deimantai prasiskverbia į uolieną ir sukelia jos plastinį tekėjimą.

· Trapūs dariniai (kvarcinis smiltainis ir kt.) – Sudaro tūrines smulkinimo duobes; auginių dydis yra 2–4 ​​kartus didesnis nei deimantų, kurie yra atviri, labai efektyvus.

· Kietos uolienos (chert, silicio dioksidas) – Naudokite impregnuotus gabalus; skaldymas atliekamas mikropjūviu ir braižymu, panašiai kaip šlifavimas disku.

PDC bitų privalumai ir apribojimai

Kaip revoliucinis deimantinių grąžtų šeimos produktas, PDC grąžtai turi unikalių privalumų:

Struktūrinės savybės:

· Plieninio korpuso PDC grąžtas: vientisas vidutinio anglies kiekio plienas, grūdintas paviršiumi.

· PDC grąžtas su matricos korpusu: viršutinis plieninis korpusas + apatinė volframo karbido matrica – geresnis našumas.

Profilio dizainas:

· Parabolinis: minkšti dariniai, aukštas gylis, didelis ROP.

· Apvalus: Tinka gręžti su rotaciniu stalu, padeda prasiskverbti pro kietus tarpinius sluoksnius.

· Kūginis: gręžimas dideliu greičiu, geras įsiskverbimas.

Apribojimai:

· Netinka žvyro sluoksniams arba minkštiems ir kietiems tarpsluoksniniams dariniams.

· Temperatūros apribojimas (virš 350 °C temperatūroje dilimas pagreitėja; esant 700 °C temperatūrai, stiprumas mažėja).

· Mažesnis atsparumas smūgiams; nauji pjaustytuvai linkę nuskilinėti kraštais.

Deimantinių antgalių pritaikymo palyginimas pagal formavimąsi

03 Mokslinės atrankos vadovas: Formacijos ir veiklos poreikių derinimas

Auksinės ritininio kūgio antgalio pasirinkimo taisyklės

1. Formavimo kietumo atitikimas

· Minkštos formacijos: rinkitės grąžtus su dideliu poslinkiu, išsikišimu, daugiakūgiais ir pleišto arba kaušelio formos dantimis.

· Kietieji dariniai: naudokite vieno kūgio, be poslinkio ir sferinius arba kūgiškai sferinius dantis.

2. Abrazyvumo valdymas

· Abrazyviniams dariniams rinkitės TCI antgalius su kalibro apsauga.

· Jei išorinės eilės dantys yra suapvalėję, o vidiniai mažai susidėvėję, padidinkite kito antgalio apsauginį sluoksnį.

3. Specialiųjų sąlygų reakcijos

· Lenktų skylių formavimosi atveju: rinkitės trumpų dantų grąžtus su nedideliu arba visai be poslinkio; rinkitės šiek tiek minkštesnius nei tikrasis formavimas.

· Minkšti ir kieti įterptieji sluoksniai: bitas parenkamas pagal kietesnę uolieną, parametrai koreguojami dinamiškai.

· Gilios sekcijos: rinkitės bitus su didele bendra filmuota medžiaga, kad kompensuotumėte išjungimo laiko nuostolius.

Deimantinių antgalių pasirinkimo strategija

1. Kada naudoti PDC bitus

· Geriausias pritaikymas: ilgiems homogeniniams minkštiems ir vidutinio kietumo dariniams (skalūnams, argilipui, gipsui ir kt.).

· Draudžiami panaudojimo būdai: žvyro sluoksniai, akmenų tarpsluoksniai, minkšti ir kieti tarpsluoksniniai dariniai.

· Parametrų nustatymas: mažas WOB (30–60 kN), didelis RPM (100–300 aps./min.), didelis srautas.

2. Kada naudoti natūralių / sintetinių deimantų antgalius

· Kietos ir labai kietos formacijos (granitas, kvarcinis smiltainis ir kt.).

· Labai abrazyvinės formacijos (chert, silicinis dolomitas).

· Turbogręžimas, gilūs ir itin gilūs gręžiniai, kernų gręžimo operacijos.

3. Specialūs reikalavimai gręžimo antgaliams

· Ritininio kūgio formos gręžimo grąžtai: keturių kūgių (kūginiai / cilindriniai) arba šešių kūgių (pilno cilindro) konstrukcija.

· Deimantiniai karūniniai grąžtai: pjovikliai turi būti išdėstyti simetriškai, kad būtų vienodas atsparumas dilimui.

· Pagrindinis indikatorius: vidinė kiaurymė koncentrinė su išoriniu skersmeniu, kad šerdis nebūtų elipsės formos.

