Forskning i værktøjer, der øger borehastigheden

I øjeblikket er borehastighedsforøgende værktøjer hovedsageligt opdelt i to kategorier: mekaniske og hydrauliske. Mekaniske værktøjer bruger vægt på borehovedet (WOB) til at generere slagkraft, hvilket effektivt forbedrer stenbrydningseffektiviteten i hårde formationer, men der er problemer såsom stærke vibrationer, højt energiforbrug og let udmattelsesskade. Hydrauliske værktøjer bruger borevæske til at drive slaghamre, der kombinerer slag, rotation og stråle for at bryde sten. De har betydelige fordele ved at øge penetrationshastigheden (ROP), kontrollere brøndafvigelse og forlænge borehovedets levetid, men har generelt problemer såsom enkeltslagfrekvens og vanskeligheder med at tilpasse sig behovene i forskellige formationer.

Slagboreteknologi er hovedsageligt opdelt i tre kategorier i henhold til virkningsmekanismen: torsionsslagteknologi, aksial slagteknologi og aksial-torsions komposit slagteknologi. Essensen af ​​slagboring for at øge hastigheden er at omdanne trykenergien fra gas eller væske til aksial eller torsionsslagmekanisk energi gennem en slaglegeme, som påføres direkte på borekronens bagende, hvilket forbedrer borekronens skæreforhold og øger borekronens stenbrydningseffektivitet.

Torsionsslagboreteknologi er en fremvoksende teknologi til at øge borehastigheden i de senere år, primært brugt til at løse den "stick-slip"-vibration, der genereres af PDC-borehoveder. Når den er i brug, er torsionsslaglegemet installeret i bagenden af ​​borehovedet. Gennem sit interne strukturdesign kan det omdanne væskens hydrauliske energi til torsionsslagmekanisk energi. Borehovedet bryder klippen under den kombinerede virkning af borestrengens stationære drejningsmoment og det slagmoment, der genereres af slaglegemet.

Følgende eksempler introducerer to innovative værktøjer

1. Borehastighedsforøgende værktøj med justerbar slagfrekvens

Det frekvensjusterbare hydrauliske borehastighedsforøgende værktøj har en kerneslagstruktur bestående af lejer, underaksel, stempelpar, slaghammer, gasspjæld og andre komponenter.

Arbejdsprincip:Den udnytter den periodiske trykforskel, der dannes af borevæsken i slaghammerens øvre og nedre kamre, til at drive slaghammeren til at bevæge sig frem og tilbage med høj hastighed, hvilket genererer en aksial slagkraft, der overføres direkte til borekronen for at hjælpe med klippebrydning. Nøglen er, at dette værktøj kan justere slagfrekvensen ved at ændre antallet af symmetriske huller i den nedre akselkrop og derved tilpasse sig borebehovene i forskellige formationer.

Anvendelse af borehastighedsforøgende værktøj med justerbar slagfrekvens

Felttest i mellemhård formation: Baseret på den optimale anslagsfrekvens (16 Hz) valgt ved numerisk simulering, blev dette værktøj testet i brønd X1 på Xinjiang Oilfield. I formationssektionen med stærk slidstyrke og lav penetrationshastighed (ROP) viser sammenligning med den tilstødende brønd ved hjælp af et skrueboreværktøj, at efter brug af dette værktøj steg enkeltløbslængden med 53%, den mekaniske ROP steg med 27,0%, hvilket effektivt reducerede antallet af ture og sparede konstruktionsperioden.

Felttest i hård formation: I henhold til den optimale anslagsfrekvens (18 Hz) valgt ved numerisk simulering, blev dette værktøj testet i karbonholdige andesit- og basaltformationer med dårlig borbarhed i brønd X3 i Xinjiang-oliefeltet.

Konklusion: Resultaterne viser, at den mekaniske ROP efter brug af dette værktøj er signifikant forøget med 103,2% sammenlignet med tilstødende brønde, hvilket effektivt beviser, at det kan forbedre boreeffektiviteten betydeligt og forkorte borecyklussen i forskellige formationer.

2. Design af komposit slagboreværktøj til hastighedsforøgelse

Der er designet en hydraulisk torsionsslagmekanisme, hvis kerne består af tre dele: en strømningsfordelingsmekanisme, en reverseringsmekanisme og en slagmekanisme.

