Puuraugu võtmetööriistad: täielik juhend rullkoonusbittide ja teemantbittide klassifitseerimiseks ja kasutamiseks

Nafta puurimisel on puuritera kivimi purustamise peamine tööriist ning selle jõudlus mõjutab otseselt puurimise efektiivsust ja kulusid. Keeruliste ja muutlike formatsioonitingimuste korral on rullkoonus- ja teemantpuuriterade õige valimine muutunud puurimisinseneride peamiseks ülesandeks.

01 Rullkoonuse freesid: Mitmekülgsed tööriistad, mis kohanduvad formatsioonidega

Alates nende kasutuselevõtust 1909. aastal on rullkoonuspuurid muutunud pöörlevas puurimises kõige laialdasemalt kasutatavaks puuritüübiks. Nende ainulaadne mitmekooniline struktuur võimaldab neil kohaneda erinevate formatsioonitingimustega, alates pehmetest kuni äärmiselt kõvadeni.

Struktuur ja põhitehnoloogia

Rullkoonuse bit koosneb viiest põhikomponendist:

· Biti korpus: Kolm kokku keevitatud koonusekujulist jalga, ülaosas ühenduskeermega.

· Koonused: Koonilised metallkehad, mille pinnal on freesitud hambad või volframkarbiidist sisestused (TCI).

· Laagrisüsteem: Sisaldab nelja laagrikomplekti: suur, keskmine, väike ja aksiaalne.

· Pihustid: Tavaliselt 3·4 pihustit läbimõõduga 7·14 mm.

· Määrimis- ja tihendussüsteem: kummist või metallist tihendid koos rõhu kompenseerimisseadmega.

Laagritihendite tehnoloogia on rullkoonuspuuride oluline läbimurre. Kaasaegsed puurid kasutavad rõhukompensatsiooniga määrimissüsteemi, mis säilitab dünaamilise tasakaalu laagrikambri määrderõhu ja puurimisvedeliku kolonni rõhu vahel rõhuülekandekanali, rõhukompensatsioonimembraani ja määrdetopsi kaudu.

Klassifikatsioonisüsteem ja IADC kood

Rahvusvaheline Puurimistöövõtjate Assotsiatsioon (IADC) on kehtestanud rullkoonuspuuride klassifitseerimise ülemaailmse standardi, kasutades kolmekohalist koodisüsteemi:

· Esimene number: hamba tüüp ja sobiv moodustis

· 1: Freesitud hammas, pehme moodustis

· 2: Freesitud hammas, keskmise kuni keskmise kõvadusega moodustis

· 3: Freesitud hammas, kõva, abrasiivne moodustis

· 5: TCI, pehmest keskmiseni formeerumine

· 6: TCI, keskmise kõvadusega moodustis

· 7: TCI, kõva, abrasiivne moodustis

· 8: TCI, äärmiselt kõva, väga abrasiivne moodustis

· Teine number: aluspinnase kõvadus (1,4, suurem number näitab kõvemat kihistut)

· Kolmas number: Biti struktuurilised omadused

· 4: Suletud veerelaager

· 6: Suletud liuglaager

· 7: Suletud liuglaager + manomeetri kaitse TCI-ga

· 8: Suunatud puuraukude avapea

Rullkoonusbittide lihtsustatud IADC klassifitseerimissüsteem

Kivimite purustamise mehhanism ja liikumisomadused

Kui rullkoonuse bit töötab, näitab see kolme liitliikumist:

· Pöörlemine: Koonused pöörlevad koos biti korpusega päripäeva.

· Pöörlemine: Hambad pöörlevad koonuse telje ümber vastupäeva.

· Libisemine: Hõlmab radiaalset ja tangentsiaalset libisemist.

See liitliikumine tekitab kahekordse kivimurdmise efekti:

1. Löökpurustus: Ühe- ja kahehammaste vahelduv kokkupuude tekitab vertikaalset vibratsiooni, mis omakorda tekitab löögikoormuse.

2. Nihutamine: saavutatakse üleulatuva osa, nihke ja mitmekoonuse geomeetria abil, mis võimaldab kivimit nihutada.

Bitivaliku strateegia ja formatsiooni sobitamine

Kivimi omaduste järgi rullkoonusfreeside valimise põhiprintsiibid:

· Pehmed kujundid: valige nihkega, üleulatuva ja mitmekoonuselise disainiga puurid; varustatud kõrgete, laiade ja laia vahega freesitud hammaste või TCI-ga.