Gręžinių anomalijų diagnostika ir tvarkymas

Ritininio kūgio grąžto veikimo sąlygų nustatymas:

· Guolio gedimas: ciklinis sukamojo stalo šokčiojimas, kuris sustiprėja esant dideliam WOB, ROP sumažėja, bet siurblio slėgis normalus.

· Pamestas kūgis: stiprus sukimo momento svyravimas, svorio indikatorius staigiai svyruoja, pakėlus stygą, pasikeičia jos ilgis.

· Dantys nusidėvėję plokščiai: Sumažėjusi sukamojo stalo apkrova, nėra šokinėjimo, staigus ROP sumažėjimas.

Deimantinių grąžtų naudojimo draudimai:

· Prieš įleidžiant vamzdį į angą, dugnas turi būti švarus; įsitikinkite, kad nėra metalinių šiukšlių.

· Pradėkite gręžti lengvu WOB režimu, mažomis apsukomis „įsibėgėjimui“ (0,5 m dugno skylės profiliavimas).

· Venkite gręžimo; jei reikia, atlikite su lengvu WOB, mažomis apsukomis ir tolygiu darbu.

04 Pažangiausios tendencijos ir praktiniai patarimai

Technologinių inovacijų kryptys

Aukšto slėgio srovės gręžimo technologija:

· Naudoja itin aukšto slėgio purkštukus (150–200 MPa), kad padėtų skaldyti uolienas.

· Gręžinių stiprintuvai yra mokslinių tyrimų ir plėtros dėmesio centre; bandymai rodo, kad ROP gali padidėti 3–5 kartus.

· Techniniai iššūkiai apima sandarinimą itin aukštu slėgiu ir perdavimą.

Pažangios bitų sistemos:

· Įmontuoti jutikliai realiuoju laiku stebi antgalių būklę.

· Adaptyvus pjovimo parametrų reguliavimas, atsižvelgiant į formavimo pokyčius.

· Didelių duomenų analizė, skirta optimizuoti antgalių pasirinkimą ir numatyti tarnavimo laiką.

Auksinės taisyklės lauke

1. Nuspręskite, kada ištraukti laivą iš duobės

· Nuolatinis ROP mažėjimas (homogeninėse formacijose).

· Staigus ROP kritimas taikant neefektyvias korekcines priemones (formacijos pokytis).

· Staigus sukimo momento padidėjimas, lydimas ROP kritimo (antgalio pažeidimas).

· Staigus siurblio slėgio kritimas (pamestas antgalis arba išplautas gręžimo stygas).

2. Priemonės, skirtos prailginti antgalio tarnavimo laiką

· Įdirbimui naudokite naują grąžtą su lengvu WOB ir mažu apsukų skaičiumi.

· Naudokite antgalio apsaugą (apsaugą nuo atšokimo).

· Periodinės trumpos kelionės, siekiant išvalyti dugno šiukšles.

· Venkite per didelio sukimosi apačioje.

3. Ekonominė analizė

· Apskaičiuokite kainą už metrą = (grąžto kaina + gręžimo laiko kaina) / pėdos plotas.

· Nors PDC grąžtų vieneto kaina yra didesnė, tinkamose konfigūracijose vienas PDC grąžtas gali išgręžti 3–5 kartus didesnį gylį nei ritininis kūginis grąžtas.

· Giliuose ruožuose pirmenybę teikite bitams su didele bendra filmuota medžiaga, kad kompensuotumėte išjungimo laiko nuostolius.

Grąžtų parinkimas yra tiksli technologija, apjungianti mokslinę teoriją ir praktinę patirtį. Ritininiai kūginiai grąžtai, pasižymintys plačiu pritaikomumu, šiandien išlieka labiausiai paplitusiu grąžtų tipu. Deimantiniai grąžtai, ypač PDC grąžtai, demonstruoja neprilygstamą efektyvumą specifinėse formacijose.

Įvaldę IADC klasifikavimo sistemą, supratę skirtingų grąžtų uolienų ardymo mechanizmus ir išsamiai įvertinę litologiją, gręžinio konfigūraciją bei eksploatacinius reikalavimus, pasieksite tobulą grąžto ir formacijos atitikimą. Taikant gręžinių gręžinių jutiklius, didelių duomenų analizę ir dirbtinį intelektą, grąžtų parinkimas pereina nuo patirtimi pagrįstų sprendimų prie išmanaus tikslaus suderinimo, nuolat skatindamas revoliucinius gręžimo efektyvumo patobulinimus.

Kontaktas: Jessie Zhou

Mobilusis telefonas / „WhatsApp“: +0086-18109206861

Email: energy@landrilltools.com