Bevægelsesproces: I starten (tilstand a) kommer højtryksvæsken ind i den hydrauliske hammer's venstre hulrum gennem den venstre strømningskanal i reverseringsventilens kerne, hvilket skubber den hydrauliske hammer og ventilkernen til at rotere med uret sammen, indtil den hydrauliske hammer rammer det hydrauliske hammer sæde (tilstand b). Efter stødet kommer højtryksvæsken derefter ind i det højre hulrum dannet af den hydrauliske hammer og ventilkernen gennem den højre kontrolstrømningskanal, hvilket skubber ventilkernen til at fortsætte med at rotere med uret til reverseringspositionen (tilstand c), så højtryksvæsken skifter til den højre strømningskanal og ind i den hydrauliske hammer's højre hulrum, hvilket driver den hydrauliske hammer og ventilkernen til at rotere mod uret (tilstand c). Indtil den hydrauliske hammer rammer det hydrauliske hammer sæde igen (tilstand d), kommer højtryksvæsken ind i det venstre hulrum gennem den venstre kontrolstrømningskanal, hvilket skubber ventilkernen til at rotere mod uret for at reversere og vende tilbage til den oprindelige tilstand (tilstand a). Dette cykler, hvilket danner en højfrekvent frem- og tilbagegående torsionspåvirkning gennem kontinuerlig reversering og slag drevet af væsken.

Arbejdsprincip:Efter at væsken (mudderet) strømmer ind i strømningsfordelingsmuffen gennem den øvre samling og styrerøret, fordeles den til reverseringsmekanismen og slagmekanismen, og de to væskebaner adskilles af strømningsfordelingspladen. Derefter passerer væsken gennem dysen inde i dornen og danner høj- og lavtrykszoner før og efter den. Reverseringsventilens kerne roterer under trykforskellens træk og styrer den hydrauliske hammers venstre og højre hulrum til skiftevis at forbinde sig med høj- og lavtrykszonerne, hvilket får den hydrauliske hammer til at bevæge sig frem og tilbage for at ramme det hydrauliske hammersæde under påvirkning af trykforskellen og dermed danne en højfrekvent frem- og tilbagegående torsionspåvirkning.

1-Øvre underdel; 2-Ydre hus; 3-Styrerør; 4-Flowfordelingsmuffe; 5-Flowfordelingsplade; 6-Bolt; 7-Øvre støttering; 8-Hydraulisk hammersæde; 9-Hydraulisk hammer; 10-Vendeventilkerne; 11-Nederste støttering; 12-Dorn; 13-Nederste underdel;

Skematisk diagram over torsionspåvirkningsmekanismens struktur

Bevægelsesproces for torsionspåvirkningsmekanisme

En slags aksial slagmekanisme er designet. Hydrauliske aksiale slaglegemer er hovedsageligt opdelt i to typer: ventiltypen og den ventilløse type. Den interne struktur af ventillignende slaglegemer er kompleks, og deres pålidelighed er dårlig; den ventilløse type omfatter hovedsageligt jettypen og jetsugetypen, hvoraf jettypen har en kort levetid. Den hydrauliske jetsugeslaglegeme har en enkel struktur, opnår slag baseret på jetmedrivning og vandslagsoscillationseffekt, har få indvendige bevægelige dele og ingen sårbare dele og kan bedre tilpasse sig komplekse borehulsforhold.

1-Øvre dysesæde; 2-Øvre dyse; 3-Øvre ventil; 4-Øvre ventilmuffe; 5-Sekundær dyse; 6-Aksial ydre hus; 7-Støttemuffe; 8-Slaghammer; 9-Hammerhoved; 10-Hammersæde; 11-Beskyttelseshætte; 12-Sekskantet led. Funktionsprincip for aksial slagmekanisme.

Dannelse af initial strømning og trykforskel: Højtryksvæske danner en højhastighedsstråle gennem den øvre dyse. Under den kombinerede virkning af stråleindblanding og drosling dannes der trykforskelle i de øvre og nedre kamre i den øvre ventil, såvel som mellem det ydre øvre kammer i slaghammeren og den nedre ende af hammerhovedet.

Opadgående bevægelse af komponenter og tætning af strømningskanaler: Drevet af deres respektive trykforskelle bevæger den øvre ventil sig opad, og slagkomponenterne (sekundær dyse, slaghammer og hammerhoved) bevæger sig også opad, indtil den sekundære dyse berører den øvre ventil og tætner strømningskanalen.

Generering af vandslag og nedadgående bevægelse af leddet: Den øjeblikkelige lukning af strømningskanalen udløser vandslagsoscillationer, og trykket i kammeret stiger kraftigt, hvilket presser den øvre ventil og stødkomponenterne til at accelerere nedad sammen.

Inertiel stød og cyklusgendannelse: Når den øvre ventil bevæger sig til den nedre grænseposition, fortsætter stødkomponenterne med at bevæge sig nedad under inerti og rammer endelig hammersædet for at fuldføre det aksiale stød. Efter stødet vender strømningskanalen tilbage til en jævn tilstand, og mekanismen nulstilles under påvirkning af vægten på boret (WOB), hvilket starter den næste cyklus.

Kontakt:Jessie Zhou

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