· Keskmise kõvad formatsioonid: vähendage nihke, üleulatuvuse ja mitme koonuse väärtusi; kasutage lühikesi, kitsaid ja tihedalt asetsevaid hambaid.

· Kõvad ja abrasiivsed moodustised: kasutage ühekoonuselist geomeetriat, ilma üleulatuvuse ja nihketa; varustage sfäärilise või koonilise-sfäärilise TCI-ga.

· Kõverate aukude tekkele kalduvad formatsioonid: valige lühikese hambaga puurid, millel on vähe või üldse mitte nihet ja millel puudub kalibreerimiskaitse, ning valige veidi pehmem kui tegelik formatsioon.

· Pehmete ja kõvade kihtide vahelised vahekihid: valige puur kõvema kivimi põhjal ja reguleerige puurimisparameetreid dünaamiliselt.

Eritingimuste vastused:

· Kitsad augud (<177 mm): Kasutage ühekoonuselisi puure, millel on suuremad koonused, hambad ja laagrid suurema tugevuse tagamiseks.

· Suundpuurimine: Valige puurid, mille IADC kolmas number on 8 (spetsiaalsed avamispuurid).

02 Teemantfrees: ülim tööriist kõvade vormide freesimiseks

Teemandil on kõrgeim looduslik kõvadus (Mohsi kõvadus 10, survetugevus kuni 8800 MPa, kulumiskindlus 9000 korda suurem kui terasel). Teemantterad kasutavad seda omadust ära, et saada ülimaks relvaks kõvade moodustiste töötlemisel.

Klassifikatsioon ja tehnoloogiline areng

Kaasaegsed teemantkühvlid jagunevad peamiselt kolme tüüpi:

1. Pinnale töödeldud teemantpuurid

· Teemantiosakesed paljastuvad krooni pinnal.

· Sobib keskmise kõvadusega kuni kõvade formatsioonide jaoks.

· Teemantide suuruse hindamissüsteem:

· Pehmed moodustised: 2 kivi/karaadi (läbimõõt umbes 4 mm)

· Keskmise kõvadusega moodustised: 3–4 kivi/karaadi (umbes 3,6 mm)

· Kõvad moodustised: 10–15 kivi/karaadi (umbes 2,0 mm)

2. Immutatud teemantterad

· Maatriksisse kinnistunud teemandid (60–400 kivi/karaadi).

· Sobib väga kõvade ja abrasiivsete formatsioonide (tõrvakivi, ränidioksiidirikas dolomiit jne) jaoks.

· Maatriksi kulumise teel saavutatav iseterituvus.

3. PDC-bitid (polükristalliline teemantkompaktne)

· Esmakordselt tutvustas seda General Electric 1973. aastal.

· Lõikuri struktuur: teemantkiht + volframkarbiidist aluspind.

· Kohaldatavad moodustised: pehmed kuni keskmise kõvadusega homogeensed moodustised.

Struktuur ja peamised disainiparameetrid

Teemantfreesidel on lahutamatu korpus ilma liikuvate osadeta, mis koosneb peamiselt järgmisest:

· Terasest korpus: keskmise süsinikusisaldusega teras, keermestatud ülaosaga.

· Maatriks: volframkarbiidipulber + vasepõhine sideaine, kõvadus HRC 30–45.

· Lõikeelemendid: looduslikud/sünteetilised teemandid või PDC-lõikurid.

· Hüdrauliline disain: pihustid, veeteed (radiaalsed, spiraalsed jne).

Peamised disainiparameetrid:

· Teemanti kontsentratsioon: Reguleerige vastavalt moodustise abrasiivsusele – kõrgem kontsentratsioon abrasiivsemate moodustiste jaoks.

· Särituse kõrgus:

· Pehmed moodustised: 1/3 teemandi läbimõõdust

· Kõvad moodustised: 1/6–1/10 teemandi läbimõõdust

· Krooni kuju: lame (homogeensed moodustised), ümar (kõvad moodustised), sakiline (abrasiivsed moodustised).

Kivimite purunemise mehhanism ja moodustumise reaktsioon

Teemantfreeside kivimite purustamise viis muutub koos moodustise omadustega:

· Plastilised moodustised (mudakivi, kips jne) – Sarnaselt kündmisprotsessile; teemandid tungivad kivimi sisse ja põhjustavad selle plastilise voolamise.

· Haprad moodustised (kvartsliivakivi jne) – Tekitavad mahulised purustusaugud; lõiketükkide suurus on 2–4 korda suurem kui teemandi paljastumine, väga tõhus.

· Kõvad kivimid (kert, ränidioksiid) – Kasutage immutatud tükke; purustamine toimub mikrolõikamise ja kraapimise teel, sarnaselt rattaga lihvimisele.

PDC-bittide eelised ja piirangud

Teemantfreeside perekonna revolutsioonilise tootena on PDC-freesidel ainulaadsed eelised:

Struktuurilised omadused:

· Teraskorpusega PDC-puur: ühes tükis keskmise süsinikusisaldusega teras, pinnakarastatud.

· Maatrikskehaga PDC-puur: ülemine terasest korpus + alumine volframkarbiidist maatriks – parem jõudlus.

Profiili kujundus:

· Paraboolne: pehmed formatsioonid, kõrge kaader, kõrge ROP.

· Ümmargune: Sobib pöördlauaga puurimiseks, aitab tungida kõvadesse vahekihtidesse.

· Kooniline: kiire puurimine, hea läbitungimisvõime.

Piirangud:

· Ei sobi kruusakihtidele ega pehme-kõvadele vahekihtidele.

· Temperatuuripiirang (üle 350 °C kulumine kiireneb; 700 °C juures tugevus laguneb).

· Väiksem löögikindlus; uued lõikurid on altid servade mõranemisele.

Teemantbittide rakendatavuse võrdlus formatsiooni järgi

03 Teadusliku valiku juhend: formatsiooni ja operatiivsete vajaduste sobitamine

Rullkoonuse biti valiku kuldreeglid

1. Kihise kõvaduse sobitamine

· Pehmed kujundid: valige suure nihke, üleulatuva osa, mitme koonusega ning kiilu- või kühvelkujuliste hammastega puurid.

· Kõvad moodustised: kasutage ühekoonulist, nihketa ja sfäärilisi või koonilis-sfäärilisi hambaid.

2. Abrasiivsuse käsitlemine

· Abrasiivsete moodustiste jaoks valige TCI-bitid, millel on gabariidikaitse.

· Kui välimised hambaread on ümarad, samas kui sisemistel hammastel on vähe kulumist, suurendage järgmise puuri haakeseadise kaitset.

3. Eritingimuste reaktsioonid

· Kõverate aukude tekkele kalduvad formatsioonid: vali lühikese hambaga puurid, millel on väike või olematu nihe; vali veidi pehmem kui tegelik formatsioon.

· Pehmete-kõvade kihtide vaheline seos: vali bitt kõvema kivimi põhjal, reguleeri parameetreid dünaamiliselt.

· Sügavad sektsioonid: valige bitid, millel on suur kogumaterjali maht, et kompenseerida käivitusaja kadu.

Teemantbittide valiku strateegia

1. Millal PDC-bitte kasutada

· Parim kasutusala: pikad homogeensed pehmed kuni keskmise kõvadusega formatsioonid (kiltkivi, mudakivi, kips jne).

· Keelatud kasutusalad: kruusakihid, ränikivi vahekihid, pehme-kõvad vahekihid.

· Parameetrite seadistus: madal WOB (30–60 kN), kõrge pöörete arv (100–300 p/min), kõrge voolukiirus.

2. Millal kasutada looduslikest/sünteetilistest teemantpuure

· Kõvad kuni väga kõvad moodustised (graniit, kvartsliivakivi jne).

· Väga abrasiivsed moodustised (kert, ränirikas dolomiit).

· Turbopuurimine, sügavad ja ülisügavad puuraugud, südamiku võtmise operatsioonid.

3. Südamikpuuride erinõuded

· Rullkoonusega teemantpuurimispuur: neljakoonuseline (kooniline/silindriline) või kuuekoonuseline (täistoruline) disain.

· Teemantpuurimise puurid: lõikurid peavad olema sümmeetriliselt paigutatud ja kulumiskindlus peab olema ühtlane.

· Põhinäitaja: sisemine ava kontsentriline välisläbimõõduga, et vältida elliptilist südamikku.

Puuraugu anomaalia diagnoosimine ja käsitlemine

Rullkoonuse freesi töötingimuste tuvastamine:

· Laagri rike: pöördlaua tsükliline põrkamine, mis süveneb suure WOB-i korral, ROP langeb, kuid pumba rõhk on normaalne.

· Kadunud koonus: tugev pöördemomendi kõikumine, raskusnäidik kõigub metsikult, keele pikkus muutub ülesvõtmisel.

· Hambad on kulunud lamedaks: pöördlaua koormus on vähenenud, põrkamist ei toimu, ROP-i järsk langus.

Teemantterade kasutamise keelud:

· Enne auku laskmist peab alumine auk olema puhas; veenduge, et seal poleks metalliprahti.

· Alusta puurimist kerge WOB-ga, madalate pööretega sissetöötamiseks (0,5 m põhjaaugu profileerimine).

· Vältige puurimist; vajadusel tehke seda kerge voodriga, madala pöörete arvuga ja ühtlase töörežiimiga.

04 Tipptasemel trendid ja praktikapunktid

Tehnoloogilise innovatsiooni suunad

Kõrgsurvejuga puurimise tehnoloogia:

· Kasutab kivimite purustamiseks ülikõrgsurvejoasid (150–200 MPa).

· Puuraugu võimendid on teadus- ja arendustegevuse keskmes; katsed näitavad, et ROP võib suureneda 3–5 korda.

· Tehniliste väljakutsete hulka kuuluvad ülikõrge rõhu all tihendamine ja edastamine.

Intelligentsed bitisüsteemid:

· Sisseehitatud andurid jälgivad biti seisukorda reaalajas.

· Lõikeparameetrite adaptiivne reguleerimine vastavalt formatsiooni muutustele.

· Suurandmete analüüs bittide valiku optimeerimiseks ja kasutusea ennustamiseks.

Kuldsed reeglid põllul

1. August väljatõmbamise aja otsustamine

· Pidev ROP-i langus (homogeensetes formatsioonides).

· Järsk ROP-i langus ebaefektiivsete parandusmeetmetega (formatsiooni muutus).

· Järsk pöördemomendi suurenemine, millega kaasneb ROP-i langus (bittide kahjustus).

· Pumba rõhu järsk langus (kadunud otsik või läbipestud puurnöör).

2. Meetmed biti eluea pikendamiseks

· Käivitage uus puur sissetöötamiseks kerge voodriga ja madalate pööretega.

· Kasutage otsikukaitset (põrkimisvastast seadet).

· Perioodilised lühikesed väljasõidud põhjaaugu prahi eemaldamiseks.

· Vältige liigset põhja pööramist.

3. Majandusanalüüs

· Arvutage meetri hind = (puurimiskulu + puurimise ajakulu) / meetrite arv.

· Kuigi PDC-puuride ühikuhind on kõrgem, saab sobivates formatsioonides ühe PDC-puuriga puurida 3–5 korda suurema läbimõõduga materjali kui rullkoonuspuuriga.

· Sügavates sektsioonides eelistage suure kogukaadrimahuga bitte, et kompenseerida käivitusaja kadusid.

Puurpuurite valik on täpne tehnoloogia, mis ühendab teadusliku teooria ja välikogemuse. Rullkoonuspuurpuur on oma laia kohanemisvõimega endiselt kõige levinum puuritüüp. Teemantpuurpuur, eriti PDC-puurpuur, näitab üles enneolematut efektiivsust spetsiifilistes formatsioonides.

IADC klassifikatsioonisüsteemi valdamine, erinevate puuritükkide kivimite purunemismehhanismide mõistmine ning litoloogia, puuraugu konfiguratsiooni ja töönõuete põhjalik hindamine tagab puuritüki ja formatsiooni ideaalse sobivuse. Tänu puuraugu andurite, suurandmete analüüsi ja tehisintellekti rakendamisele liigub puuritükkide valik kogemuspõhistelt otsustelt intelligentsele täppissobitamisele, mis pidevalt viib puurimise efektiivsuse revolutsioonilise paranemiseni.

Kontakt: Jessie Zhou

Mobiil/WhatsApp: +0086-18109206861

Email: energy@landrilltools.com